綜合物探在鐵路路基地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)的應(yīng)用

王忠凱

摘 要：鐵路路基不密實(shí)區(qū)域的存在，嚴(yán)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(dòng)荷載作用，很容易造成這些區(qū)域下沉。本次采用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、地震映像法對(duì)既有肖泉鐵路漳泉線K11+200～K11+300災(zāi)害段開展綜合物探勘查，以檢測(cè)和查明該路段的災(zāi)害具體情況。對(duì)采集的資料處理分析，結(jié)合地質(zhì)情況對(duì)既有線地下不良地質(zhì)病害進(jìn)行了解釋推斷，基本查明了該地質(zhì)災(zāi)害的具體性質(zhì)及其影響范圍。

關(guān)鍵詞：鐵路路基;災(zāi)害點(diǎn);地震波;電阻率;電磁波

0 前言

鐵路路基不密實(shí)區(qū)域的存在，嚴(yán)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(dòng)荷載作用，很容易造成這些區(qū)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(qū)域的空間位置，進(jìn)而提出處理措施，保證路基的穩(wěn)定。

本次采用綜合物探勘查地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)位于安溪縣大深鎮(zhèn)肖泉鐵路段，鐵路運(yùn)營(yíng)20多年，現(xiàn)在K11+250處出現(xiàn)明顯下沉，嚴(yán)重危害列車的運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，本次采用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)、地震映像法對(duì)既有肖泉鐵路漳泉線K11+200～K11+300災(zāi)害段開展綜合物探勘查，以檢測(cè)和查明該路段的災(zāi)害具體表現(xiàn)形式。

1 地質(zhì)地球物理特征

既有肖泉鐵路K11+200～K11+300災(zāi)害段，原為山谷后經(jīng)填土筑成現(xiàn)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(gòu)筑物，具有明顯的分層結(jié)構(gòu)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(shí)，電阻率較低;基床底部原始沙土狀全風(fēng)化砂巖。路基兩側(cè)邊坡采用框格防護(hù)，植被多為雜草，少發(fā)育。

地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)形式為區(qū)域下沉、不密實(shí)地段甚至多孔相連的空洞。這些在災(zāi)害區(qū)域相對(duì)于原有的路基具有以下的特征：

（1）地質(zhì)災(zāi)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(qū)域;

（2）不密實(shí)區(qū)域的形成使得該區(qū)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(shù)都發(fā)生了改變。

2 工作布置

根據(jù)地面工作條件和地面沉降點(diǎn)的性質(zhì)，在鐵路軌道南側(cè)約1 m處布置1條南西向的剖面，起始點(diǎn)K11+200 m，終止點(diǎn)K11+300 m。高密度電法勘探點(diǎn)距1.5 m共60道，起點(diǎn)為K11+203 m，剖面長(zhǎng)度90 m;高密度地震映像法點(diǎn)距20 cm，起點(diǎn)K11+200 m，剖面長(zhǎng)度100 m;探地雷達(dá)探測(cè)點(diǎn)距20 cm，起點(diǎn)K11+200 m，除了和高密度地震映像法探測(cè)線一致外，在軌道間另外布置一條測(cè)線，剖面長(zhǎng)度共200 m。

高密度電法采集采用對(duì)稱四極裝置和溫納裝置，地震映像法采用偏移距2 m逐點(diǎn)連續(xù)點(diǎn)測(cè)方式進(jìn)行，雷達(dá)探測(cè)采用點(diǎn)距20 cm的點(diǎn)測(cè)方式探測(cè)。

3 異常特征和成果

通過本次綜合物探方法，發(fā)現(xiàn)三處異常，分別編號(hào)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(nèi)。三處異常在不同的物探方法勘查剖面有不同的表現(xiàn)形式，具體見圖2。

3.1 異常Ⅰ

異常Ⅰ區(qū)勘查時(shí)下沉現(xiàn)象，位于K11+243～K11+256間鐵軌一側(cè)，寬度約13 m，從地表至深約6 m左右都有物探異常表現(xiàn)。由于有下沉現(xiàn)象，即使臨時(shí)采取應(yīng)急措施，鐵軌一側(cè)傾斜度也處于臨界狀態(tài)，該災(zāi)害點(diǎn)的綜合物探異常特征表現(xiàn)如下：

（1）異常區(qū)電阻率曲線呈異常畸變，電阻率梯度變化很大，整個(gè)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(qū)，由于道渣層的存在該測(cè)線位于高邊坡頂部，不在下沉區(qū)中心，因此在異常區(qū)上部還存在較厚的高阻層，說明異常區(qū)下陷后含水較多，形成低阻異常區(qū);

（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(xù)，從地表到深6 m間反正波雜亂無(wú)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(dá)映像電磁波反射波同向軸錯(cuò)斷明顯，錯(cuò)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(xù)，深6 m以下沒有反射波，說明含水較多，電磁波被嚴(yán)重吸收。

3.2 異常Ⅱ

異常Ⅱ采用綜合物探勘查時(shí)，地表尚未發(fā)現(xiàn)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(zāi)害點(diǎn)其主要物探異常特征：

（1）異常區(qū)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(qū)。電阻率呈現(xiàn)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(qū)的電性特征較為一致，是一處應(yīng)該引起注意的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn);

（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(dá)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(yán)重的表現(xiàn)。

3.3 異常Ⅲ

Ⅲ號(hào)災(zāi)害點(diǎn)即危險(xiǎn)區(qū)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(qū)的數(shù)據(jù);

（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(wú)章，反射波沒有一處同向軸連續(xù)，呈現(xiàn)四周散射的特性，是明顯不密實(shí)的砂石層;

（3）探地雷達(dá)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(xù)，呈現(xiàn)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(qū)位于沖洪積谷地河流附近的低洼地帶，基床底部為風(fēng)化砂巖，基床本地是早期人工填土。地下水的活動(dòng)逐年累月侵蝕填筑質(zhì)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(gè)小面積的含水空洞。在列車動(dòng)荷載的沖擊下，不穩(wěn)定的路堤段填土被長(zhǎng)期擾動(dòng)，強(qiáng)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(qū)地質(zhì)地貌和氣候特征以及高路堤特有的性質(zhì)，根據(jù)物探剖面特征可以得出以下成果：

（1）該路段存在三處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)：下沉區(qū)最為明顯，勘查時(shí)下沉已引起軌道一側(cè)傾斜，嚴(yán)重危害列車運(yùn)行的安全;異常區(qū)Ⅰ物探異常特征與下沉區(qū)極為相似，只是規(guī)模尚沒有下沉區(qū)大，需要對(duì)該異常采用鉆探或者釬探方式加以驗(yàn)證;異常Ⅱ隱患較為嚴(yán)重，地表高密度電法就存在低阻現(xiàn)象，高密度地震映像法異常規(guī)模較大，如果引起塌陷或者下沉，影響范圍可能會(huì)超過下沉區(qū)的范圍;

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

4 結(jié)語(yǔ)

通過本次綜合物探勘查，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的物探異常明顯，易于區(qū)分，采用該三種方法對(duì)鐵路地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)快速有效。

物探成果發(fā)現(xiàn)的三處異常，其中下沉區(qū)急需治理，物探異常也非常明顯，基本查明了災(zāi)害點(diǎn)影響范圍。異常區(qū)Ⅰ和異常區(qū)Ⅱ通過鉆探驗(yàn)證已證實(shí)高處為軟弱地層，地層含水較多部分呈流塑-半流塑狀態(tài)。

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