地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)高鐵無(wú)砟軌道支承層底部脫空離縫

摘 要：無(wú)砟軌道支承層底部翻漿冒泥導(dǎo)致支承層底部與基床表層之間出現(xiàn)脫空離縫，文章采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方法對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道支承層底部脫空離縫病害情況進(jìn)行檢測(cè)，為確定翻漿冒泥整治處理方案提供依據(jù)；在注漿整治后對(duì)處理效果進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)注漿前后的雷達(dá)檢測(cè)圖像對(duì)比分析，評(píng)價(jià)注漿處理效果。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，該方法可快捷、有效的對(duì)支承層底部與基床表層的接觸狀態(tài)進(jìn)行整體綜合評(píng)判，應(yīng)用效果良好，能夠?yàn)橐院笸?lèi)工程的檢測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；高速鐵路無(wú)砟軌道；脫空離縫

引言

我國(guó)是世界上高速鐵路投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)的國(guó)家，目前高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已經(jīng)突破1.6萬(wàn)公里，近7年的高速鐵路運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明：由于環(huán)境條件變化和列車(chē)沖擊荷載的反復(fù)作用，局部地段已經(jīng)先后出現(xiàn)了不同程度的路基病害，例如無(wú)砟軌道翻漿冒泥，滬寧城際鐵路自2011年底開(kāi)始常規(guī)檢查以來(lái)，共發(fā)現(xiàn)有數(shù)十公里的路基地段發(fā)生了路基翻漿病害，大多數(shù)病害發(fā)生在混凝土支承層的底部附近，嚴(yán)重影響到列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)性和行車(chē)的安全性。

無(wú)砟軌道出現(xiàn)冒漿的原因主要基床表層材料性質(zhì)及當(dāng)?shù)貧夂蛴嘘P(guān)，當(dāng)?shù)貧夂驖駶?rùn)，降水較多，雨水沿著軌道縫隙滲入支承層與基床表面的縫隙內(nèi)，由于采用的級(jí)配碎石透水性差，縫隙進(jìn)水后，在列車(chē)動(dòng)荷載長(zhǎng)期作用下，細(xì)顆粒被水沖出，產(chǎn)生冒漿現(xiàn)象。較硬的顆粒在動(dòng)荷載作用下，相互摩擦形成碎屑在動(dòng)水壓力作用下液化并隨著水從裂縫中流出。因此通過(guò)檢測(cè)高速鐵路無(wú)砟軌道支承層與基床表層脫空、離縫，可以對(duì)翻漿冒泥情況進(jìn)行判斷。

地質(zhì)雷達(dá)具有快速、無(wú)損、高精度的優(yōu)點(diǎn)，在工程病害檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。文章以滬寧城際鐵路某段無(wú)砟軌道翻漿冒泥病害檢測(cè)為實(shí)例，在整治處理前，對(duì)無(wú)砟軌道翻漿冒泥病害情況進(jìn)行檢測(cè)，查明冒漿分布范圍與發(fā)育程度，為確定整治處理方案提供依據(jù)；在整治處理后對(duì)注漿處理效果進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)注漿前后的雷達(dá)資料對(duì)比分析，評(píng)價(jià)注漿處理效果。

1 面波探測(cè)巖溶路基原理

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)GPR），是一種對(duì)地下的或物體內(nèi)不可見(jiàn)的目標(biāo)體或界面進(jìn)行定位的電磁技術(shù)。

地質(zhì)雷達(dá)勘探是以地下不同介質(zhì)的介電常數(shù)差異為基礎(chǔ)的一種物探方法，其工作原理就是利用高頻電磁波（主頻從數(shù)兆至上千兆赫）以寬頻帶短脈沖的形式，由地表通過(guò)發(fā)射天線向地下發(fā)射電磁波，由接收天線接收電磁波，當(dāng)電磁波在地下旅行時(shí)，遇到具有電性差異的介質(zhì)時(shí)（如空洞、分界面等），電磁波反射回地面由接收天線接收，根據(jù)電磁波的旅行時(shí)間、波形特征可以確定地下介質(zhì)（目標(biāo)體）的空間位置、幾何形態(tài)等。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試原理及采集示意圖

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

滬寧城際鐵路K245+780～K246+080段為低填淺挖地段，兩側(cè)各預(yù)留一股道，路塹邊坡防護(hù)形式拱形截水骨架內(nèi)植草灌木防護(hù)。軌道板為CRTSⅠ型板。該段支承層底部翻漿較嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為在路肩上流淌著或堆積著由水與碎石墊層中細(xì)顆?；旌隙傻哪酀{滲出物，嚴(yán)重處滲出物厚度達(dá)10～50mm，個(gè)別地段泥漿滲出物被抽吸至軌道板表面道心內(nèi)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作

