彌蒙鐵路巖溶路基處理效果驗證關鍵技術

嚴乃任

（中鐵十七局第二工程有限公司 陜西西安 710000）

0 引言

巖溶地質一直以來都是工程領域一項重要的研究對象，目前對其發育過程及形態特征已經有一定的認識。鐵路路基下巖溶具有隱蔽性的特點，且在一定條件下，巖溶地質還存在繼續發育的可能。施工完成后，采用科學有效的驗證方法，確保巖溶處理效果滿足后期鐵路安全運營。

1 工程概況

1.1 工程與地質狀況

彌蒙鐵路北起彌勒站，從北向南依次經過的地區有彌勒、竹園、朋普、開遠以及大莊、蒙自等斷陷盆地，止于蒙自市擬建紅河機場。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（起點至白沙坡隧道進口）DK12+835～DK14+000段，屬于彌勒斷陷盆地區；新哨至綠水塘DK14+000～DK21+000段，屬構造溶蝕侵蝕低中山區；綠水塘至馬保DK21+000～DK49+000段，屬巖溶斷陷盆地區；馬保至雨灑DK49+000～DK54+000段，屬巖溶中山峽谷區。

地質勘探與調查資料發現竹園鎮綠水塘附近出露三疊系侵入巖（T2β）凝灰巖，開遠市冷水溝、東聯村出露玄武巖；朋普鎮、大莊鄉城紅寨附近零星出露下第三系（E）泥巖、礫巖。

彌蒙鐵路依據地質專業對巖溶地面塌陷程度評價及鉆探、物探資料進行路基巖溶整治設計。整治段落一般為易塌陷區和極易塌陷區，巖溶弱發育區進行針對性整治處理。一般來說，整治工作中主要使用的是回填、封閉以及鉆孔注漿技術等一系列整治措施，采用鉆孔注漿時，貫徹“探灌結合、動態設計”的原則。

1.2 整治范圍

首先，在一些覆蓋型巖溶區域，如果巖溶區域的覆蓋層厚度不超過30m，并且巖溶化坡地區域的覆蓋層厚度不超過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。施工時配合相應的地表排水措施，進而能夠減輕地表水入滲所造成的不利影響。對于整治寬度而言，主要是路堤坡腳之外的5m范圍內，如果坡腳（塹頂）外的巖溶影響到邊坡的穩定性，可以適當的擴大整治范圍。其次，如果施工區域存在裸露型巖溶或者是巖質的路塹，應參考工程現場的巖溶形態進一步明確處理措施。此外，對于覆土厚度不超過3m的淺覆蓋巖溶，可結合地基處理，清除覆土后按裸露型巖溶進行處理。另外，在一些深路塹（挖深超過3m）地段，如不能對其進行復合地基處理，在基底覆蓋土層較薄、巖溶強烈發育的地段，應當在基床換填底面增設高強加筋土工布+復合土工膜。

2 鉆孔注漿技術處理效果驗證關鍵技術

2.1 施工工藝

采用鉆孔灌注技術進行施工時，首先應進行布孔，布孔結束后要進行鉆機的安裝。這一過程中，要在平整場地后，設置地質鉆機，調平機架、機體，然后進行孔位對正，對孔誤差應小于10cm；之后，進行鉆孔以及基巖鉆進、終孔等工作。以上工序完成后，完成自檢，如地質不符合設計要求的進行三方地質確認后，方能封孔注漿。

2.2 處理效果驗證方法

整治段落一期和二期工程施工結束后，應進行施工質量檢測。質量檢查方法及評價標準如下：完成后通過鉆芯取樣驗證、瞬態面波法檢測以及電測深檢測。各分項檢測結果對巖溶整治效果進行綜合驗證分析與評價，要求各分項檢測驗證分析評價質量100%為合格，否則應采取補充加強措施。

2.2.1 鉆芯取樣驗證

在分段施工結束后，應按注漿孔數的2%布置檢查孔，且每個整治段落不得少于3孔，檢查孔巖芯可見多處水泥結石體，基本判定填滿可注縫隙。進一步對檢查孔進行注漿驗證，單位吃漿量不超過周圍4孔單位平均吃漿量的15%，判定為取樣驗證合格。當未見結石體時應進行壓水試驗，測試透水率值應小于47Lu時，可評價為質量合格。

