山西中南部鐵路通道巖溶路基灌漿效果評估

王 巖 秦利平 何金星

(1.中交第二公路工程局四公司，河南 洛陽 471013; 2.中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074)

0 引言

山西中南部鐵路通道，西起山西興縣瓦塘站，穿越呂梁山、太岳山、太行山、沂蒙山，途經山西、河南、山東3省12市，終點為山東省日照市，全長1 260 km，其中山西、河南、山東3省境內分別為579 km，255 km和426 km。該鐵路設計標準為國鐵Ⅰ級、雙線電氣化，時速120 km，貨運能力2億t/年，客車15對/日，項目總投資998億元。為確保該鐵路通道的安全和穩(wěn)定，需要對穿越巖溶發(fā)育的地區(qū)進行灌漿處理[1]，在大面積施工前選擇中交二公局山西中南部鐵路通道ZNTJ-17標段 DK1003+555.0～DK1003+751.7段路基作為試驗段，通過試驗檢測注漿處理施工設備、施工工藝的合理性、適用性以及泵漿壓力、注漿流量、入巖深度的判斷、注漿速度等參數(shù)，得出巖溶注漿的施工工藝以及技術參數(shù)，為后續(xù)的大面積施工提供指導。

1 試驗段工程概況

本區(qū)地層巖性及地質構造為:①粉質粘土:黃褐色，軟塑局部硬塑，土質不均，含少量植物根系和少量鐵錳氧化物，局部夾少量石灰?guī)r碎塊，層厚0.4 m～3.2 m。②-1石灰?guī)r:淺灰色、青灰色，強風化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀及碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，有漏水現(xiàn)象，溶孔溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，層厚2.6 m～12 m。②-2石灰?guī)r:青灰色、淺灰色，弱風化，巖芯呈柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，溶孔溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，揭示厚度1.9 m～13.4 m。②-3溶洞:勘探深度內44孔揭示有溶洞，溶洞厚度0.5 m～2.9 m不等，溶洞大部分充填少量粘性土及石灰?guī)r碎屑，漏水嚴重。②-4石灰?guī)r:淺灰色，弱風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈柱狀。根據勘探孔揭示，區(qū)內覆蓋層厚度為0.4 m～3.2 m，部分地段附近有基巖出露，DK1003+565 ～DK1003+715段平均巖溶率9.3%，DK1003+715～DK1003+755段平均巖溶率2.18%，巖溶發(fā)育強烈，地下水位埋深小于可溶巖頂板埋深，綜合評價該段場地為較不穩(wěn)定區(qū)。

在 DK1003+555.0～DK1003+751.7段路基在鋪墊前，對其地層采用高壓注水泥漿灌漿處理:處理深度0.4 m～9 m，鉆孔直徑為110 mm，灌漿孔孔深8 m～10 m左右，其中DK1003+565～DK1003+715段縱向間距5 m，排距5 m，正方形布置;DK1003+715～DK1003+755縱向間距15 m，豎向間距5 m，平行四邊形布置灌漿孔孔距5 m，平面布置如圖1所示。根據先導勘探孔揭示巖溶發(fā)育情況，一般加固深度為巖土界面以下5 m，即孔深鉆入基巖不小于5 m，若無土層覆蓋層，則加固至基床以下8 m;若施工過程中遇溶洞，應至溶洞底板以下2.0 m，注漿套管嵌入基巖0.5 m，用水泥砂漿與基巖固結成一體。

2 灌漿效果評估

根據工作目的及要求，選用高密度電法和單孔聲波法對灌漿效果進行綜合檢測，根據灌漿后的視電阻率分布情況和超聲波速，綜合判定灌漿效果[2]。

2.1 工作原理

2.1.1 高密度電法[3-5]

高密度電阻率法探測是在被探測體表層通過供電電極向地下供入直流電，形成人工電場，然后利用測量電極通過儀器觀測其電場分布情況，研究不同異常體所引起的地下電場變化。在理想條件下，將被探測體視為均質體，其電阻率在垂直方向和水平方向變化不大，電場分布均勻;當被探測體存在異常體時，均質體會發(fā)生改變，致使電場分布發(fā)生變化，反映在異常體位置上所測電阻率發(fā)生變化。由此根據灌漿前后所測視電阻率的變化大小及曲線形態(tài)，結合相關資料，推斷異常的性質、部位和埋深。

