摘 要：依托某既有鐵路巖溶路基病害段，采用多道地震面波、地質雷達法進行物理勘探，輔以鉆孔驗證勘探，進行綜合分析研究。結果表明：測區內巖溶異常，分別為覆蓋型巖溶、埋藏型巖溶以及受鐵軌、接觸網、橋涵干擾所致的異常;測區的巖溶發育程度可劃分為巖溶發育區、巖溶較發育區、巖溶輕微發育區;巖溶發育區域以及頂板厚度較小的巖溶較發育區，建議優先考慮整治;對于埋藏較深的巖溶較發育區及巖溶輕微發育段落，建議加強監控。

　　關鍵詞：巖溶路基病害整治;多道地震面波;地質雷達法;驗證性機動鉆探;綜合勘察

　　0引言

　　我國山區鐵路線位不可避免穿越巖溶地區，有早年形成的溶洞、溶槽、落水洞、地下河等，這些巖溶形態對路基將會造成諸多不良影響，造成基巖面起伏大，地基壓縮不均，引發路基不均勻沉降、路面開裂等現象，嚴重區域還可導致地面塌陷等災害[1-3]。

　　因此，查明既有路基巖溶病害范圍以及具體位置，采取針對性的整治措施具有十分重要的意義。本文以浙江省江山市某既有鐵路巖溶路基病害段為例，根據該段地形地貌和工程地質特征，選擇多道地震面波、地質雷達法進行綜合物理勘探，加以機動鉆孔勘探驗證進行綜合分析，查明該段路基區域巖溶分布范圍和發育程度，為病害整治提供設計依據。

　　1工程概況

　　雙線電氣化鐵路線路為北東-南西走向，本次巖溶路基病害探測段位于浙江省江山市，路基病害段全貌。線路主要穿越丘陵區及須江一級階地區，剝蝕丘陵區地表植被發育，表層履蓋層厚0～20m不等，主要為粉質黏土，下伏石炭系黃龍組(C2h)、船山組(C3c)石灰巖。路堤填高0～7m，3m以上邊坡采用網格骨架護坡。路塹坡高0～15m，最高處近20m，3m以上邊坡有骨架護坡，局部地段坡腳設擋墻支擋。該段線路穿越巖溶地段，電化施工時已對路基進行過注漿處理，多次發生過巖溶塌陷，進行過多次病害整治。

　　2綜合分析方法的選取

　　目前，國內外路基巖溶物探的主要方法有：地震瞬態面波、地質雷達、直流電測深、高密度電法、瞬變電磁法等[4-5]�？紤]到測區范圍內接地條件很差，既有鐵路沿線存在電纜等流散電流源，直流電法無法開展工作。瞬態面波法利用面波的頻散特性和傳波速度與巖土物理力學性質的相關性進行勘探，地震多道面波淺層分辨率較高，且有別于折射或反射方法，不受各地層速度關系的影響，且野外場地要求不高，有別于傳統瑞雷面波的采集方式;多道面波采用多次覆蓋方法采集，其數據橫向分辨率高。

　　因此，在評價淺部地基完整性方面有著較大的優勢;地質雷達利用電磁波在地層中傳播時遇到電性差異界面(如空洞、電性分界面等)時便會形成反射界面的介質介電常數差異進行勘探。綜合以上分析，通過方法比選，選用多道地震面波及地質雷達法進行綜合物理勘探，加以驗證性機動鉆孔勘探，力求更準確的勘察效果。

　　3物探方法原理以及測線布置

　　3.1多道面波(MASW)法檢測原理

　　瞬態面波技術是基于瑞雷波運動學特征和動力學特征，利用它的頻散特性和傳波速度與巖土物理力學性質的相關性進行土層劃分、研究巖土的工程性質的一種物理勘探方法。瑞雷面波檢測原理及采集示意。瑞雷面波波長越長，穿透地下的深度就越大，相速度越大，對層參數也就越敏感。波長短，對表層參數比較敏感，反應淺部信息。道碴層、填料層、覆蓋層(密實、松散、土洞)、基巖(完整、破碎、溶洞)都是非均勻介質，不同頻率瑞雷波在不同介質中的傳播速度不同。

