高密度電法在云桂鐵路路基巖溶注漿檢測的應(yīng)用

馬文濤，文江泉

(西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都　610031)

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高密度電法在云桂鐵路路基巖溶注漿檢測的應(yīng)用

馬文濤，文江泉

(西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都610031)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)鐵路路基巖溶注漿檢測方法的偶然性和局限性，結(jié)合云桂鐵路珠琳段巖溶注漿檢測，分析高密度電法工作原理及流程，通過研究注漿前后視電阻率變化對(duì)注漿效果進(jìn)行判斷， 并采用質(zhì)量自檢孔方法驗(yàn)證， 結(jié)果表明：高密度電法能夠全面、客觀、 快速可靠地檢測路基巖溶注漿效果。

關(guān)鍵詞：高密度電法；視電阻率；云桂鐵路；巖溶注漿檢測

1概述

新建鐵路所經(jīng)巖溶發(fā)育地區(qū)，為了保證該地區(qū)鐵路路基的長期穩(wěn)定性，需要對(duì)路基進(jìn)行加固處理，鉆孔注漿則是加固巖溶路基的一種有效的方法。傳統(tǒng)的路基巖溶注漿效果檢測方法是采用抽樣鉆孔取芯觀察和注水試驗(yàn)，由于地質(zhì)體的各向異性和不均勻性，導(dǎo)致水泥漿液滲透方向和注入量的不定性，故鉆孔取芯觀察水泥結(jié)石率和注水試驗(yàn)檢驗(yàn)有一定的偶然性和局限性[1-3]，因此，巖溶注漿效果檢測在鐵路建設(shè)中需要更加快速準(zhǔn)確的方法。

高密度電法是一種新興的物探檢測方法，它是通過研究巖土體注漿前后在人工電場作用下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，探測一定深度范圍內(nèi)不同電性巖土體反應(yīng)的特征，根據(jù)巖土體注漿前后視電阻率的變化，達(dá)到對(duì)巖溶路基注漿效果檢測的目的[4-5]。與傳統(tǒng)方法相比，高密度電法能比較全面、客觀地反映受漿介質(zhì)體的實(shí)際狀態(tài)，具有使用方便靈活、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，是一種分辨率較高的物探方法[6-10]。以在建的云桂鐵路珠琳段為工程依托，應(yīng)用高密度電法對(duì)巖溶路基注漿效果進(jìn)行分析，并采用質(zhì)量自檢孔檢查的方法驗(yàn)證了高密度電法結(jié)果的可靠性。

2高密度電法原理

高密度電法是以巖土體導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的一種特殊的直流電探方法。其基本原理與傳統(tǒng)的電阻率方法相同，所不同點(diǎn)在于高密度電法采用陣列的方式將全部電極置于測點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和快速處理[11-14]。高密度電法采用三電位電極系，電極的排列方式主要有溫納排列、聯(lián)合三級(jí)排列、偶極排列、微分排列等，本文采用的為溫納α四級(jí)排列，其裝置模型示意見圖1。

圖1　溫納α四級(jí)排列裝置示意

在測量時(shí)，電極之間的距離AM=MN=NB=AB/3，4個(gè)電極逐點(diǎn)依次沿一個(gè)方向移動(dòng)，測量測線內(nèi)視電阻率的變化。每次測量時(shí)記錄點(diǎn)取MN的中點(diǎn)，通過電極間距的增加，從而獲得一個(gè)剖面數(shù)據(jù)，依次進(jìn)行下去獲得下一個(gè)剖面數(shù)據(jù)，最后把各個(gè)剖面數(shù)據(jù)組合得到倒梯形斷面。其中根據(jù)直接測得的M、N間電位差與A、B供電電極中的電流大小，依據(jù)公式(1)計(jì)算視電阻率

(1)

