地质雷达检测高铁无砟轨道支承层底部脱空离缝

1、地质雷达检测高铁无砟轨道支承层底部脱空离缝引言我国是世界上高速铁路投入商业运营里程最长的国家， 目前 高速铁路运营里程已经突破 1.6 万公里，近 7 年的高速铁路运营 实践表明： 由于环境条件变化和列车冲击荷载的反复作用， 局部 地段已经先后出现了不同程度的路基病害， 例如无砟轨道翻浆冒 泥，沪宁城际铁路自 2011 年底开始常规检查以来，共发现有数 十公里的路基地段发生了路基翻浆病害， 大多数病害发生在混凝 土支承层的底部附近， 严重影响到列车运行的平稳性和行车的安 全性。无砟轨道出现冒浆的原因主要基床表层材料性质及当地气 候有关，当地气候湿润，降水较多，雨水沿着轨道缝隙渗入支承 层与基床

2、表面的缝隙内， 由于采用的级配碎石透水性差， 缝隙进 水后，在列车动荷载长期作用下，细颗粒被水冲出，产生冒浆现 象。较硬的颗粒在动荷载作用下， 相互摩擦形成碎屑在动水压力 作用下液化并随着水从裂缝中流出。 因此通过检测高速铁路无砟 轨道支承层与基床表层脱空、 离缝， 可以对翻浆冒泥情况进行判 断。地质雷达具有快速、无损、高精度的优点，在工程病害检测 领域得到广泛应用。 文章以沪宁城际铁路某段无砟轨道翻浆冒泥 病害检测为实例， 在整治处理前， 对无砟轨道翻浆冒泥病害情况 进行检测， 查明冒浆分布范围与发育程度， 为确定整治处理方案 提供依据； 在整治处理后对注浆处理效果进行检测， 通过注浆前 后

3、的雷达资料对比分析，评价注浆处理效果。1 面波探测岩溶路基原理地质雷达（Ground Penetrating Radar ，简称 GPR，是一 种对地下的或物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技 术。地质雷达勘探是以地下不同介质的介电常数差异为基础的 一种物探方法， 其工作原理就是利用高频电磁波 （主频从数兆至 上千兆赫） 以宽频带短脉冲的形式， 由地表通过发射天线向地下 发射电磁波，由接收天线接收电磁波，当电磁波在地下旅行时， 遇到具有电性差异的介质时（如空洞、分界面等），电磁波反射 回地面由接收天线接收， 根据电磁波的旅行时间、 波形特征可以 确定地下介质（目标体）的空间位置、几何形态

4、等。图1 地质雷达测试原理及采集示意图2 工程实例2.1 工程概况沪宁城际铁路K245+78旷K246+080段为低填浅挖地段，两 侧各预留一股道， 路堑边坡防护形式拱形截水骨架内植草灌木防 护。轨道板为CRTS型板。该段支承层底部翻浆较严重，主要 表现为在路肩上流淌着或堆积着由水与碎石垫层中细颗粒混合 而成的泥浆渗出物，严重处渗出物厚度达1050mm个别地段 泥浆渗出物被抽吸至轨道板表面道心内。2.2 现场检测工作 测网密度、天线间距和天线移动速度应反映出检测对象的异常。根据高铁无砟轨道现场勘察和试验， 一般沿线路纵向布置34 条测线，分别沿上、下行线内外两侧支承层表面布置。 地质雷达检测使

5、用美国 Geophysical Survey Systems Inc生产的双通道SIR-20型地质雷达施测，天线频率 900MHz连续 采集数据模式，每秒扫描100道，记录长度25ns,每道采样点 数 512。2.3 资料处理流程资料处理采用RADAN6.5雷达专用软件，采用人机对话的方 式处理，其流程见图 2：图 2 地质雷达数据处理流程图2.4 实测资料解释（1 ）无砟轨道支承层与基床表层接触良好特征 正常铁路路基一般具有填筑密实、 厚度均匀等特点， 无砟轨 道支承层与基床表层接触良好， 其雷达图像表现为波形平缓、 规 则、无杂乱反射等特征（图 3），而有病害的路基的雷达图像则 与此有明显

6、不同。图 3 支承层与基床表层接触良好地质雷达时间剖面图（2）无砟轨道支承层与基床表层脱空异常特征 通过对同相轴连续的追踪， 找出振幅稍强的反射波来确定支 承层与基床表层的分界面， 可确定脱空、 离缝的规模及延展范围， 判定其严重程度。如图4所示，K245+907+913支承层与基床 表层界面的同相轴反射信号强， 三振相明显， 推测支承层与基床 表层之间存在脱空、离缝。（3）注浆整治前后对比针对混凝土支承层与基床表层间的脱空、 离缝，目前采取的 整治措施为钻孔灌注高聚物化学浆， 填充支承层与基床表层之间 的空隙， 恢复路基支承强度。 通过注浆整治前后地质雷达资料的 对比，可以对注浆整治效果进行

7、评价。如图5所示，K245+87C+874在注浆处理前，支承层与基 床表层的分界面同相轴反射信号强， 三振相明显， 推测支承层与 基床表层存在脱空、离缝（图 5a）;经注浆加固后，K245+87C +872雷达同相轴较连续，且相对较均匀，注浆前存在的脱空、 离缝异常区域信号幅度变弱（图 5b），说明经注浆处理后，支 承层与基床表层耦合情况得到改善， 加固效果良好； K245+872 +873.5 同相轴反射信号仍然较强，三振相明显，说明注浆充填 效果不好，需要进一步补注处理。a、注浆前b、注浆后图 5 地质雷达检测无砟轨道脱空时间剖面图3 结束语（ 1 ）地质雷达能够快速、有效地检测无砟轨道支承层底部 与基床表层脱空、 离缝， 支承层底部与基床表层接触良好的雷达 图像表现为波形平缓、规则、无杂乱反射等特征；支承层底部与 基床表层存在脱空、离缝，雷达异常表现为同相轴反射信号强， 三振相明显。（2）通过对比分析整治处理前后地质雷达反射波组同相轴 连续性和同一异常的振幅变化， 可以有效地对支承层底部注浆加 固效果进行评价。（3）本次地质雷达在沪宁城际