　　當存在巖溶發育段時，覆蓋層(土層)在基巖溶蝕發育作用下，土層會因地下水潛蝕作用而變得疏松甚至形成空洞或縫隙，物理性質發生變化，面波速度降低，在相應深度出現明顯的“之”形拐曲;當巖溶發育較嚴重時，甚至會導致頻散曲線中斷。通過對路基范圍內單點頻散曲線的形態進行定性分析及一維反演，同時通過將測線上各點面波速度進行二維空間插值以及濾波最終繪制得到，進行分析比對，可對基巖完整性及中期承載力效果進行全面和整體的定性評價。

　　3.2地質雷達(GPR)

　　檢測原理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。地質雷達原理示意。地下不同介質間(土體、基巖、空洞等)的電磁特性差異越大，其介質間的界面越易識別(物體的電磁特性主要由相對介電常數和電導率L決定)，空洞、含水節理裂隙軟弱帶、路基密實土體與完整基巖相互之間介電常數之間存在明顯差異，故存在缺陷(空洞、富水不密實層位)的目標體反射波能量較密實結構層大且頻率更低，同時富水區域的電磁波反射波能量譜更強。通過對地質雷達數據的處理，結合對雷達圖像的頻率、振幅、同相軸特征等情況進行分析解釋，最終可以得到路基覆蓋層厚度情況、土洞、巖溶的發育范圍等情況。

　　3.3物探測線布置

　　物探測線分別依據既有滬昆鐵路上、下行百米標里程樁進行放樣測量，下行線左側路肩測線采用下行里程，上行線右側路肩測線采用上行里程，中間測線采用下行線里程。為方便各條測線物探成果資料對比分析，上下行測線起、終點均對齊。

　　4檢測資料分析與解譯

　　選取代表性段落K477+720～K479+400進行分析，下行線左側路肩布置多道面波測線ZM1、地質雷達測線LP1，上行線右側路肩布置地質雷達測線LP2、多道面波測線ZM2，下行線段中間布置多道面波測線ZM3，上行線中間布置多道面波測線ZM4。

　　4.1左側路肩測線物探分析

　　工區內覆蓋層厚度約5～13m，面波波速200～450m/s，為道碴、路基填筑土層及原狀覆蓋層土體的綜合反映，基巖波速450～1200m/s。該測線共發現34處較明顯的物探異常帶，推測為溶蝕、裂隙帶反映，K478+011～+582左側路基物探結果。

　　K478+011～+582段深度9.0～23.0m，范圍內存在10處波速異常帶，多為局部的小凹槽狀異常，推斷為巖溶輕微發育區;其中，K478+040～+148段鐵路橋涵正交線路，對勘察結果影響較大，不排除基巖面附近巖溶發育的可能性。K478+595～+666段左側路肩物探結果。深度9.6～22.0m存在范圍較大的波速異常帶，面波速度350～500m/s，推測為巖溶較發育區。K479+298～+388段左側路肩物探結果。深度10.0～23.0m內存在明顯的大范圍波速異常帶，面波速度350～450m/s，推測為巖溶發育區。

　　4.2右側路肩測線物探分析

　　工區內覆蓋層厚約5～12m，面波波速200～450m/s，為道碴、路基填筑土層及原狀覆蓋層土體的綜合反映，基巖波速450～1000m/s。該測線共發現13處較明顯的物探異常帶，推測為溶蝕、裂隙帶反映。K478+115～+566段深度9.0～25.0m范圍內存在5處波速異常帶，見圖8，多為局部的小凹槽狀異常，推斷為巖溶輕微發育區;其中K478+138～+289段鐵路橋涵正交線路，對勘察結果影響較大，不排除基巖面附近巖溶發育的可能性。

