工程物探技术在铁路路基检测中的应用研究

陈晓冈 上海铁路局宁波工务段

1 前言

近年来，工程物探技术取得了飞速的发展，集中体现在根据弹性波理论、电磁波理论和电学原理发展而来的各种工程物探技术。它在石油矿床等资源勘探开发、工程地质勘察与工程检测、地球环境的监测与保护等方面均有广泛应用。

工程物探技术相对于传统钻探方法，使用受场地、地形条件的限制较少，具有快速、准确、经济等特点。解决了传统勘察方法受铁路运营安全、检测时间限制等问题。因此工程物探技术在铁路路基检测的应用也越来越广。

2 工程物探技术

工程物探技术是以研究地下岩土层（或地质体）物理性质差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围并可测定岩土体的物理参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。

工程物探技术的理论基础是：介子中存在许多物理性质不同的地质或界面，它们在空间产生了天然物理场（包括重力场、地磁场地、地热场及放射性辐射场等）或人工物理场（包括人工电场、电磁场、人工地震波场、弹性位移场）的局部变化，因此派生出了各种物探方法。

工程物探涉及的方法技术很多，按照所利用的物理场源可分为直流电法、电磁法、浅层地震法、磁测法、微重力法、地温测量及放射性测量等类别。

目前，工程中开展较多且发展较为成熟的工程物探方法主要有：探地雷达法、瑞雷面波勘探、浅层地震勘探。

探地雷达法是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过发射天线向地下发射，当遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被接收天线接受，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。

瑞雷面波是一种沿介质自由表面传播的弹性波，其传播规律反映了传播途径中所涉及介质的弹性参数，不同波长的瑞雷波能反映不同深度的介质情况。

浅层地震勘探法是一种通过研究人工震源所激发的地震波在地下沿层、土壤或其它介质中传播来解决地下介质分布状况的物探方法，常用于解决地面下100 m深度范围内的地质问题。

3 工程物探技术在路基检测中应用分析

3.1 概况

沿海铁路杭深线宁波到福州全线包括甬台温铁路和温福铁路，是国家铁路规划网快速客运网重要组成部分，也是我国较早开工的高标准高速铁路。杭深线浙江段于2009年9月28日开通，时速250 km，有碴线路，运营里程为351 km，全线穿越典型的冲海积软土路基地段。

杭深线K465+510～K466+100段路基位于台州车站站场宁波端，全长590 m。本段路基为软土路基，软土深约为5 m～26 m，路堤填土高约为4 m～6 m，宽度为25 m～50 m。线路开通运营以来该路段路基存在'下沉'、'外臌'等病害，并且局部下沉地段存在总沉降量偏大、沉降速率较快、沉降收敛不明显等状况。

为准确掌握该地段路基地质情况，勘察单位一般会在铁路两侧路基坡脚每隔50 m进行钻探取芯地质勘探，获取工程地质与水文地质指标。但由于该段铁路线路已经开通运营并且十分繁忙，无法在铁路路基面范围内完整取芯钻探。因此，应用工程物探技术检测该地段路基，获取较为准确的地质状况，为地基补强加固提供可靠依据。

3.2 检测方案

（1）检测方法:根据现场试验对比，现场采用地质雷达测线、地震影像测线、地震面波测线检测。地质雷达采用400 MHz和100 MHz两种天线频率。

（2）检测仪器：SIR-20地质雷达仪，NZXP工程地震仪。

（3）现场测线和测点布置：选取代表性的路基面左、中、右三条线布置采集。左测线布置在5道外侧碴肩，中测线布置在路基中心线位置，右测线布置在8道外侧碴肩。地震映像采用0.5 m点距布置采集；地震面波采用2 m道间距，多道布置采集。

（4）完成工作量。该段路基检测共耗时10个天窗时间，主要检测工作是左、中、右三条地质雷达400 MHz和100 MHz测线，左、右两条地震影像测线，中线一段地震面波测线等内容。

3.3 检测分析

（1）400 MHz地质雷达测线。

以该段路基中桥顶面为基准，图1中1、2、3、4、5区域对应 的 K465+513 ～+628、K465+645 ～+732、K465+765 ～+841、K465+884～+957、K466+013～+067 段道碴及基床层界线明显下陷，可以判断该段路基基底有不均匀下沉现象，最大沉降量 95 cm。K465+655～+658、K465+665～+668、K465+757～+783、K465+815～+824、K465+912～+925、K465+937～+957 段道碴层界线附近波形杂乱，深度1.09 m～1.53 m，分析该段存在道碴囊、道碴陷槽。

图1 400 MHz地质雷达测线

（2）100 MHz地质雷达测线。

图 2 中 K465+593～+617 、K465+765～+792、K465+813～+841、K466+031～+064段有呈三振相的强反射信号，深度2 m～3 m，分析该段路基本体中存在不密实区域或空洞。

图2 100 MHz地质雷达测线

（3）地震影像测线。

地震影像测线 K465+569～+573、K465+604～+610、K465+663～+668、K465+782～+789段地震反射波组能量突然增强，波幅变大，同相轴与前后对比发生明显交错变化，分析该段路基本体中存在空洞。K466+025～+029地震反射波组能量突然增强，波幅变大，同相轴与前后对比发生明显交错变化，分析该段路基本体中存在空洞。

（4）地震面波。

图3中深度0 m～5 m面波速度存在差异，说明路基本体填筑不均匀。K465+605～+661、K465+674～+693段面波速度存在低速异常，深度9 m～13 m，分析该段路基基底存在松散、脱空区域。

图3 地震面测线

3.4 检测结论

根据现场地质雷达测线、地震影像测线、地震面波测线检测分析结果，可以对该段路基进行以下评价：

（1）路基基床道碴存在不同程度下陷、局部位置已经发展成为道碴囊；

（2）路基本体不同位置存在不密实区域、局部位置可能存在空洞；

（3）路基本体中局部存在填料不均匀、含水过高等问题；

（4）路基基底局部存在软弱、松散层。

4 结束语

（1）路基检测应用工程物探技术，具有效率高、信息量大、性价比高等特点；特别是对铁路既有线路基检测，可大大降低对运输安全、受天窗时间限制的影响，优势十分明显。工程物探技术已经成为铁路既有线路基检测中可靠、有效的检测技术措施之一。

（2）正式开展工程物探工作前，应认真做好前期实验工作，认真做好对比研究、选择最佳采集方案和最佳采集仪器。

（3）由于工程物探方法的多解性，且每种物探方法都有其适用性，单一物探方法无法解决所有问题，为提高物探成果的可靠性和精度，应采用综合物探方法，并应在有条件地方采用钻探、坑探等直接手段验证或核实探测结果。

（4）为了能正确把物理参数转化为工程地质评价，需要工程物探人员具备一定的工程地质知识，并应加强地质资料研读，以提高读解水平。