式中ρs——視電阻率，Ω·m；

ΔUMN——測量電極M、N間的電位差，V；

I——A、B供電電極回路中的電流，mA；

K——裝置系數(shù)，不同的排列裝置K的計(jì)算公式不同，無量綱。

3應(yīng)用分析

3.1工程概況

云桂鐵路東起廣西南寧，西至云南昆明，全長710 km，為國鐵一級(jí)電氣化雙線鐵路。本文所研究的試驗(yàn)段位于云南省廣南縣與丘北縣之間的珠琳鎮(zhèn)DK620+570～DK620+670，該地區(qū)地層產(chǎn)狀較為平緩，沒有大型溝谷切割，巖性主要為各種成因的第四系覆蓋層和二疊系中統(tǒng)吳家坪組中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r以及石炭系馬平組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。地貌類型屬云貴高原面上的低山-丘陵地貌，地表及地下巖溶發(fā)育，其巖溶組合類型主要為溶丘洼地。通過對(duì)各測段進(jìn)行剖面實(shí)測測量，對(duì)區(qū)內(nèi)各測段巖土物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1　巖土物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

由表1可得知：

(1)第四系粉質(zhì)黏土含水較高時(shí)視電阻率較低，干燥時(shí)視電阻率較高；灰?guī)r視電阻率較高，巖溶發(fā)育段視電阻率低；

(2)第四系粉質(zhì)黏土與灰?guī)r間電性差異明顯；

(3)巖溶與灰?guī)r間電性差異明顯；

(4)水泥漿充填結(jié)石后巖土體視電阻率明顯提高。

以上各點(diǎn)為高密度電法檢測注漿效果提供了較好的物理前提。

3.2數(shù)據(jù)采集及處理

高密度電法系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)的采集和資料的處理兩部分(圖2)。

圖2　高密度電法工作示意

數(shù)據(jù)采集使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDJD-3多功能數(shù)字直流激電儀及WDZJ-3多路電極轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)場高密度電法測試的電極裝置采用溫納α排列，1～30號(hào)電極為小里程，31～60號(hào)電極為大里程。點(diǎn)距為5 m，共60根電極，最小供電極距為15 m，最大供電極距為295 m，供電電壓為90 V，最小測量信號(hào)大于7.5 mV。在野外數(shù)據(jù)采集中，預(yù)先人工打好電極，采集數(shù)據(jù)前應(yīng)檢測電極的接地電阻，接地電阻異常的澆些鹽水。開始測量后，主機(jī)通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接收、存貯測量數(shù)據(jù)。

資料的處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)反演，多采用Surfer軟件和RES2DINN進(jìn)行。將收集到的原始數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯與合成、剔除異常點(diǎn)、進(jìn)行地形校正及二維反演后，輸出二維地電斷面圖，至此完成整個(gè)采集與處理全過程。

3.3注漿效果分析評(píng)價(jià)3.3.1高密度電法資料解釋

高密度電法主要通過對(duì)比測段內(nèi)巖土體注漿前后視電阻率大小對(duì)注漿效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。視電阻率分析可以從上覆第四系堆積物(主要為粉質(zhì)黏土)和下伏基巖兩方面考慮，在巖溶發(fā)育地區(qū)，上覆蓋層易形成土洞或裂隙，注漿加固后，隨著漿液對(duì)土洞或裂隙的充填，視電阻率會(huì)有所提高；下伏碳酸巖在溶蝕作用下易形成溶蝕破碎帶及溶洞等，其具有各向異性和不均一性，注漿充填固結(jié)后，視電阻率也會(huì)有明顯提高。

根據(jù)高密度電法測得DK620+570～DK620+670測段內(nèi)注漿前后電阻率剖面見圖3、圖4。

圖3　DK620+570～DK620+670中線注漿前視電阻率剖面

圖4　DK620+570～DK620+670中線注漿后視電阻率剖面

由注漿前后視電阻率剖面圖分析可知：

(1)根據(jù)測段內(nèi)巖土物性參數(shù)(表1)，粉質(zhì)黏土視電阻率變化范圍為20～50 Ω·m，灰?guī)r視電阻率為280～1 200 Ω·m，可以明顯分辨出巖土分界線；

