严乃任

（中铁十七局第二工程有限公司 陕西西安 710000）

0 引言

岩溶地质一直以来都是工程领域一项重要的研究对象，目前对其发育过程及形态特征已经有一定的认识。铁路路基下岩溶具有隐蔽性的特点，且在一定条件下，岩溶地质还存在继续发育的可能。施工完成后，采用科学有效的验证方法，确保岩溶处理效果满足后期铁路安全运营。

1 工程概况

1.1 工程与地质状况

弥蒙铁路北起弥勒站，从北向南依次经过的地区有弥勒、竹园、朋普、开远以及大庄、蒙自等断陷盆地，止于蒙自市拟建红河机场。该铁路跨越了南盘江、甸溪河以及泸江等重要的河流。弥勒至新哨（起点至白沙坡隧道进口）DK12+835～DK14+000段，属于弥勒断陷盆地区；新哨至绿水塘DK14+000～DK21+000段，属构造溶蚀侵蚀低中山区；绿水塘至马保DK21+000～DK49+000段，属岩溶断陷盆地区；马保至雨洒DK49+000～DK54+000段，属岩溶中山峡谷区。

地质勘探与调查资料发现竹园镇绿水塘附近出露三叠系侵入岩（T2β）凝灰岩，开远市冷水沟、东联村出露玄武岩；朋普镇、大庄乡城红寨附近零星出露下第三系（E）泥岩、砾岩。

弥蒙铁路依据地质专业对岩溶地面塌陷程度评价及钻探、物探资料进行路基岩溶整治设计。整治段落一般为易塌陷区和极易塌陷区，岩溶弱发育区进行针对性整治处理。一般来说，整治工作中主要使用的是回填、封闭以及钻孔注浆技术等一系列整治措施，采用钻孔注浆时，贯彻“探灌结合、动态设计”的原则。

1.2 整治范围

首先，在一些覆盖型岩溶区域，如果岩溶区域的覆盖层厚度不超过30m，并且岩溶化坡地区域的覆盖层厚度不超过20m，可以考虑采用加固处理的措施。具体处理期间，主要使用的是钻孔注浆技术。施工时配合相应的地表排水措施，进而能够减轻地表水入渗所造成的不利影响。对于整治宽度而言，主要是路堤坡脚之外的5m范围内，如果坡脚（堑顶）外的岩溶影响到边坡的稳定性，可以适当的扩大整治范围。其次，如果施工区域存在裸露型岩溶或者是岩质的路堑，应参考工程现场的岩溶形态进一步明确处理措施。此外，对于覆土厚度不超过3m的浅覆盖岩溶，可结合地基处理，清除覆土后按裸露型岩溶进行处理。另外，在一些深路堑（挖深超过3m）地段，如不能对其进行复合地基处理，在基底覆盖土层较薄、岩溶强烈发育的地段，应当在基床换填底面增设高强加筋土工布+复合土工膜。

2 钻孔注浆技术处理效果验证关键技术

2.1 施工工艺

采用钻孔灌注技术进行施工时，首先应进行布孔，布孔结束后要进行钻机的安装。这一过程中，要在平整场地后，设置地质钻机，调平机架、机体，然后进行孔位对正，对孔误差应小于10cm；之后，进行钻孔以及基岩钻进、终孔等工作。以上工序完成后，完成自检，如地质不符合设计要求的进行三方地质确认后，方能封孔注浆。

2.2 处理效果验证方法

整治段落一期和二期工程施工结束后，应进行施工质量检测。质量检查方法及评价标准如下：完成后通过钻芯取样验证、瞬态面波法检测以及电测深检测。各分项检测结果对岩溶整治效果进行综合验证分析与评价，要求各分项检测验证分析评价质量100%为合格，否则应采取补充加强措施。

2.2.1 钻芯取样验证

在分段施工结束后，应按注浆孔数的2%布置检查孔，且每个整治段落不得少于3孔，检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本判定填满可注缝隙。进一步对检查孔进行注浆验证，单位吃浆量不超过周围4孔单位平均吃浆量的15%，判定为取样验证合格。当未见结石体时应进行压水试验，测试透水率值应小于47Lu时，可评价为质量合格。

