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(zhì)一直以來都是工程領域一項重要的研究對象，目前對其發(fā)育過程及形態(tài)特征已經(jīng)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(zhì)還存在繼續(xù)發(fā)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(zhì)狀況

彌蒙鐵路北起彌勒站，從北向南依次經(jīng)過的地區(qū)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(qū)；新哨至綠水塘DK14+000～DK21+000段，屬構造溶蝕侵蝕低中山區(qū)；綠水塘至馬保DK21+000～DK49+000段，屬巖溶斷陷盆地區(qū)；馬保至雨灑DK49+000～DK54+000段，屬巖溶中山峽谷區(qū)。

地質(zhì)勘探與調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)竹園鎮(zhèn)綠水塘附近出露三疊系侵入巖（T2β）凝灰?guī)r，開遠市冷水溝、東聯(lián)村出露玄武巖；朋普鎮(zhèn)、大莊鄉(xiāng)城紅寨附近零星出露下第三系（E）泥巖、礫巖。

彌蒙鐵路依據(jù)地質(zhì)專業(yè)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(qū)和極易塌陷區(qū)，巖溶弱發(fā)育區(qū)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(jié)合、動態(tài)設計”的原則。

1.2 整治范圍

首先，在一些覆蓋型巖溶區(qū)域，如果巖溶區(qū)域的覆蓋層厚度不超過30m，并且?guī)r溶化坡地區(qū)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(nèi)，如果坡腳（塹頂）外的巖溶影響到邊坡的穩(wěn)定性，可以適當?shù)臄U大整治范圍。其次，如果施工區(qū)域存在裸露型巖溶或者是巖質(zhì)的路塹，應參考工程現(xiàn)場的巖溶形態(tài)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(jié)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(fā)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(jié)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(zhì)鉆機，調(diào)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(zhì)不符合設計要求的進行三方地質(zhì)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(jié)束后，應進行施工質(zhì)量檢測。質(zhì)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(tài)面波法檢測以及電測深檢測。各分項檢測結(jié)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(zhì)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(jié)束后，應按注漿孔數(shù)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(jié)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(jié)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(zhì)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(tài)面波法檢測，要求檢測總點數(shù)為注漿總孔數(shù)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(zhì)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(zhì)中傳播時，不會發(fā)生頻散，而當介質(zhì)物性發(fā)生變化時，面波傳播會發(fā)生頻散，對應的頻散曲線會在相應地質(zhì)情況發(fā)生變化的深度出現(xiàn)“之”字形拐曲甚至離散，也就是說，在非均勻介質(zhì)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?guī)r有巖溶塌陷發(fā)育時，物性都發(fā)生了變化，速度降低，因此在相應深度就會出現(xiàn)明顯的“之”字形拐曲，在基巖中，當巖溶塌陷發(fā)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(tài)進行定性分析，根據(jù)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(guī)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(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；

（3）按照測線對記錄進行組合，并建立觀測系統(tǒng)；

（4）對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化和預處理工作之后，利用SeisImager系列軟件的Pickwin程序?qū)γ娌〝?shù)據(jù)進行處理。

首先用Group菜單下的Make File List選項將數(shù)據(jù)讀入，在讀入數(shù)據(jù)的過程中設置炮檢距、道間距等觀測系統(tǒng)的有關參數(shù)。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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理

在反演結(jié)束之后，采用GeoPlot軟件對反演結(jié)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(jù)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(jié)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(cè)等值線數(shù)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(jié)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(yōu)先選取巖溶形態(tài)強烈發(fā)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(nèi)注漿充填效果明顯且無空洞異常，可評價為質(zhì)量合格。

3 結(jié)束語

隨著國內(nèi)鐵路事業(yè)的迅猛發(fā)展，極大的帶動了周圍區(qū)域經(jīng)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(zhì)量作出評判，同時還可以為后續(xù)的施工與學術研究提供極大的幫助。