地質雷達檢測高鐵無砟軌道支承層底部脫空離縫

摘 要：無砟軌道支承層底部翻漿冒泥導致支承層底部與基床表層之間出現脫空離縫，文章采用地質雷達檢測方法對高速鐵路無砟軌道支承層底部脫空離縫病害情況進行檢測，為確定翻漿冒泥整治處理方案提供依據；在注漿整治后對處理效果進行檢測，通過注漿前后的雷達檢測圖像對比分析，評價注漿處理效果。經實例驗證，該方法可快捷、有效的對支承層底部與基床表層的接觸狀態進行整體綜合評判，應用效果良好，能夠為以后同類工程的檢測提供參考。

關鍵詞：地質雷達；高速鐵路無砟軌道；脫空離縫

引言

我國是世界上高速鐵路投入商業運營里程最長的國家，目前高速鐵路運營里程已經突破1.6萬公里，近7年的高速鐵路運營實踐表明：由于環境條件變化和列車沖擊荷載的反復作用，局部地段已經先后出現了不同程度的路基病害，例如無砟軌道翻漿冒泥，滬寧城際鐵路自2011年底開始常規檢查以來，共發現有數十公里的路基地段發生了路基翻漿病害，大多數病害發生在混凝土支承層的底部附近，嚴重影響到列車運行的平穩性和行車的安全性。

無砟軌道出現冒漿的原因主要基床表層材料性質及當地氣候有關，當地氣候濕潤，降水較多，雨水沿著軌道縫隙滲入支承層與基床表面的縫隙內，由于采用的級配碎石透水性差，縫隙進水后，在列車動荷載長期作用下，細顆粒被水沖出，產生冒漿現象。較硬的顆粒在動荷載作用下，相互摩擦形成碎屑在動水壓力作用下液化并隨著水從裂縫中流出。因此通過檢測高速鐵路無砟軌道支承層與基床表層脫空、離縫，可以對翻漿冒泥情況進行判斷。

地質雷達具有快速、無損、高精度的優點，在工程病害檢測領域得到廣泛應用。文章以滬寧城際鐵路某段無砟軌道翻漿冒泥病害檢測為實例，在整治處理前，對無砟軌道翻漿冒泥病害情況進行檢測，查明冒漿分布范圍與發育程度，為確定整治處理方案提供依據；在整治處理后對注漿處理效果進行檢測，通過注漿前后的雷達資料對比分析，評價注漿處理效果。

1 面波探測巖溶路基原理

地質雷達（Ground Penetrating Radar，簡稱GPR），是一種對地下的或物體內不可見的目標體或界面進行定位的電磁技術。

地質雷達勘探是以地下不同介質的介電常數差異為基礎的一種物探方法，其工作原理就是利用高頻電磁波（主頻從數兆至上千兆赫）以寬頻帶短脈沖的形式，由地表通過發射天線向地下發射電磁波，由接收天線接收電磁波，當電磁波在地下旅行時，遇到具有電性差異的介質時（如空洞、分界面等），電磁波反射回地面由接收天線接收，根據電磁波的旅行時間、波形特征可以確定地下介質（目標體）的空間位置、幾何形態等。

圖1 地質雷達測試原理及采集示意圖

2 工程實例

2.1 工程概況

滬寧城際鐵路K245+780～K246+080段為低填淺挖地段，兩側各預留一股道，路塹邊坡防護形式拱形截水骨架內植草灌木防護。軌道板為CRTSⅠ型板。該段支承層底部翻漿較嚴重，主要表現為在路肩上流淌著或堆積著由水與碎石墊層中細顆粒混合而成的泥漿滲出物，嚴重處滲出物厚度達10～50mm，個別地段泥漿滲出物被抽吸至軌道板表面道心內。

2.2 現場檢測工作

測網密度、天線間距和天線移動速度應反映出檢測對象的異常。根據高鐵無砟軌道現場勘察和試驗，一般沿線路縱向布置3～4條測線，分別沿上、下行線內外兩側支承層表面布置。

地質雷達檢測使用美國Geophysical Survey Systems Inc生產的雙通道SIR-20型地質雷達施測，天線頻率900MHz，連續采集數據模式，每秒掃描100道，記錄長度25ns，每道采樣點數512。

2.3 資料處理流程

資料處理采用RADAN6.5雷達專用軟件，采用人機對話的方式處理，其流程見圖2：

圖2 地質雷達數據處理流程圖

2.4 實測資料解釋

（1）無砟軌道支承層與基床表層接觸良好特征

正常鐵路路基一般具有填筑密實、厚度均勻等特點，無砟軌道支承層與基床表層接觸良好，其雷達圖像表現為波形平緩、規則、無雜亂反射等特征（圖3），而有病害的路基的雷達圖像則與此有明顯不同。

圖3 支承層與基床表層接觸良好地質雷達時間剖面圖

（2）無砟軌道支承層與基床表層脫空異常特征

通過對同相軸連續的追蹤，找出振幅稍強的反射波來確定支承層與基床表層的分界面，可確定脫空、離縫的規模及延展范圍，判定其嚴重程度。如圖4所示，K245+907～+913支承層與基床表層界面的同相軸反射信號強，三振相明顯，推測支承層與基床表層之間存在脫空、離縫。

（3）注漿整治前后對比

針對混凝土支承層與基床表層間的脫空、離縫，目前采取的整治措施為鉆孔灌注高聚物化學漿，填充支承層與基床表層之間的空隙，恢復路基支承強度。通過注漿整治前后地質雷達資料的對比，可以對注漿整治效果進行評價。

如圖5所示，K245+870～+874在注漿處理前，支承層與基床表層的分界面同相軸反射信號強，三振相明顯，推測支承層與基床表層存在脫空、離縫（圖5a）；經注漿加固后，K245+870～+872雷達同相軸較連續，且相對較均勻，注漿前存在的脫空、離縫異常區域信號幅度變弱（圖5b），說明經注漿處理后，支承層與基床表層耦合情況得到改善，加固效果良好；K245+872～+873.5同相軸反射信號仍然較強，三振相明顯，說明注漿充填效果不好，需要進一步補注處理。

a、注漿前 b、注漿后

圖5 地質雷達檢測無砟軌道脫空時間剖面圖

3 結束語

（1）地質雷達能夠快速、有效地檢測無砟軌道支承層底部與基床表層脫空、離縫，支承層底部與基床表層接觸良好的雷達圖像表現為波形平緩、規則、無雜亂反射等特征；支承層底部與基床表層存在脫空、離縫，雷達異常表現為同相軸反射信號強，三振相明顯。

（2）通過對比分析整治處理前后地質雷達反射波組同相軸連續性和同一異常的振幅變化，可以有效地對支承層底部注漿加固效果進行評價。

（3）本次地質雷達在滬寧城際鐵路無砟軌道支承層底部檢測中的實際應用，效果顯著，可以為以后同類工程檢測提供參考。

致謝

本次檢測試驗與論文編寫，得到了中鐵第四勘察設計集團有限公司“鐵路路基填筑質量檢測物探技術研究（2013K98）”科研項目資金的支持，在此表示感謝。

參考文獻

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作者簡介：李軍（1981-），男，工程師，碩士，地球探測與信息技術專業，從事工程物探與工程檢測工作。