彌蒙鐵路巖溶路基處理效果驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)

嚴(yán)乃任

（中鐵十七局第二工程有限公司 陜西西安 710000）

0 引言

巖溶地質(zhì)一直以來(lái)都是工程領(lǐng)域一項(xiàng)重要的研究對(duì)象，目前對(duì)其發(fā)育過(guò)程及形態(tài)特征已經(jīng)有一定的認(rèn)識(shí)。鐵路路基下巖溶具有隱蔽性的特點(diǎn)，且在一定條件下，巖溶地質(zhì)還存在繼續(xù)發(fā)育的可能。施工完成后，采用科學(xué)有效的驗(yàn)證方法，確保巖溶處理效果滿足后期鐵路安全運(yùn)營(yíng)。

1 工程概況

1.1 工程與地質(zhì)狀況

彌蒙鐵路北起彌勒站，從北向南依次經(jīng)過(guò)的地區(qū)有彌勒、竹園、朋普、開遠(yuǎn)以及大莊、蒙自等斷陷盆地，止于蒙自市擬建紅河機(jī)場(chǎng)。該鐵路跨越了南盤江、甸溪河以及瀘江等重要的河流。彌勒至新哨（起點(diǎn)至白沙坡隧道進(jìn)口）DK12+835～DK14+000段，屬于彌勒斷陷盆地區(qū)；新哨至綠水塘DK14+000～DK21+000段，屬構(gòu)造溶蝕侵蝕低中山區(qū)；綠水塘至馬保DK21+000～DK49+000段，屬巖溶斷陷盆地區(qū)；馬保至雨灑DK49+000～DK54+000段，屬巖溶中山峽谷區(qū)。

地質(zhì)勘探與調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)竹園鎮(zhèn)綠水塘附近出露三疊系侵入巖（T2β）凝灰?guī)r，開遠(yuǎn)市冷水溝、東聯(lián)村出露玄武巖；朋普鎮(zhèn)、大莊鄉(xiāng)城紅寨附近零星出露下第三系（E）泥巖、礫巖。

彌蒙鐵路依據(jù)地質(zhì)專業(yè)對(duì)巖溶地面塌陷程度評(píng)價(jià)及鉆探、物探資料進(jìn)行路基巖溶整治設(shè)計(jì)。整治段落一般為易塌陷區(qū)和極易塌陷區(qū)，巖溶弱發(fā)育區(qū)進(jìn)行針對(duì)性整治處理。一般來(lái)說(shuō)，整治工作中主要使用的是回填、封閉以及鉆孔注漿技術(shù)等一系列整治措施，采用鉆孔注漿時(shí)，貫徹“探灌結(jié)合、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”的原則。

1.2 整治范圍

首先，在一些覆蓋型巖溶區(qū)域，如果巖溶區(qū)域的覆蓋層厚度不超過(guò)30m，并且?guī)r溶化坡地區(qū)域的覆蓋層厚度不超過(guò)20m，可以考慮采用加固處理的措施。具體處理期間，主要使用的是鉆孔注漿技術(shù)。施工時(shí)配合相應(yīng)的地表排水措施，進(jìn)而能夠減輕地表水入滲所造成的不利影響。對(duì)于整治寬度而言，主要是路堤坡腳之外的5m范圍內(nèi)，如果坡腳（塹頂）外的巖溶影響到邊坡的穩(wěn)定性，可以適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大整治范圍。其次，如果施工區(qū)域存在裸露型巖溶或者是巖質(zhì)的路塹，應(yīng)參考工程現(xiàn)場(chǎng)的巖溶形態(tài)進(jìn)一步明確處理措施。此外，對(duì)于覆土厚度不超過(guò)3m的淺覆蓋巖溶，可結(jié)合地基處理，清除覆土后按裸露型巖溶進(jìn)行處理。另外，在一些深路塹（挖深超過(guò)3m）地段，如不能對(duì)其進(jìn)行復(fù)合地基處理，在基底覆蓋土層較薄、巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的地段，應(yīng)當(dāng)在基床換填底面增設(shè)高強(qiáng)加筋土工布+復(fù)合土工膜。

