山西中南部鐵路通道巖溶路基灌漿效果評(píng)估

王 巖 秦利平 何金星

(1.中交第二公路工程局四公司，河南 洛陽(yáng) 471013; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

山西中南部鐵路通道，西起山西興縣瓦塘站，穿越呂梁山、太岳山、太行山、沂蒙山，途經(jīng)山西、河南、山東3省12市，終點(diǎn)為山東省日照市，全長(zhǎng)1 260 km，其中山西、河南、山東3省境內(nèi)分別為579 km，255 km和426 km。該鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)、雙線電氣化，時(shí)速120 km，貨運(yùn)能力2億t/年，客車(chē)15對(duì)/日，項(xiàng)目總投資998億元。為確保該鐵路通道的安全和穩(wěn)定，需要對(duì)穿越巖溶發(fā)育的地區(qū)進(jìn)行灌漿處理[1]，在大面積施工前選擇中交二公局山西中南部鐵路通道ZNTJ-17標(biāo)段 DK1003+555.0～DK1003+751.7段路基作為試驗(yàn)段，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)注漿處理施工設(shè)備、施工工藝的合理性、適用性以及泵漿壓力、注漿流量、入巖深度的判斷、注漿速度等參數(shù)，得出巖溶注漿的施工工藝以及技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)的大面積施工提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)段工程概況

本區(qū)地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造為:①粉質(zhì)粘土:黃褐色，軟塑局部硬塑，土質(zhì)不均，含少量植物根系和少量鐵錳氧化物，局部夾少量石灰?guī)r碎塊，層厚0.4 m～3.2 m。②-1石灰?guī)r:淺灰色、青灰色，強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀及碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，有漏水現(xiàn)象，溶孔溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，層厚2.6 m～12 m。②-2石灰?guī)r:青灰色、淺灰色，弱風(fēng)化，巖芯呈柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，溶孔溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，揭示厚度1.9 m～13.4 m。②-3溶洞:勘探深度內(nèi)44孔揭示有溶洞，溶洞厚度0.5 m～2.9 m不等，溶洞大部分充填少量粘性土及石灰?guī)r碎屑，漏水嚴(yán)重。②-4石灰?guī)r:淺灰色，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈柱狀。根據(jù)勘探孔揭示，區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度為0.4 m～3.2 m，部分地段附近有基巖出露，DK1003+565 ～DK1003+715段平均巖溶率9.3%，DK1003+715～DK1003+755段平均巖溶率2.18%，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地下水位埋深小于可溶巖頂板埋深，綜合評(píng)價(jià)該段場(chǎng)地為較不穩(wěn)定區(qū)。

在 DK1003+555.0～DK1003+751.7段路基在鋪墊前，對(duì)其地層采用高壓注水泥漿灌漿處理:處理深度0.4 m～9 m，鉆孔直徑為110 mm，灌漿孔孔深8 m～10 m左右，其中DK1003+565～DK1003+715段縱向間距5 m，排距5 m，正方形布置;DK1003+715～DK1003+755縱向間距15 m，豎向間距5 m，平行四邊形布置灌漿孔孔距5 m，平面布置如圖1所示。根據(jù)先導(dǎo)勘探孔揭示巖溶發(fā)育情況，一般加固深度為巖土界面以下5 m，即孔深鉆入基巖不小于5 m，若無(wú)土層覆蓋層，則加固至基床以下8 m;若施工過(guò)程中遇溶洞，應(yīng)至溶洞底板以下2.0 m，注漿套管嵌入基巖0.5 m，用水泥砂漿與基巖固結(jié)成一體。

2 灌漿效果評(píng)估

根據(jù)工作目的及要求，選用高密度電法和單孔聲波法對(duì)灌漿效果進(jìn)行綜合檢測(cè)，根據(jù)灌漿后的視電阻率分布情況和超聲波速，綜合判定灌漿效果[2]。

2.1 工作原理

2.1.1 高密度電法[3-5]

高密度電阻率法探測(cè)是在被探測(cè)體表層通過(guò)供電電極向地下供入直流電，形成人工電場(chǎng)，然后利用測(cè)量電極通過(guò)儀器觀測(cè)其電場(chǎng)分布情況，研究不同異常體所引起的地下電場(chǎng)變化。在理想條件下，將被探測(cè)體視為均質(zhì)體，其電阻率在垂直方向和水平方向變化不大，電場(chǎng)分布均勻;當(dāng)被探測(cè)體存在異常體時(shí)，均質(zhì)體會(huì)發(fā)生改變，致使電場(chǎng)分布發(fā)生變化，反映在異常體位置上所測(cè)電阻率發(fā)生變化。由此根據(jù)灌漿前后所測(cè)視電阻率的變化大小及曲線形態(tài)，結(jié)合相關(guān)資料，推斷異常的性質(zhì)、部位和埋深。

2.1.2 聲波測(cè)試[6]

