綜合物探在鐵路路基地質災害探測的應用

王忠凱

摘 要：鐵路路基不密實區域的存在，嚴重影響列車的安全，特別是流水的沖刷和滲透，以及列車的動荷載作用，很容易造成這些區域下沉。本次采用高密度電法、地質雷達、地震映像法對既有肖泉鐵路漳泉線K11+200～K11+300災害段開展綜合物探勘查，以檢測和查明該路段的災害具體情況。對采集的資料處理分析，結合地質情況對既有線地下不良地質病害進行了解釋推斷，基本查明了該地質災害的具體性質及其影響范圍。

關鍵詞：鐵路路基;災害點;地震波;電阻率;電磁波

0 前言

鐵路路基不密實區域的存在，嚴重影響列車的安全，特別是流水的沖刷和滲透，以及列車的動荷載作用，很容易造成這些區域下沉。采用綜合物探的方法可以在不干擾行車的情況下，查明這些下沉區域的空間位置，進而提出處理措施，保證路基的穩定。

本次采用綜合物探勘查地質災害點位于安溪縣大深鎮肖泉鐵路段，鐵路運營20多年，現在K11+250處出現明顯下沉，嚴重危害列車的運行。根據現場調查，本次采用高密度電法、地質雷達、地震映像法對既有肖泉鐵路漳泉線K11+200～K11+300災害段開展綜合物探勘查，以檢測和查明該路段的災害具體表現形式。

1 地質地球物理特征

既有肖泉鐵路K11+200～K11+300災害段，原為山谷后經填土筑成現在的鐵路，屬于典型的路堤基本形式，見圖1。路基是人填筑構筑物，具有明顯的分層結構特性，從上至下為道碴層、基床本體、基床底部。表層道碴層為路基碎石，厚約60 cm，孔隙多，含水少;基床本體為筑填土，填土分選性好，密實，電阻率較低;基床底部原始沙土狀全風化砂巖。路基兩側邊坡采用框格防護，植被多為雜草，少發育。

地質災害主要表現形式為區域下沉、不密實地段甚至多孔相連的空洞。這些在災害區域相對于原有的路基具有以下的特征：

（1）地質災害的形成破壞了原有路基的電性分層，形成封閉的低阻或者高阻區域;

（2）不密實區域的形成使得該區域巖土層的密度與彈性與周圍原有的路基層的密度和彈性參數都發生了改變。

2 工作布置

根據地面工作條件和地面沉降點的性質，在鐵路軌道南側約1 m處布置1條南西向的剖面，起始點K11+200 m，終止點K11+300 m。高密度電法勘探點距1.5 m共60道，起點為K11+203 m，剖面長度90 m;高密度地震映像法點距20 cm，起點K11+200 m，剖面長度100 m;探地雷達探測點距20 cm，起點K11+200 m，除了和高密度地震映像法探測線一致外，在軌道間另外布置一條測線，剖面長度共200 m。

高密度電法采集采用對稱四極裝置和溫納裝置，地震映像法采用偏移距2 m逐點連續點測方式進行，雷達探測采用點距20 cm的點測方式探測。

3 異常特征和成果

通過本次綜合物探方法，發現三處異常，分別編號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其中高密度剖面異常只有Ⅰ、Ⅱ兩處，異常Ⅲ尚不在勘查范圍內。三處異常在不同的物探方法勘查剖面有不同的表現形式，具體見圖2。

3.1 異常Ⅰ

異常Ⅰ區勘查時下沉現象，位于K11+243～K11+256間鐵軌一側，寬度約13 m，從地表至深約6 m左右都有物探異常表現。由于有下沉現象，即使臨時采取應急措施，鐵軌一側傾斜度也處于臨界狀態，該災害點的綜合物探異常特征表現如下：