2 鉆孔注漿技術(shù)處理效果驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工工藝

采用鉆孔灌注技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行布孔，布孔結(jié)束后要進(jìn)行鉆機(jī)的安裝。這一過(guò)程中，要在平整場(chǎng)地后，設(shè)置地質(zhì)鉆機(jī)，調(diào)平機(jī)架、機(jī)體，然后進(jìn)行孔位對(duì)正，對(duì)孔誤差應(yīng)小于10cm；之后，進(jìn)行鉆孔以及基巖鉆進(jìn)、終孔等工作。以上工序完成后，完成自檢，如地質(zhì)不符合設(shè)計(jì)要求的進(jìn)行三方地質(zhì)確認(rèn)后，方能封孔注漿。

2.2 處理效果驗(yàn)證方法

整治段落一期和二期工程施工結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行施工質(zhì)量檢測(cè)。質(zhì)量檢查方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：完成后通過(guò)鉆芯取樣驗(yàn)證、瞬態(tài)面波法檢測(cè)以及電測(cè)深檢測(cè)。各分項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果對(duì)巖溶整治效果進(jìn)行綜合驗(yàn)證分析與評(píng)價(jià)，要求各分項(xiàng)檢測(cè)驗(yàn)證分析評(píng)價(jià)質(zhì)量100%為合格，否則應(yīng)采取補(bǔ)充加強(qiáng)措施。

2.2.1 鉆芯取樣驗(yàn)證

在分段施工結(jié)束后，應(yīng)按注漿孔數(shù)的2%布置檢查孔，且每個(gè)整治段落不得少于3孔，檢查孔巖芯可見多處水泥結(jié)石體，基本判定填滿可注縫隙。進(jìn)一步對(duì)檢查孔進(jìn)行注漿驗(yàn)證，單位吃漿量不超過(guò)周圍4孔單位平均吃漿量的15%，判定為取樣驗(yàn)證合格。當(dāng)未見結(jié)石體時(shí)應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，測(cè)試透水率值應(yīng)小于47Lu時(shí)，可評(píng)價(jià)為質(zhì)量合格。

2.2.2 瑞雷面波法效果的驗(yàn)證

瑞雷面波法探測(cè)采用瞬態(tài)面波法檢測(cè)，要求檢測(cè)總點(diǎn)數(shù)為注漿總孔數(shù)的5%且每段不少于10個(gè)點(diǎn)。巖土體注漿后的面波速度，面波頻散曲線不離散，且充填部位面波速度滿足合格標(biāo)準(zhǔn)：土Vs=29.273H+100；巖石Vs=23.998H+360（H＜10m），Vs=23.998H+290（H≥10m）；巖洞 Vs=16.67H+246。當(dāng)測(cè)點(diǎn)合格率≥90%，且不合格點(diǎn)不集中分布、不合格指標(biāo)與合格標(biāo)準(zhǔn)的差值不大于合格標(biāo)準(zhǔn)的20%，可評(píng)價(jià)為質(zhì)量合格。

瑞雷面波法驗(yàn)證方法，采用瑞雷面波探測(cè)巖溶的物探異常的理論基礎(chǔ)是，面波在單一均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，不會(huì)發(fā)生頻散，而當(dāng)介質(zhì)物性發(fā)生變化時(shí)，面波傳播會(huì)發(fā)生頻散，對(duì)應(yīng)的頻散曲線會(huì)在相應(yīng)地質(zhì)情況發(fā)生變化的深度出現(xiàn)“之”字形拐曲甚至離散，也就是說(shuō)，在非均勻介質(zhì)中，不同頻率的瑞雷波其傳播速度是不同的。在上覆層疏松或有塌陷存在，灰?guī)r有巖溶塌陷發(fā)育時(shí)，物性都發(fā)生了變化，速度降低，因此在相應(yīng)深度就會(huì)出現(xiàn)明顯的“之”字形拐曲，在基巖中，當(dāng)巖溶塌陷發(fā)育較嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致頻散曲線中斷。因此通過(guò)對(duì)巖溶塌陷段單點(diǎn)頻散曲線的形態(tài)進(jìn)行定性分析，根據(jù)各點(diǎn)面波速度繪制等VS圖，進(jìn)行分析比對(duì)，可對(duì)巖溶塌陷的位置、規(guī)模和埋深進(jìn)行全面和整體的定性評(píng)價(jià)。