2.1.2 聲波測試[6]

聲波測試采用單發(fā)雙收裝置，兩接收換能器間隔20 cm，測點間距20 cm，工作原理見圖2。由發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波，經水耦合沿孔壁最佳路徑傳播，先后到達兩接收換能器，通過儀器分別讀取兩接收換能器接收到的超聲波到達時間T1，T2，計算出聲波時差Δt及波速Vp。

2.2 測線布置及設備參數(shù)

工區(qū)測線布置為根據灌漿孔的分布和地形的起伏情況，垂直或平行路基方向布置測線。高密度電法和聲波法探測測線共完成3條測線，長度360 m，詳見表1。

高密度電法探測采用WDJD-3型多功能數(shù)字直流激電儀，儀器編號為110801，儀器設備工作時檢驗合格。在野外工作時，采用200 V恒壓供電，保證底部數(shù)據的可靠性，點距2 m，采用15層掃描，最大有效探測深度大于12 m，滿足探測要求。聲波測試采用RS-ST01C非金屬聲波檢測儀，50 m單發(fā)雙收探頭，測試點距0.2 m。

表1 DK1003+555.0～DK1003+751.7高密度電法探測實測測線表

2.3 效果分析

根據所選的三條測線，高密度電法檢測成果如圖3～圖5所示，超聲波灌漿效果檢測成果見表2。

表2 灌漿效果檢測成果表

1剖面:該剖面72 m垂直交于DK1003+600中心線處，從反演后的電阻率剖面(如圖3所示)可以看出:本區(qū)線路方向基巖面有一定起伏變化，淺部3.5 m以內電阻率在5 Ω·m～20 Ω·m間，大部分集中在10 Ω·m～20 Ω·m，沿水平方向變化較小且分布均勻。自然地面以下3.5 m～12.0 m左右處有一高阻區(qū)域，范圍在30 Ω·m～150 Ω·m，電阻率有較大增加，說明注漿結果反映清晰;該剖面處灌漿段的超聲波測孔的平均波速為3 100 m/s，灌漿區(qū)域效果比較良好。

2剖面:該剖面60 m垂直交于DK1003+650中心線處，從反演后的電阻率剖面(如圖4所示)可以看出:本區(qū)線路方向基巖面有一定起伏變化，淺部4.0 m以內電阻率在5 Ω·m～25 Ω·m間，大部分集中在10 Ω·m～20 Ω·m，沿水平方向變化較小且分布均勻。自然地面以下4.0 m～12.0 m左右處有一高阻區(qū)域，范圍在30 Ω·m～250 Ω·m，電阻率有很大增加，說明注漿結果反映清晰;該剖面處的灌漿段超聲波測孔的平均波速為3 200 m/s，灌漿區(qū)域效果較為良好。

3剖面:該剖面56 m垂直交于DK1003+730中心線處，從反演后的電阻率剖面(如圖5所示)可以看出:本區(qū)線路方向基巖面有一定起伏變化，淺部4.0 m以內電阻率在5 Ω·m～25 Ω·m間，大部分集中在10 Ω·m～20 Ω·m，沿水平方向變化較小且分布均勻。自然地面以下4.0 m～12.0 m左右處有一高阻區(qū)域，范圍在30 Ω·m～300 Ω·m，電阻率有很大增加，說明注漿結果反映清晰;該剖面處的灌漿段超聲波測孔的平均波速為3 000 m/s，灌漿區(qū)域效果相對良好。

3 結語

在山西中南部鐵路通道巖溶段路基試驗段DK1003+555.0～DK1003+751.7施工中采用巖溶灌漿施工技術，由高密度電法和超聲波測試以及雷達數(shù)據分析顯示，溶蝕、空洞、裂隙、不均勻體均得到較好的充填，采用的注漿措施可行、灌漿效果比較明顯，可以在山西中南部鐵路通道巖溶地段推廣運用。

[1] 孟祥慧.淺析鐵路路基巖溶注漿施工技術[J].科技創(chuàng)新導報，2012(1):110.

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