某鐵路路基地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)病害及分析研究

王 鳳 奇

(中國(guó)神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036203)

某鐵路路基地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)病害及分析研究

王 鳳 奇

(中國(guó)神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036203)

以某重載鐵路公司K492+070～K492+380段路基下沉、邊坡漿砌地段鼓起等病害為研究對(duì)象，采用新技術(shù)GR-IV型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)病害現(xiàn)場(chǎng)5條線從不同角度對(duì)路基內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試和分析，因本次采用的是新技術(shù)、新方法，其對(duì)工作原理及數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的分析和推算，旨在通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)及調(diào)查，綜合分析找出路基病害原因，提出加固建議及其控制技術(shù)要點(diǎn)，以達(dá)到預(yù)期加固效果，為類似工程項(xiàng)目提供技術(shù)參考和加固依據(jù)。

地質(zhì)雷達(dá)，路基，重載鐵路

1 項(xiàng)目概述

某重載鐵路公司K492+070～K492+380段路基病害較為突出，尤其是雨季下沉量較大，線路軌道幾何尺寸難以保持，為保證重載線路的安全運(yùn)營(yíng)、為工務(wù)部門養(yǎng)護(hù)維修提供參考依據(jù)，保障線路運(yùn)營(yíng)安全。按照計(jì)劃對(duì)探測(cè)區(qū)段內(nèi)路基進(jìn)行GR-IV地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，對(duì)指定路段線路表面以下6 m范圍進(jìn)行探測(cè)，查明潛在的路基結(jié)構(gòu)變形、富水、結(jié)構(gòu)松散等病害的狀況與分布，為后續(xù)路基病害加固提供依據(jù)。

2 探測(cè)原理及設(shè)備

GR-IV地質(zhì)雷達(dá)法是一種采用窄脈沖寬帶高頻電磁波信號(hào)探測(cè)地下介質(zhì)分布的方法，具有快速、無(wú)損、連續(xù)探測(cè)和實(shí)時(shí)顯示的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)路基道床掃描圖像進(jìn)行定性處理和圖像解譯，達(dá)到識(shí)別地下目標(biāo)物的目的，其工作原理如圖1所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方法

本次探測(cè)使用的是GR-IV型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理采用GR雷達(dá)處理分析系統(tǒng)V3.2(高級(jí)版)，雷達(dá)系統(tǒng)配置及主要參數(shù)都較高。

數(shù)據(jù)采集方式：點(diǎn)測(cè)、連續(xù)測(cè)量、測(cè)距輪控制測(cè)量。

觸發(fā)方式:時(shí)間觸發(fā)、鍵盤觸發(fā)、測(cè)距輪觸發(fā)、打標(biāo)器觸發(fā)。

A/D轉(zhuǎn)換:16位；脈沖頻率:200 kHz；測(cè)量時(shí)窗5 ns～5 000 ns；系統(tǒng)功耗:15 W；最大動(dòng)態(tài)范圍：156 dB；溫度范圍:-10 ℃～+40 ℃。

天線：

天線種類：屏蔽式地面耦合TE極化天線>天線中心頻率：200 MHz>天線前端?？卦肼暦糯笃鳎?20 dB～+40 dB。

本次探測(cè)在上下行線共布置5條測(cè)線，分別位于路肩、外側(cè)砟肩、軌道中心、內(nèi)側(cè)砟肩、內(nèi)側(cè)砟底，測(cè)線布置示意圖如圖2所示。

為兼顧探測(cè)深度和分辨率，本次路基探測(cè)有砟軌道采用頻率200 MHz的雷達(dá)天線，時(shí)窗140 ns，采樣點(diǎn)數(shù)1 024點(diǎn)。

本次地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)區(qū)段里程累計(jì)長(zhǎng)度310 m，布設(shè)5條測(cè)線，測(cè)線總長(zhǎng)13 516 m，工作量詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

表1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作量統(tǒng)計(jì)表

4 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)分析和處理

探測(cè)路基病害數(shù)據(jù)分析和處理，主要是收集和提取微弱有效反射信號(hào)并提取有用信息。其基本原理是在信號(hào)存在干擾的條件下，根據(jù)高頻電磁波的衰減規(guī)律，從而有效探測(cè)病害。處理雷達(dá)數(shù)據(jù)主要是數(shù)字濾波，排除干擾波，突顯有效波，提高信噪比，其具體處理流程如圖3所示。數(shù)據(jù)異常情況及其對(duì)應(yīng)特征如表2所示。

