某铁路路基地质雷达探测病害及分析研究

王 凤 奇

(中国神华神朔铁路分公司河东运输段，山西 忻州 036203)

某铁路路基地质雷达探测病害及分析研究

王 凤 奇

(中国神华神朔铁路分公司河东运输段，山西 忻州 036203)

以某重载铁路公司K492+070～K492+380段路基下沉、边坡浆砌地段鼓起等病害为研究对象，采用新技术GR-IV型地质雷达系统对病害现场5条线从不同角度对路基内部结构进行测试和分析，因本次采用的是新技术、新方法，其对工作原理及数据计算进行了详细的分析和推算，旨在通过现场探测及调查，综合分析找出路基病害原因，提出加固建议及其控制技术要点，以达到预期加固效果，为类似工程项目提供技术参考和加固依据。

地质雷达，路基，重载铁路

1 项目概述

某重载铁路公司K492+070～K492+380段路基病害较为突出，尤其是雨季下沉量较大，线路轨道几何尺寸难以保持，为保证重载线路的安全运营、为工务部门养护维修提供参考依据，保障线路运营安全。按照计划对探测区段内路基进行GR-IV地质雷达探测，对指定路段线路表面以下6 m范围进行探测，查明潜在的路基结构变形、富水、结构松散等病害的状况与分布，为后续路基病害加固提供依据。

2 探测原理及设备

GR-IV地质雷达法是一种采用窄脉冲宽带高频电磁波信号探测地下介质分布的方法，具有快速、无损、连续探测和实时显示的特点。通过对路基道床扫描图像进行定性处理和图像解译，达到识别地下目标物的目的，其工作原理如图1所示。

3 现场作业方法

本次探测使用的是GR-IV型地质雷达系统，数据处理采用GR雷达处理分析系统V3.2(高级版)，雷达系统配置及主要参数都较高。

数据采集方式：点测、连续测量、测距轮控制测量。

触发方式:时间触发、键盘触发、测距轮触发、打标器触发。

A/D转换:16位；脉冲频率:200 kHz；测量时窗5 ns～5 000 ns；系统功耗:15 W；最大动态范围：156 dB；温度范围:-10 ℃～+40 ℃。

天线：

天线种类：屏蔽式地面耦合TE极化天线>天线中心频率：200 MHz>天线前端模控噪声放大器：-20 dB～+40 dB。

本次探测在上下行线共布置5条测线，分别位于路肩、外侧砟肩、轨道中心、内侧砟肩、内侧砟底，测线布置示意图如图2所示。

为兼顾探测深度和分辨率，本次路基探测有砟轨道采用频率200 MHz的雷达天线，时窗140 ns，采样点数1 024点。

本次地质雷达法探测区段里程累计长度310 m，布设5条测线，测线总长13 516 m，工作量详细情况见表1。

表1 地质雷达探测工作量统计表

4 地质雷达探测数据分析和处理

探测路基病害数据分析和处理，主要是收集和提取微弱有效反射信号并提取有用信息。其基本原理是在信号存在干扰的条件下，根据高频电磁波的衰减规律，从而有效探测病害。处理雷达数据主要是数字滤波，排除干扰波，突显有效波，提高信噪比，其具体处理流程如图3所示。数据异常情况及其对应特征如表2所示。

表2 异常情况及其对应特征表

5 探测结果

地质雷达路基病害探测成果见表3。

表3 地质雷达路基病害探测成果表

6 现场调查及原因分析

该段路基周边场地为耕地，地势平坦，地貌单元属华北冲积平原东缘。路基填筑高度约5 m，填土现场判断主要为粉土及粉质粘土。表层揭露较为潮湿，坡面植物茂盛，推断路基内含水量较高。该段路基应一直发生持续下沉，路肩已经设冠梁加高。近期变形主要由下行路肩沉降变形，横向不均匀变形导致，线路路基

出现明显的水平偏差。现场调查发现坡面有向外挤出变形迹象，边坡浆砌骨架下错、折断、拱起变形。

该段路基变形原因分析：

1)重载列车反复冲击作用。

作为轨道结构的基础，路基道床需要承受重载列车动荷载的反复冲击作用。其后果是路基道床动应力过大引起翻浆冒泥等浅层病害和下沉挤出变形等影响路基稳定的深层病害。当路基土体的承载能力小于承受的动荷载时，道床会在列车重复荷载的作用下逐渐“切入”基床土体，从而引起线路持续下沉，降雨时排水不畅，容易积水。

2)路基填料土质不良。

因本段路基填料为粉土及粉质粘土，透水性差，含水量增加时强度降低，承载力下降，在列车荷载作用下，产生向外挤出变形。

3)路基导排水设施劣化。

由于欠缺地表下排水设施，道床由于排水不畅而受到较严重污染。这些年公司对该段路基进行加宽，在路基表面和护坡做了冠梁和浆砌片石，这种做法一方面增大了路基基床压应力，另一方面导致排水设施堵塞，其结果是道碴嵌入路基内部或者路基基床产生严重的翻浆冒泥，导致基床两侧隆起和破损。

7 结论及建议

7.1结论

1)本次采用新技术雷达探测中共发现有6处异常，其中基床沉降区域4处，不密实区域2处。属于较为严重地段，为保证线路的安全运营需要及时采取路基加固。

2)从现场调查分析可知，路基变形主要与路基填料性质有关，粉土及粉质粘土填料含水量增加时，强度降低，进而在列车等上部荷载的作用下，坡面向外挤出，引起轨道沉降变形。

7.2建议

为彻底根除安全隐患，保证线路运行安全，根据以上调查分析可知，该段路基受降雨影响，变形将仍然继续发展。建议加强对这段路基的日常检查及观测，必要时对这段重载路基进行科学有效的加固，经对历年加固路基的工程情况进行分析和整理，目前一般采用搅拌桩加固或者冲击挤密复合桩加固方案，但综合工程造价、实施效果和施工复杂程度等几个因素，优选冲击挤密复合桩加固方案。

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

[2] 范智杰，刘 玲.路基工程质量监理的几点认识与体会[J].工程质量，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

王凤奇(1972- )，男，助理工程师