　　4.3K477+850～K478+050段中間測線物探分析

　　工區內覆蓋層厚約5～6m，面波波速200～350m/s，為道碴、路基填筑土層及原狀覆蓋層土體的綜合反映，基巖波速350～1000m/s。該測線共發現1處較明顯的物探異常帶，推測為溶蝕、裂隙帶反映。K477+930～+981段深度5～17m存在明顯的凹槽狀波速異常帶，見圖11，面波速度約400～700m/s，推測為巖溶較發育區。

　　4.4K479+200～+400段中間測線物探分析

　　工區內覆蓋層厚約5～8m，面波波速200～350m/s，為道碴、路基填筑土層及原狀覆蓋層土體的綜合反映，基巖波速350～1100m/s。該測線共發現2處較明顯的物探異常帶，推測為溶蝕、裂隙帶反映。K479+220～+242段深度17～21m存在相對獨立的波速異常區，推測為巖溶輕微發育區。K479+294～+396段深度范圍12～21m內存在明顯的較大范圍的波速異常區，面波速度約600～750m/s，推測為巖溶發育區。

　　4.5驗證性鉆孔巖溶發育情況

　　根據物探解譯成果，于推測巖溶發育地段布置2個驗證性鉆孔，位置分別為上行線K478+072.8右側7.4m處以及下行線K479+370.8左側13.5m處。鉆探結果顯示2孔皆揭示為灰巖地層，均發育溶洞，最小溶洞1.2m，最大溶洞6.0m。鉆孔巖溶統計。

　　對比Jz-K478072號鉆孔與該段物探結果，面波顯示K478+050～+084段深度8.5～12.0m存在較明顯的凹槽狀波速異常帶，面波速度約400～500m/s，推測為巖溶較發育區，與鉆探結果相符。對比Jz-K479370號鉆孔與該段物探結果，面波顯示K479+298～+388段深度10～23m存在明顯的大范圍波速異常帶，面波速度350～450m/s，推測為巖溶發育區，與鉆探結果相符。

　　5結語

　　采用多道地震面波、地質雷達法進行物理勘探，輔以鉆孔進行驗證勘探，對既有鐵路某巖溶病害區域進行了綜合勘察。

　　(1)測區內巖溶異�？煞譃槿�類：第一類為覆蓋型巖溶，即與土層有連通關系的巖溶異常，由于和土層直接連通，受地下巖溶水影響，水土易發生流失，導致路基沉降;第二類為埋藏型巖溶，具有一定基巖頂板厚度，對頂板厚度較小的埋藏型巖溶，由于長期受到列車荷載擠壓，易發生坍塌，應予以重視;第三類為受鐵軌、接觸網、橋涵干擾所致的異常。不排除外部干擾和實際地質異常的疊加。

　　(2)根據溶蝕異常帶的范圍大小、密集程度及面波的速度值，將測區的巖溶發育程度劃分為巖溶發育區、巖溶較發育區、巖溶輕微發育區。巖溶發育區巖溶異常范圍大、異常密集、波速低;巖溶較發育區巖溶異常范圍較大、異常較密集、波速較低;巖溶輕微發育區異常范圍相對較小、異常數量相對較少，波速相對較低。K477+720～K479+400段綜合多道瞬態面波與低頻地質雷達法測線分析，工區內地層呈兩層結構：覆蓋層厚度5～13m，面波波速150～450m/s左右，為道碴、路基填筑土層及原狀覆蓋層土體的綜合反映;基巖波速度450～1200m/s左右，測區范圍內共發現巖溶異常50處，其中推測巖溶發育區3處，巖溶較發育區18處、巖溶輕微發育區29處。

　　(3)物探資料所揭示的巖溶發育區域以及頂板厚度較小的巖溶較發育區，發生路基沉降的風險較大，建議優先考慮后期整治;對埋藏較深的巖溶較發育區及巖溶輕微發育段落，不排除測線旁側仍存在連通的大規模巖溶發育帶的可能性，受旁側水土流失影響，同樣可能引起線路范圍內的路基沉降，也應引起重視，加強監控。

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　　作者：付明