（1）異常區電阻率曲線呈異常畸變，電阻率梯度變化很大，整個高阻層的均勻電性在此處遭遇破壞，形成半橢圓形的低阻區，由于道渣層的存在該測線位于高邊坡頂部，不在下沉區中心，因此在異常區上部還存在較厚的高阻層，說明異常區下陷后含水較多，形成低阻異常區;

（2）高密度地震映像法成果顯示在該處反射波同向軸不連續，從地表到深6 m間反正波雜亂無序，振幅衰減較快，在深部反射波銳減，說明該處較為松散;

（3）探地雷達映像電磁波反射波同向軸錯斷明顯，錯斷距離在20 cm～30 cm，在深3 m～6 m間反射波同向軸彎曲不連續，深6 m以下沒有反射波，說明含水較多，電磁波被嚴重吸收。

3.2 異常Ⅱ

異常Ⅱ采用綜合物探勘查時，地表尚未發現任何異常，該異常寬度約10 m，深度在4 m～6 m間。位于K11+220～K11+230間，災害點其主要物探異常特征：

（1）異常區電阻率曲線呈異常畸變，電阻率梯度變化很大，高阻層的均勻電性在此處遭遇破壞，形成半橢圓形的低阻區。電阻率呈現低阻特性，上伏4 m左右的高阻層，從電阻率特性來看，與地表下沉區的電性特征較為一致，是一處應該引起注意的地質災害點;

（2）高密度地震映像法在深度5 m～6 m間反射波同向軸向下彎曲，有明顯的下沉跡象;

（3）探地雷達映像電磁波反射波在深5 m～6 m間反射波雜亂，沒有成層的特征，而且電磁波到該深度減少很快直至被完全吸收，是含水比較嚴重的表現。

3.3 異常Ⅲ

Ⅲ號災害點即危險區Ⅰ在K11+280～K11+295間，寬度約15 m。主要物探異常特征：

（1）高密度電阻率法缺少該區的數據;

（2）高密度地震映像法成果顯示在深度5 m～6 m間反射波雜亂無章，反射波沒有一處同向軸連續，呈現四周散射的特性，是明顯不密實的砂石層;

（3）探地雷達映像電磁波反射波在深5 m～6 m間反射波同向軸彎曲不連續，呈現絮狀特征且隨深度增加，反射波減少很快直至被完全吸收。

本次工區位于沖洪積谷地河流附近的低洼地帶，基床底部為風化砂巖，基床本地是早期人工填土。地下水的活動逐年累月侵蝕填筑質量差的填土堆積物，并帶走了一部分泥沙，易形成軟弱地層帶或者多個小面積的含水空洞。在列車動荷載的沖擊下，不穩定的路堤段填土被長期擾動，強度大大降低，逐漸剪切變形，容易造成地表下沉，特別是在南方多雨的地段尤為明顯。

通過本區地質地貌和氣候特征以及高路堤特有的性質，根據物探剖面特征可以得出以下成果：

（1）該路段存在三處地質災害點：下沉區最為明顯，勘查時下沉已引起軌道一側傾斜，嚴重危害列車運行的安全;異常區Ⅰ物探異常特征與下沉區極為相似，只是規模尚沒有下沉區大，需要對該異常采用鉆探或者釬探方式加以驗證;異常Ⅱ隱患較為嚴重，地表高密度電法就存在低阻現象，高密度地震映像法異常規模較大，如果引起塌陷或者下沉，影響范圍可能會超過下沉區的范圍;

（2）高路堤地段不存在溶洞（該區不是灰巖區），引起下沉或者塌陷的原因主要是軟弱地層帶和多個小面積的含水空洞。

4 結語

通過本次綜合物探勘查，地質災害點的物探異常明顯，易于區分，采用該三種方法對鐵路地質災害探測快速有效。

物探成果發現的三處異常，其中下沉區急需治理，物探異常也非常明顯，基本查明了災害點影響范圍。異常區Ⅰ和異常區Ⅱ通過鉆探驗證已證實高處為軟弱地層，地層含水較多部分呈流塑-半流塑狀態。

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