聲波測(cè)試采用單發(fā)雙收裝置，兩接收換能器間隔20 cm，測(cè)點(diǎn)間距20 cm，工作原理見(jiàn)圖2。由發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波，經(jīng)水耦合沿孔壁最佳路徑傳播，先后到達(dá)兩接收換能器，通過(guò)儀器分別讀取兩接收換能器接收到的超聲波到達(dá)時(shí)間T1，T2，計(jì)算出聲波時(shí)差Δt及波速Vp。

2.2 測(cè)線布置及設(shè)備參數(shù)

工區(qū)測(cè)線布置為根據(jù)灌漿孔的分布和地形的起伏情況，垂直或平行路基方向布置測(cè)線。高密度電法和聲波法探測(cè)測(cè)線共完成3條測(cè)線，長(zhǎng)度360 m，詳見(jiàn)表1。

高密度電法探測(cè)采用WDJD-3型多功能數(shù)字直流激電儀，儀器編號(hào)為110801，儀器設(shè)備工作時(shí)檢驗(yàn)合格。在野外工作時(shí)，采用200 V恒壓供電，保證底部數(shù)據(jù)的可靠性，點(diǎn)距2 m，采用15層掃描，最大有效探測(cè)深度大于12 m，滿足探測(cè)要求。聲波測(cè)試采用RS-ST01C非金屬聲波檢測(cè)儀，50 m單發(fā)雙收探頭，測(cè)試點(diǎn)距0.2 m。

表1 DK1003+555.0～DK1003+751.7高密度電法探測(cè)實(shí)測(cè)測(cè)線表

2.3 效果分析

根據(jù)所選的三條測(cè)線，高密度電法檢測(cè)成果如圖3～圖5所示，超聲波灌漿效果檢測(cè)成果見(jiàn)表2。

表2 灌漿效果檢測(cè)成果表

1剖面:該剖面72 m垂直交于DK1003+600中心線處，從反演后的電阻率剖面(如圖3所示)可以看出:本區(qū)線路方向基巖面有一定起伏變化，淺部3.5 m以內(nèi)電阻率在5 Ω·m～20 Ω·m間，大部分集中在10 Ω·m～20 Ω·m，沿水平方向變化較小且分布均勻。自然地面以下3.5 m～12.0 m左右處有一高阻區(qū)域，范圍在30 Ω·m～150 Ω·m，電阻率有較大增加，說(shuō)明注漿結(jié)果反映清晰;該剖面處灌漿段的超聲波測(cè)孔的平均波速為3 100 m/s，灌漿區(qū)域效果比較良好。

2剖面:該剖面60 m垂直交于DK1003+650中心線處，從反演后的電阻率剖面(如圖4所示)可以看出:本區(qū)線路方向基巖面有一定起伏變化，淺部4.0 m以內(nèi)電阻率在5 Ω·m～25 Ω·m間，大部分集中在10 Ω·m～20 Ω·m，沿水平方向變化較小且分布均勻。自然地面以下4.0 m～12.0 m左右處有一高阻區(qū)域，范圍在30 Ω·m～250 Ω·m，電阻率有很大增加，說(shuō)明注漿結(jié)果反映清晰;該剖面處的灌漿段超聲波測(cè)孔的平均波速為3 200 m/s，灌漿區(qū)域效果較為良好。

3剖面:該剖面56 m垂直交于DK1003+730中心線處，從反演后的電阻率剖面(如圖5所示)可以看出:本區(qū)線路方向基巖面有一定起伏變化，淺部4.0 m以內(nèi)電阻率在5 Ω·m～25 Ω·m間，大部分集中在10 Ω·m～20 Ω·m，沿水平方向變化較小且分布均勻。自然地面以下4.0 m～12.0 m左右處有一高阻區(qū)域，范圍在30 Ω·m～300 Ω·m，電阻率有很大增加，說(shuō)明注漿結(jié)果反映清晰;該剖面處的灌漿段超聲波測(cè)孔的平均波速為3 000 m/s，灌漿區(qū)域效果相對(duì)良好。

3 結(jié)語(yǔ)

在山西中南部鐵路通道巖溶段路基試驗(yàn)段DK1003+555.0～DK1003+751.7施工中采用巖溶灌漿施工技術(shù)，由高密度電法和超聲波測(cè)試以及雷達(dá)數(shù)據(jù)分析顯示，溶蝕、空洞、裂隙、不均勻體均得到較好的充填，采用的注漿措施可行、灌漿效果比較明顯，可以在山西中南部鐵路通道巖溶地段推廣運(yùn)用。

[1] 孟祥慧.淺析鐵路路基巖溶注漿施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012(1):110.

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[3] 馬小林，李杭兵，姜振寧，等.高密度電法在山西某煤礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2011，248(22):97-98.

[4] 蔡晶晶，閻長(zhǎng)虹，王 寧.高密度電法在地鐵巖溶勘察中的應(yīng)用[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，19(6):935-940.

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