(2)注漿前覆蓋層中存在明顯低阻異常區(qū)，主要分布于DK462+570～DK462+590，深度為1.25～11.3 m，DK462+600～DK462+640，深度為2.5～9.4 m，呈由淺到深的圈閉狀，視電阻率變化范圍為17.7～35.1 Ω·m，而下伏基巖視電阻率變化均勻，無低阻異常反應(yīng)；

(3)注漿后覆蓋層中原先存在的低阻異常區(qū)視電阻率明顯提高，由17.7～35.1 Ω·m提高至78.8 Ω·m左右，形態(tài)由原來的圈閉狀變?yōu)闂l帶狀，而下伏基巖視電阻率亦有提高，由275～545 Ω·m提高至308～1 202 Ω·m，故由此可判斷試驗(yàn)段注漿加固效果顯著。

3.3.2結(jié)果驗(yàn)證

為了判別高密度電法對(duì)巖溶注漿效果檢測的準(zhǔn)確與否，采用傳統(tǒng)的質(zhì)量自檢孔檢查方法，其標(biāo)準(zhǔn)為檢查孔巖芯可見多處水泥結(jié)石體，基本填滿可見縫隙；檢查孔的單位注漿量不超過周圍4孔單位平均注漿量的15%。

對(duì)DK462+570～DK462+670試驗(yàn)段內(nèi)自檢孔檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表2。

表2　自檢孔檢查結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表2可知，4個(gè)檢查孔的單位注漿量分別為5.61%，8.03%，9.26%，10.7%，均小于標(biāo)準(zhǔn)要求的15%；自檢孔在覆蓋層和基巖中均發(fā)現(xiàn)水泥結(jié)石體，水泥結(jié)石體在覆蓋層中呈劈裂狀、楔形狀充填，在下伏灰?guī)r裂隙中呈塊狀、條帶狀充填。因此，表明試驗(yàn)段內(nèi)巖溶注漿加固效果明顯，同時(shí)亦驗(yàn)證了高密度電法對(duì)注漿檢測所得結(jié)論的可靠性。

4結(jié)論及建議

通過應(yīng)用高密度電法對(duì)云桂鐵路珠琳段路基巖溶注漿效果進(jìn)行檢測， 并得到質(zhì)量自檢孔檢查方法的驗(yàn)證， 說明高密度電法能夠全面、客觀、 快速可靠地檢測路基巖溶注漿效果。另外，為了提高注漿效果檢測的精確性，可以采用瞬態(tài)面波、地震CT等物探方法及取芯觀察、注水試驗(yàn)等傳統(tǒng)方法與高密度電法相互配合，加以對(duì)比驗(yàn)證。

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Application of High Density Resistivity in Testing Karst Grouting in Yun-gui Railway Subgrade

MA Wen-tao， WEN Jiang-quan

(Faculty of Geosciences and Environmental Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031)

Abstract：In view of the contingency and limitations of traditional detection methods for karst grouting of railway subgrade， this paper dissects the grouting inspection of Zhu-lin section of Yun-gui railway， analyzes the working principle and process of high density resistivity， accesses the effect of grouting through the change of apparent resistivity before and after grouting and verifies it with self-test holes. The results show that the high density resistivity is a comprehensive， objective and reliable way to test the effect of karst grouting in railway subgrade．

Key words：High density resistivity; Apparent resistivity; Yun-gui railway; Inspection of karst grouting

中圖分類號(hào)：U213.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.04.010

文章編號(hào)：1004-2954(2015)04-0035-03

作者簡介：馬文濤(1987—)，男，碩士研究生，E-mail：mawentao516@163.com。

收稿日期：2014-07-15； 修回日期：2014-08-10