2.2.2 瑞雷面波法效果的驗證

瑞雷面波法探測采用瞬態面波法檢測，要求檢測總點數為注漿總孔數的5%且每段不少于10個點。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準：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。當測點合格率≥90%，且不合格點不集中分布、不合格指標與合格標準的差值不大于合格標準的20%，可評價為質量合格。

瑞雷面波法驗證方法，采用瑞雷面波探測巖溶的物探異常的理論基礎是，面波在單一均勻介質中傳播時，不會發生頻散，而當介質物性發生變化時，面波傳播會發生頻散，對應的頻散曲線會在相應地質情況發生變化的深度出現“之”字形拐曲甚至離散，也就是說，在非均勻介質中，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，灰巖有巖溶塌陷發育時，物性都發生了變化，速度降低，因此在相應深度就會出現明顯的“之”字形拐曲，在基巖中，當巖溶塌陷發育較嚴重時，甚至會導致頻散曲線中斷。因此通過對巖溶塌陷段單點頻散曲線的形態進行定性分析，根據各點面波速度繪制等VS圖，進行分析比對，可對巖溶塌陷的位置、規模和埋深進行全面和整體的定性評價。

瑞雷面波法的資料處理過程主要包括以下步驟：

（1）回放野外采集記錄，對非正常道進行處理；

（2）數據格式轉換；

（3）按照測線對記錄進行組合，并建立觀測系統；

（4）對數據進行二維空間互相關計算（SPAC）；

（5）按照共中心點（CMP）抽道集；

（6）對各個道集記錄進行τ-p變換，在F-V域拾取相速度曲線；

（7）按測線對頻散曲線初始化，用非線性最小二乘法進行反演；

（8）輸出整條測線的波速剖面圖，繪制出各個測點頻散曲線成果圖。

在完成數據格式轉化和預處理工作之后，利用SeisImager系列軟件的Pickwin程序對面波數據進行處理。

首先用Group菜單下的Make File List選項將數據讀入，在讀入數據的過程中設置炮檢距、道間距等觀測系統的有關參數。接下來軟件要將地震記錄的共中心點道集（CMP道集）抽取出來，并進行互相關計算（cross-correlation）從而形成互相關共中心點道集，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）項即可進行自動相速度曲線提取，如圖1-B所示。

得到CMP道集各個點位的面波速度頻散曲線后，為了綜合利用各點的數據信息，也使解釋工作變得簡單直觀，需要進行二維反演。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項建立初始模型如圖1-C所示。

圖1 面波數據處理

在反演結束之后，采用GeoPlot軟件對反演結果進行顯示，如圖2所示。

圖2 存在波速異常的面波反演橫波波速

根據軟件分析繪制出各面波探測點速度等值線剖面圖及分析結果如圖3所示。圖中橫坐標為對應測點的里程點位置，縱坐標為面波半波長，與深度成正比，定性反應深度變化。右側等值線數值代表波速大小，色標圖例表示波速。

圖3 某段路基速度等值線剖面

結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，巖石速度應該達到v=23.998×12+290=578m/s，巖洞速度應該達到ν=16.67*12+246=446m/s。而實測面波中巖石速度為650m/s，頻散曲線不離散，巖層中速度均大于650m/s，該段無異常。

2.2.3 電測深檢查效果驗證

電測深檢查測線長度為整治段落線路長度的10%，測線位置宜與整治前的測線重合，并優先選取巖溶形態強烈發育地段布置。采用電測深法進行注漿前后物探異常對比測試，檢測段落整治范圍內注漿充填效果明顯且無空洞異常，可評價為質量合格。

3 結束語

隨著國內鐵路事業的迅猛發展，極大的帶動了周圍區域經濟、文化等方面的交流與融合。通過對彌蒙鐵路巖溶路基處理效果驗證關鍵技術進行研究，既可以對施工質量作出評判，同時還可以為后續的施工與學術研究提供極大的幫助。