2.2.2 瑞雷面波法效果的验证

瑞雷面波法探测采用瞬态面波法检测，要求检测总点数为注浆总孔数的5%且每段不少于10个点。岩土体注浆后的面波速度，面波频散曲线不离散，且充填部位面波速度满足合格标准：土Vs=29.273H+100；岩石Vs=23.998H+360（H＜10m），Vs=23.998H+290（H≥10m）；岩洞 Vs=16.67H+246。当测点合格率≥90%，且不合格点不集中分布、不合格指标与合格标准的差值不大于合格标准的20%，可评价为质量合格。

瑞雷面波法验证方法，采用瑞雷面波探测岩溶的物探异常的理论基础是，面波在单一均匀介质中传播时，不会发生频散，而当介质物性发生变化时，面波传播会发生频散，对应的频散曲线会在相应地质情况发生变化的深度出现“之”字形拐曲甚至离散，也就是说，在非均匀介质中，不同频率的瑞雷波其传播速度是不同的。在上覆层疏松或有塌陷存在，灰岩有岩溶塌陷发育时，物性都发生了变化，速度降低，因此在相应深度就会出现明显的“之”字形拐曲，在基岩中，当岩溶塌陷发育较严重时，甚至会导致频散曲线中断。因此通过对岩溶塌陷段单点频散曲线的形态进行定性分析，根据各点面波速度绘制等VS图，进行分析比对，可对岩溶塌陷的位置、规模和埋深进行全面和整体的定性评价。

瑞雷面波法的资料处理过程主要包括以下步骤：

（1）回放野外采集记录，对非正常道进行处理；

（2）数据格式转换；

（3）按照测线对记录进行组合，并建立观测系统；

（4）对数据进行二维空间互相关计算（SPAC）；

（5）按照共中心点（CMP）抽道集；

（6）对各个道集记录进行τ-p变换，在F-V域拾取相速度曲线；

（7）按测线对频散曲线初始化，用非线性最小二乘法进行反演；

（8）输出整条测线的波速剖面图，绘制出各个测点频散曲线成果图。

在完成数据格式转化和预处理工作之后，利用SeisImager系列软件的Pickwin程序对面波数据进行处理。

首先用Group菜单下的Make File List选项将数据读入，在读入数据的过程中设置炮检距、道间距等观测系统的有关参数。接下来软件要将地震记录的共中心点道集（CMP道集）抽取出来，并进行互相关计算（cross-correlation）从而形成互相关共中心点道集，如图1-A所示。

在抽道工作完成之后，利用Surface wave analysis菜单下的Phase vel ocity（2D：automatic）项即可进行自动相速度曲线提取，如图1-B所示。

得到CMP道集各个点位的面波速度频散曲线后，为了综合利用各点的数据信息，也使解释工作变得简单直观，需要进行二维反演。再用WaveEq软件打开前面提取的频散曲线，利用MASW（2D）菜单下的Ini tial Model项建立初始模型如图1-C所示。

图1 面波数据处理

在反演结束之后，采用GeoPlot软件对反演结果进行显示，如图2所示。

图2 存在波速异常的面波反演横波波速

根据软件分析绘制出各面波探测点速度等值线剖面图及分析结果如图3所示。图中横坐标为对应测点的里程点位置，纵坐标为面波半波长，与深度成正比，定性反应深度变化。右侧等值线数值代表波速大小，色标图例表示波速。

图3 某段路基速度等值线剖面

结合探孔资料及速度等值线剖面图知该段平均覆盖层约为12m，岩石速度应该达到v=23.998×12+290=578m/s，岩洞速度应该达到ν=16.67*12+246=446m/s。而实测面波中岩石速度为650m/s，频散曲线不离散，岩层中速度均大于650m/s，该段无异常。

2.2.3 电测深检查效果验证

电测深检查测线长度为整治段落线路长度的10%，测线位置宜与整治前的测线重合，并优先选取岩溶形态强烈发育地段布置。采用电测深法进行注浆前后物探异常对比测试，检测段落整治范围内注浆充填效果明显且无空洞异常，可评价为质量合格。

3 结束语

随着国内铁路事业的迅猛发展，极大的带动了周围区域经济、文化等方面的交流与融合。通过对弥蒙铁路岩溶路基处理效果验证关键技术进行研究，既可以对施工质量作出评判，同时还可以为后续的施工与学术研究提供极大的帮助。