陳曉岡 上海鐵路局寧波工務(wù)段

1 前言

近年來，工程物探技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，集中體現(xiàn)在根據(jù)彈性波理論、電磁波理論和電學(xué)原理發(fā)展而來的各種工程物探技術(shù)。它在石油礦床等資源勘探開發(fā)、工程地質(zhì)勘察與工程檢測、地球環(huán)境的監(jiān)測與保護(hù)等方面均有廣泛應(yīng)用。

工程物探技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)鉆探方法，使用受場地、地形條件的限制較少，具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。解決了傳統(tǒng)勘察方法受鐵路運(yùn)營安全、檢測時(shí)間限制等問題。因此工程物探技術(shù)在鐵路路基檢測的應(yīng)用也越來越廣。

2 工程物探技術(shù)

工程物探技術(shù)是以研究地下巖土層（或地質(zhì)體）物理性質(zhì)差異為基礎(chǔ)，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質(zhì)體的空間展布范圍并可測定巖土體的物理參數(shù)，達(dá)到解決地質(zhì)問題的一種物理勘探方法。

工程物探技術(shù)的理論基礎(chǔ)是：介子中存在許多物理性質(zhì)不同的地質(zhì)或界面，它們?cè)诳臻g產(chǎn)生了天然物理場（包括重力場、地磁場地、地?zé)釄黾胺派湫暂椛鋱龅龋┗蛉斯の锢韴觯òㄈ斯る妶?、電磁場、人工地震波場、彈性位移場）的局部變化，因此派生出了各種物探方法。

工程物探涉及的方法技術(shù)很多，按照所利用的物理場源可分為直流電法、電磁法、淺層地震法、磁測法、微重力法、地溫測量及放射性測量等類別。

目前，工程中開展較多且發(fā)展較為成熟的工程物探方法主要有：探地雷達(dá)法、瑞雷面波勘探、淺層地震勘探。

探地雷達(dá)法是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發(fā)射天線向地下發(fā)射，當(dāng)遇到地下地質(zhì)體或介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射，并返回地面，被接收天線接受，并由主機(jī)記錄下來，形成雷達(dá)剖面圖。

瑞雷面波是一種沿介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ膹椥圆?，其傳播?guī)律反映了傳播途徑中所涉及介質(zhì)的彈性參數(shù)，不同波長的瑞雷波能反映不同深度的介質(zhì)情況。

淺層地震勘探法是一種通過研究人工震源所激發(fā)的地震波在地下沿層、土壤或其它介質(zhì)中傳播來解決地下介質(zhì)分布狀況的物探方法，常用于解決地面下100 m深度范圍內(nèi)的地質(zhì)問題。

3 工程物探技術(shù)在路基檢測中應(yīng)用分析

3.1 概況

沿海鐵路杭深線寧波到福州全線包括甬臺(tái)溫鐵路和溫福鐵路，是國家鐵路規(guī)劃網(wǎng)快速客運(yùn)網(wǎng)重要組成部分，也是我國較早開工的高標(biāo)準(zhǔn)高速鐵路。杭深線浙江段于2009年9月28日開通，時(shí)速250 km，有碴線路，運(yùn)營里程為351 km，全線穿越典型的沖海積軟土路基地段。

杭深線K465+510～K466+100段路基位于臺(tái)州車站站場寧波端，全長590 m。本段路基為軟土路基，軟土深約為5 m～26 m，路堤填土高約為4 m～6 m，寬度為25 m～50 m。線路開通運(yùn)營以來該路段路基存在'下沉'、'外臌'等病害，并且局部下沉地段存在總沉降量偏大、沉降速率較快、沉降收斂不明顯等狀況。

為準(zhǔn)確掌握該地段路基地質(zhì)情況，勘察單位一般會(huì)在鐵路兩側(cè)路基坡腳每隔50 m進(jìn)行鉆探取芯地質(zhì)勘探，獲取工程地質(zhì)與水文地質(zhì)指標(biāo)。但由于該段鐵路線路已經(jīng)開通運(yùn)營并且十分繁忙，無法在鐵路路基面范圍內(nèi)完整取芯鉆探。因此，應(yīng)用工程物探技術(shù)檢測該地段路基，獲取較為準(zhǔn)確的地質(zhì)狀況，為地基補(bǔ)強(qiáng)加固提供可靠依據(jù)。

3.2 檢測方案

（1）檢測方法:根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)比，現(xiàn)場采用地質(zhì)雷達(dá)測線、地震影像測線、地震面波測線檢測。地質(zhì)雷達(dá)采用400 MHz和100 MHz兩種天線頻率。