瑞雷面波法的資料處理過(guò)程主要包括以下步驟：

（1）回放野外采集記錄，對(duì)非正常道進(jìn)行處理；

（2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；

（3）按照測(cè)線對(duì)記錄進(jìn)行組合，并建立觀測(cè)系統(tǒng)；

（4）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維空間互相關(guān)計(jì)算（SPAC）；

（5）按照共中心點(diǎn)（CMP）抽道集；

（6）對(duì)各個(gè)道集記錄進(jìn)行τ-p變換，在F-V域拾取相速度曲線；

（7）按測(cè)線對(duì)頻散曲線初始化，用非線性最小二乘法進(jìn)行反演；

（8）輸出整條測(cè)線的波速剖面圖，繪制出各個(gè)測(cè)點(diǎn)頻散曲線成果圖。

在完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化和預(yù)處理工作之后，利用SeisImager系列軟件的Pickwin程序?qū)γ娌〝?shù)據(jù)進(jìn)行處理。

首先用Group菜單下的Make File List選項(xiàng)將數(shù)據(jù)讀入，在讀入數(shù)據(jù)的過(guò)程中設(shè)置炮檢距、道間距等觀測(cè)系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)。接下來(lái)軟件要將地震記錄的共中心點(diǎn)道集（CMP道集）抽取出來(lái)，并進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算（cross-correlation）從而形成互相關(guān)共中心點(diǎn)道集，如圖1-A所示。

在抽道工作完成之后，利用Surface wave analysis菜單下的Phase vel ocity（2D：automatic）項(xiàng)即可進(jìn)行自動(dòng)相速度曲線提取，如圖1-B所示。

得到CMP道集各個(gè)點(diǎn)位的面波速度頻散曲線后，為了綜合利用各點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，也使解釋工作變得簡(jiǎn)單直觀，需要進(jìn)行二維反演。再用WaveEq軟件打開前面提取的頻散曲線，利用MASW（2D）菜單下的Ini tial Model項(xiàng)建立初始模型如圖1-C所示。

圖1 面波數(shù)據(jù)處理

在反演結(jié)束之后，采用GeoPlot軟件對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行顯示，如圖2所示。

圖2 存在波速異常的面波反演橫波波速

根據(jù)軟件分析繪制出各面波探測(cè)點(diǎn)速度等值線剖面圖及分析結(jié)果如圖3所示。圖中橫坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的里程點(diǎn)位置，縱坐標(biāo)為面波半波長(zhǎng)，與深度成正比，定性反應(yīng)深度變化。右側(cè)等值線數(shù)值代表波速大小，色標(biāo)圖例表示波速。

圖3 某段路基速度等值線剖面

結(jié)合探孔資料及速度等值線剖面圖知該段平均覆蓋層約為12m，巖石速度應(yīng)該達(dá)到v=23.998×12+290=578m/s，巖洞速度應(yīng)該達(dá)到ν=16.67*12+246=446m/s。而實(shí)測(cè)面波中巖石速度為650m/s，頻散曲線不離散，巖層中速度均大于650m/s，該段無(wú)異常。

2.2.3 電測(cè)深檢查效果驗(yàn)證

電測(cè)深檢查測(cè)線長(zhǎng)度為整治段落線路長(zhǎng)度的10%，測(cè)線位置宜與整治前的測(cè)線重合，并優(yōu)先選取巖溶形態(tài)強(qiáng)烈發(fā)育地段布置。采用電測(cè)深法進(jìn)行注漿前后物探異常對(duì)比測(cè)試，檢測(cè)段落整治范圍內(nèi)注漿充填效果明顯且無(wú)空洞異常，可評(píng)價(jià)為質(zhì)量合格。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)鐵路事業(yè)的迅猛發(fā)展，極大的帶動(dòng)了周圍區(qū)域經(jīng)濟(jì)、文化等方面的交流與融合。通過(guò)對(duì)彌蒙鐵路巖溶路基處理效果驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，既可以對(duì)施工質(zhì)量作出評(píng)判，同時(shí)還可以為后續(xù)的施工與學(xué)術(shù)研究提供極大的幫助。