測(cè)網(wǎng)密度、天線間距和天線移動(dòng)速度應(yīng)反映出檢測(cè)對(duì)象的異常。根據(jù)高鐵無(wú)砟軌道現(xiàn)場(chǎng)勘察和試驗(yàn)，一般沿線路縱向布置3～4條測(cè)線，分別沿上、下行線內(nèi)外兩側(cè)支承層表面布置。

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)使用美國(guó)Geophysical Survey Systems Inc生產(chǎn)的雙通道SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)施測(cè)，天線頻率900MHz，連續(xù)采集數(shù)據(jù)模式，每秒掃描100道，記錄長(zhǎng)度25ns，每道采樣點(diǎn)數(shù)512。

2.3 資料處理流程

資料處理采用RADAN6.5雷達(dá)專(zhuān)用軟件，采用人機(jī)對(duì)話的方式處理，其流程見(jiàn)圖2：

圖2 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程圖

2.4 實(shí)測(cè)資料解釋

（1）無(wú)砟軌道支承層與基床表層接觸良好特征

正常鐵路路基一般具有填筑密實(shí)、厚度均勻等特點(diǎn)，無(wú)砟軌道支承層與基床表層接觸良好，其雷達(dá)圖像表現(xiàn)為波形平緩、規(guī)則、無(wú)雜亂反射等特征（圖3），而有病害的路基的雷達(dá)圖像則與此有明顯不同。

圖3 支承層與基床表層接觸良好地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖

（2）無(wú)砟軌道支承層與基床表層脫空異常特征

通過(guò)對(duì)同相軸連續(xù)的追蹤，找出振幅稍強(qiáng)的反射波來(lái)確定支承層與基床表層的分界面，可確定脫空、離縫的規(guī)模及延展范圍，判定其嚴(yán)重程度。如圖4所示，K245+907～+913支承層與基床表層界面的同相軸反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯，推測(cè)支承層與基床表層之間存在脫空、離縫。

（3）注漿整治前后對(duì)比

針對(duì)混凝土支承層與基床表層間的脫空、離縫，目前采取的整治措施為鉆孔灌注高聚物化學(xué)漿，填充支承層與基床表層之間的空隙，恢復(fù)路基支承強(qiáng)度。通過(guò)注漿整治前后地質(zhì)雷達(dá)資料的對(duì)比，可以對(duì)注漿整治效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

如圖5所示，K245+870～+874在注漿處理前，支承層與基床表層的分界面同相軸反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯，推測(cè)支承層與基床表層存在脫空、離縫（圖5a）；經(jīng)注漿加固后，K245+870～+872雷達(dá)同相軸較連續(xù)，且相對(duì)較均勻，注漿前存在的脫空、離縫異常區(qū)域信號(hào)幅度變?nèi)酰▓D5b），說(shuō)明經(jīng)注漿處理后，支承層與基床表層耦合情況得到改善，加固效果良好；K245+872～+873.5同相軸反射信號(hào)仍然較強(qiáng)，三振相明顯，說(shuō)明注漿充填效果不好，需要進(jìn)一步補(bǔ)注處理。

a、注漿前 b、注漿后

圖5 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)無(wú)砟軌道脫空時(shí)間剖面圖

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）地質(zhì)雷達(dá)能夠快速、有效地檢測(cè)無(wú)砟軌道支承層底部與基床表層脫空、離縫，支承層底部與基床表層接觸良好的雷達(dá)圖像表現(xiàn)為波形平緩、規(guī)則、無(wú)雜亂反射等特征；支承層底部與基床表層存在脫空、離縫，雷達(dá)異常表現(xiàn)為同相軸反射信號(hào)強(qiáng)，三振相明顯。

（2）通過(guò)對(duì)比分析整治處理前后地質(zhì)雷達(dá)反射波組同相軸連續(xù)性和同一異常的振幅變化，可以有效地對(duì)支承層底部注漿加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（3）本次地質(zhì)雷達(dá)在滬寧城際鐵路無(wú)砟軌道支承層底部檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用，效果顯著，可以為以后同類(lèi)工程檢測(cè)提供參考。

致謝

本次檢測(cè)試驗(yàn)與論文編寫(xiě)，得到了中鐵第四勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司“鐵路路基填筑質(zhì)量檢測(cè)物探技術(shù)研究（2013K98）”科研項(xiàng)目資金的支持，在此表示感謝。

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作者簡(jiǎn)介：李軍（1981-），男，工程師，碩士，地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)，從事工程物探與工程檢測(cè)工作。