（2）檢測儀器：SIR-20地質(zhì)雷達(dá)儀，NZXP工程地震儀。

（3）現(xiàn)場測線和測點(diǎn)布置：選取代表性的路基面左、中、右三條線布置采集。左測線布置在5道外側(cè)碴肩，中測線布置在路基中心線位置，右測線布置在8道外側(cè)碴肩。地震映像采用0.5 m點(diǎn)距布置采集；地震面波采用2 m道間距，多道布置采集。

（4）完成工作量。該段路基檢測共耗時(shí)10個(gè)天窗時(shí)間，主要檢測工作是左、中、右三條地質(zhì)雷達(dá)400 MHz和100 MHz測線，左、右兩條地震影像測線，中線一段地震面波測線等內(nèi)容。

3.3 檢測分析

（1）400 MHz地質(zhì)雷達(dá)測線。

以該段路基中橋頂面為基準(zhǔn)，圖1中1、2、3、4、5區(qū)域?qū)?yīng) 的 K465+513 ～+628、K465+645 ～+732、K465+765 ～+841、K465+884～+957、K466+013～+067 段道碴及基床層界線明顯下陷，可以判斷該段路基基底有不均勻下沉現(xiàn)象，最大沉降量 95 cm。K465+655～+658、K465+665～+668、K465+757～+783、K465+815～+824、K465+912～+925、K465+937～+957 段道碴層界線附近波形雜亂，深度1.09 m～1.53 m，分析該段存在道碴囊、道碴陷槽。

圖1 400 MHz地質(zhì)雷達(dá)測線

（2）100 MHz地質(zhì)雷達(dá)測線。

圖 2 中 K465+593～+617 、K465+765～+792、K465+813～+841、K466+031～+064段有呈三振相的強(qiáng)反射信號(hào)，深度2 m～3 m，分析該段路基本體中存在不密實(shí)區(qū)域或空洞。

圖2 100 MHz地質(zhì)雷達(dá)測線

（3）地震影像測線。

地震影像測線 K465+569～+573、K465+604～+610、K465+663～+668、K465+782～+789段地震反射波組能量突然增強(qiáng)，波幅變大，同相軸與前后對(duì)比發(fā)生明顯交錯(cuò)變化，分析該段路基本體中存在空洞。K466+025～+029地震反射波組能量突然增強(qiáng)，波幅變大，同相軸與前后對(duì)比發(fā)生明顯交錯(cuò)變化，分析該段路基本體中存在空洞。

（4）地震面波。

圖3中深度0 m～5 m面波速度存在差異，說明路基本體填筑不均勻。K465+605～+661、K465+674～+693段面波速度存在低速異常，深度9 m～13 m，分析該段路基基底存在松散、脫空區(qū)域。

圖3 地震面測線

3.4 檢測結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)測線、地震影像測線、地震面波測線檢測分析結(jié)果，可以對(duì)該段路基進(jìn)行以下評(píng)價(jià)：

（1）路基基床道碴存在不同程度下陷、局部位置已經(jīng)發(fā)展成為道碴囊；

（2）路基本體不同位置存在不密實(shí)區(qū)域、局部位置可能存在空洞；

（3）路基本體中局部存在填料不均勻、含水過高等問題；

（4）路基基底局部存在軟弱、松散層。

4 結(jié)束語

（1）路基檢測應(yīng)用工程物探技術(shù)，具有效率高、信息量大、性價(jià)比高等特點(diǎn)；特別是對(duì)鐵路既有線路基檢測，可大大降低對(duì)運(yùn)輸安全、受天窗時(shí)間限制的影響，優(yōu)勢十分明顯。工程物探技術(shù)已經(jīng)成為鐵路既有線路基檢測中可靠、有效的檢測技術(shù)措施之一。

（2）正式開展工程物探工作前，應(yīng)認(rèn)真做好前期實(shí)驗(yàn)工作，認(rèn)真做好對(duì)比研究、選擇最佳采集方案和最佳采集儀器。

（3）由于工程物探方法的多解性，且每種物探方法都有其適用性，單一物探方法無法解決所有問題，為提高物探成果的可靠性和精度，應(yīng)采用綜合物探方法，并應(yīng)在有條件地方采用鉆探、坑探等直接手段驗(yàn)證或核實(shí)探測結(jié)果。

（4）為了能正確把物理參數(shù)轉(zhuǎn)化為工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，需要工程物探人員具備一定的工程地質(zhì)知識(shí)，并應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)資料研讀，以提高讀解水平。