某鐵路路基地質雷達探測病害及分析研究

王 鳳 奇

(中國神華神朔鐵路分公司河東運輸段，山西 忻州 036203)

某鐵路路基地質雷達探測病害及分析研究

王 鳳 奇

(中國神華神朔鐵路分公司河東運輸段，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象，采用新技術GR-IV型地質雷達系統對病害現場5條線從不同角度對路基內部結構進行測試和分析，因本次采用的是新技術、新方法，其對工作原理及數據計算進行了詳細的分析和推算，旨在通過現場探測及調查，綜合分析找出路基病害原因，提出加固建議及其控制技術要點，以達到預期加固效果，為類似工程項目提供技術參考和加固依據。

地質雷達，路基，重載鐵路

1 項目概述

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營、為工務部門養護維修提供參考依據，保障線路運營安全。按照計劃對探測區段內路基進行GR-IV地質雷達探測，對指定路段線路表面以下6 m范圍進行探測，查明潛在的路基結構變形、富水、結構松散等病害的狀況與分布，為后續路基病害加固提供依據。

2 探測原理及設備

GR-IV地質雷達法是一種采用窄脈沖寬帶高頻電磁波信號探測地下介質分布的方法，具有快速、無損、連續探測和實時顯示的特點。通過對路基道床掃描圖像進行定性處理和圖像解譯，達到識別地下目標物的目的，其工作原理如圖1所示。

3 現場作業方法

本次探測使用的是GR-IV型地質雷達系統，數據處理采用GR雷達處理分析系統V3.2(高級版)，雷達系統配置及主要參數都較高。

數據采集方式：點測、連續測量、測距輪控制測量。

觸發方式:時間觸發、鍵盤觸發、測距輪觸發、打標器觸發。

A/D轉換:16位；脈沖頻率:200 kHz；測量時窗5 ns～5 000 ns；系統功耗:15 W；最大動態范圍：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>天線前端模控噪聲放大器：-20 dB～+40 dB。

本次探測在上下行線共布置5條測線，分別位于路肩、外側砟肩、軌道中心、內側砟肩、內側砟底，測線布置示意圖如圖2所示。

為兼顧探測深度和分辨率，本次路基探測有砟軌道采用頻率200 MHz的雷達天線，時窗140 ns，采樣點數1 024點。

本次地質雷達法探測區段里程累計長度310 m，布設5條測線，測線總長13 516 m，工作量詳細情況見表1。

表1 地質雷達探測工作量統計表

4 地質雷達探測數據分析和處理

探測路基病害數據分析和處理，主要是收集和提取微弱有效反射信號并提取有用信息。其基本原理是在信號存在干擾的條件下，根據高頻電磁波的衰減規律，從而有效探測病害。處理雷達數據主要是數字濾波，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。數據異常情況及其對應特征如表2所示。

表2 異常情況及其對應特征表

5 探測結果

地質雷達路基病害探測成果見表3。

表3 地質雷達路基病害探測成果表

6 現場調查及原因分析

該段路基周邊場地為耕地，地勢平坦，地貌單元屬華北沖積平原東緣。路基填筑高度約5 m，填土現場判斷主要為粉土及粉質粘土。表層揭露較為潮濕，坡面植物茂盛，推斷路基內含水量較高。該段路基應一直發生持續下沉，路肩已經設冠梁加高。近期變形主要由下行路肩沉降變形，橫向不均勻變形導致，線路路基

出現明顯的水平偏差。現場調查發現坡面有向外擠出變形跡象，邊坡漿砌骨架下錯、折斷、拱起變形。

該段路基變形原因分析：

1)重載列車反復沖擊作用。

作為軌道結構的基礎，路基道床需要承受重載列車動荷載的反復沖擊作用。其后果是路基道床動應力過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定的深層病害。當路基土體的承載能力小于承受的動荷載時，道床會在列車重復荷載的作用下逐漸“切入”基床土體，從而引起線路持續下沉，降雨時排水不暢，容易積水。

2)路基填料土質不良。

因本段路基填料為粉土及粉質粘土，透水性差，含水量增加時強度降低，承載力下降，在列車荷載作用下，產生向外擠出變形。

3)路基導排水設施劣化。

由于欠缺地表下排水設施，道床由于排水不暢而受到較嚴重污染。這些年公司對該段路基進行加寬，在路基表面和護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力，另一方面導致排水設施堵塞，其結果是道碴嵌入路基內部或者路基基床產生嚴重的翻漿冒泥，導致基床兩側隆起和破損。

7 結論及建議

7.1結論

1)本次采用新技術雷達探測中共發現有6處異常，其中基床沉降區域4處，不密實區域2處。屬于較為嚴重地段，為保證線路的安全運營需要及時采取路基加固。

2)從現場調查分析可知，路基變形主要與路基填料性質有關，粉土及粉質粘土填料含水量增加時，強度降低，進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，保證線路運行安全，根據以上調查分析可知，該段路基受降雨影響，變形將仍然繼續發展。建議加強對這段路基的日常檢查及觀測，必要時對這段重載路基進行科學有效的加固，經對歷年加固路基的工程情況進行分析和整理，目前一般采用攪拌樁加固或者沖擊擠密復合樁加固方案，但綜合工程造價、實施效果和施工復雜程度等幾個因素，優選沖擊擠密復合樁加固方案。

[1] 李 杰.山區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.路基工程質量監理的幾點認識與體會[J].工程質量，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