表2 異常情況及其對(duì)應(yīng)特征表

5 探測(cè)結(jié)果

地質(zhì)雷達(dá)路基病害探測(cè)成果見(jiàn)表3。

表3 地質(zhì)雷達(dá)路基病害探測(cè)成果表

6 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及原因分析

該段路基周邊場(chǎng)地為耕地，地勢(shì)平坦，地貌單元屬華北沖積平原東緣。路基填筑高度約5 m，填土現(xiàn)場(chǎng)判斷主要為粉土及粉質(zhì)粘土。表層揭露較為潮濕，坡面植物茂盛，推斷路基內(nèi)含水量較高。該段路基應(yīng)一直發(fā)生持續(xù)下沉，路肩已經(jīng)設(shè)冠梁加高。近期變形主要由下行路肩沉降變形，橫向不均勻變形導(dǎo)致，線路路基

出現(xiàn)明顯的水平偏差。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)坡面有向外擠出變形跡象，邊坡漿砌骨架下錯(cuò)、折斷、拱起變形。

該段路基變形原因分析：

1)重載列車反復(fù)沖擊作用。

作為軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路基道床需要承受重載列車動(dòng)荷載的反復(fù)沖擊作用。其后果是路基道床動(dòng)應(yīng)力過(guò)大引起翻漿冒泥等淺層病害和下沉擠出變形等影響路基穩(wěn)定的深層病害。當(dāng)路基土體的承載能力小于承受的動(dòng)荷載時(shí)，道床會(huì)在列車重復(fù)荷載的作用下逐漸“切入”基床土體，從而引起線路持續(xù)下沉，降雨時(shí)排水不暢，容易積水。

2)路基填料土質(zhì)不良。

因本段路基填料為粉土及粉質(zhì)粘土，透水性差，含水量增加時(shí)強(qiáng)度降低，承載力下降，在列車荷載作用下，產(chǎn)生向外擠出變形。

3)路基導(dǎo)排水設(shè)施劣化。

由于欠缺地表下排水設(shè)施，道床由于排水不暢而受到較嚴(yán)重污染。這些年公司對(duì)該段路基進(jìn)行加寬，在路基表面和護(hù)坡做了冠梁和漿砌片石，這種做法一方面增大了路基基床壓應(yīng)力，另一方面導(dǎo)致排水設(shè)施堵塞，其結(jié)果是道碴嵌入路基內(nèi)部或者路基基床產(chǎn)生嚴(yán)重的翻漿冒泥，導(dǎo)致基床兩側(cè)隆起和破損。

7 結(jié)論及建議

7.1結(jié)論

1)本次采用新技術(shù)雷達(dá)探測(cè)中共發(fā)現(xiàn)有6處異常，其中基床沉降區(qū)域4處，不密實(shí)區(qū)域2處。屬于較為嚴(yán)重地段，為保證線路的安全運(yùn)營(yíng)需要及時(shí)采取路基加固。

2)從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析可知，路基變形主要與路基填料性質(zhì)有關(guān)，粉土及粉質(zhì)粘土填料含水量增加時(shí)，強(qiáng)度降低，進(jìn)而在列車等上部荷載的作用下，坡面向外擠出，引起軌道沉降變形。

7.2建議

為徹底根除安全隱患，保證線路運(yùn)行安全，根據(jù)以上調(diào)查分析可知，該段路基受降雨影響，變形將仍然繼續(xù)發(fā)展。建議加強(qiáng)對(duì)這段路基的日常檢查及觀測(cè)，必要時(shí)對(duì)這段重載路基進(jìn)行科學(xué)有效的加固，經(jīng)對(duì)歷年加固路基的工程情況進(jìn)行分析和整理，目前一般采用攪拌樁加固或者沖擊擠密復(fù)合樁加固方案，但綜合工程造價(jià)、實(shí)施效果和施工復(fù)雜程度等幾個(gè)因素，優(yōu)選沖擊擠密復(fù)合樁加固方案。

[1] 李 杰.山區(qū)公里高填路堤病害分析及其處理措施[J].山西建筑，2014，40(13):121-122.

[2] 范智杰，劉 玲.路基工程質(zhì)量監(jiān)理的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與體會(huì)[J].工程質(zhì)量，2013(2):10-11.

Diseasedetectionandanalysisofrailwaysubgradebygeologicalradar

WangFengqi

(HedongTransportationSection,ShenshuoRailwayBranchofShenhuaGroupofChina,Xinzhou036203,China)

The subgrade subsidence and heaving of side slope diseases of section between K492+070 and K492+380 of heavy-haul railway are tested and studied. The new-type geological radar were used to detect the subgrade diseases of 5 lines and the corresponding laws were analyzed. As key techniques, the data processing method and calculation theory are introduced in detail. The aim of the research is to find the reason of subgrade diseases by in-situ tests and investigations. The reinforcement measures and suggestion are proposed, which can propose references for similar engineering cases.

geological radar, subgrade, heavy-haul railway

U213.1

A

1009-6825(2017)27-0123-02

2017-08-09

王鳳奇(1972- )，男，助理工程師