辛泰线博山某段病害路基勘察与分析

刘金津　王文峰　张永柱

(中铁济南工程技术有限公司，山东济南　250022)

辛泰线建于20世纪70年代初，K54+500～K54+670段位于淄博市博山区源泉镇。线路位于直线路段，路堤高度约12 m。2006年该段线路下沉严重，曾进行浆砌片石与混凝土拱形骨架护坡，坡脚设置挡土墙，基床采用三七灰土封顶。2009年，该段路基再次出现下沉，右侧路肩出现贯穿该段路基的纵向裂缝，其中K54+523～K54+635段左侧路肩线外移，坡脚处骨架已外鼓破坏，路基边坡出现下滑失稳现象，线路几何尺寸难以保持(汛期尤为明显)，危及行车安全。

1　勘察方法

在路基病害现场采用工程地质调绘、工程物探和钻探相结合的方法，进行铁路工程地质勘察。在博山地区有关水文、气象、地质、地面沉降、崩塌等有关区域资料的基础上，对病害地区周围2 km2区域进行工程地质、地面沉降及岩溶情况的调查测绘。在地质调绘基础上展开了工程地质物探和钻探工作。

钻探是通过提取岩芯并结合室内试验，直观且可靠地获取地下地层信息的勘探方法。钻探属于一种“点测”的勘探方法，单个钻孔获取地质信息的代表性不强，如果想获取一个区域内更加全面的地质信息，必须加密钻孔，这样会大大增加勘探费用，延误工期[1]。

工程物探是利用地下物质的物性差异[2]，如地层的电性差异，通过研究天然或人工的地球物理场，如电场，达到了解地下介质分布的一种方法。其仪器设备轻便、工作效率高，可以连续观测，采集的信息量大，可以了解和确定大范围内的地质条件，对查明规模及埋深变化较大目标体的分布情况优于钻探等常规方法，能够弥补钻探工作的不足。但工程物探作为一种间接的勘察手段，其勘探成果具有推断性和不确定性[3]。

结合钻探和物探各自的优缺点，本次采用两者相结合的综合勘察方法，根据场地地形条件和地层电性差异情况，装置为垂向三极电测深，并在浅部进行加密。这样既保证了野外数据采集质量，又不漏掉浅部重要信息，把物探所得数据与钻探所取得的成果进行分析对比，建立相应的经验关系，对物探资料进行定量、半定量解释，更准确地揭示整个勘察区域内的地质情况。

2　地质特征

2.1　地形地貌

该区地貌单元为山间凹地，原地形起伏较大，路基与自然地面高差12.00 m左右。浆砌片石与混凝土拱形骨架护坡，坡脚设置挡土墙，路基两侧为农田，K54+611为1-4 m的浆砌片石拱涵，起交通兼排水作用，K54+693为平交道口。

2.2　地层特征

勘察揭示，该区地表覆盖有第四系全新统人工填筑(Q4ml)素填土，主要为路基填土，其下依次为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl)粉质黏土、细角砾土、碎石土，上更新统冲洪积(Q3al+pl)黏土(图1)。通过现场的勘察分析，在病害路基区域主要存在填土、岩溶、滑塌三种特殊岩土及不良地质现象。

图1　地质钻探剖面

(1)填土：主要为路基填土，以粉质黏土为主，软塑，局部硬塑，软硬不均，密实度较差且不均匀，未经有效压实。

(2)岩溶：下伏基岩为奥陶系石灰岩，溶蚀现象发育，线岩溶率9.4%～20.8%；表层局部为全风化或强风化，岩层岩溶发育，其中部分溶蚀为溶洞，溶洞高度0.3～1.7m，溶洞充填黏土、或黏土夹碎石，局部为空洞，钻探过程中漏水严重，说明岩溶裂隙及溶洞的存在形成地下流失通道(图1)。

(3)滑塌：据调绘和物探，K54+523～K54+635段左侧路肩线外移，坡脚处骨架已外鼓破坏，与路肩右侧的纵向裂缝形成了潜在滑动面，路基边坡出现下滑失稳现象。

3　路基病害原因分析

3.1　路基填土松软

据调查，该铁路20世纪70年代初修建，主要为当地村民组织成立的民兵团修建，路基较高，修筑时填土未经有效压实，施工标准较低。2004年～2005年胶济铁路电气化改造期间部分货车分流到该线路，行车密度加大，路基填土在火车频繁动荷载的作用下发生明显下沉。

3.2　下部岩溶的影响

电测深剖面中里程K54+500～K54+660/Ⅱ段：结合经验系数法、斜率法和2.5维电阻率反演法进行分析，结果显示成低阻异常，物探推断其为基岩裂隙发育或岩溶发育范围。K54+500～K54+565/Ⅱ段埋深15～32 m、K54+54～K54+600/Ⅱ段埋深11～24m、K54+575～K54+595/Ⅱ段埋深31～37 m，岩溶发育尤为严重。物探详细解释及建议钻孔位置详见图2。根据物探资料分析，K54+500～K54+670地段，下伏石灰岩岩溶十分发育，场地内布置钻孔4个，有3孔揭示有溶洞，钻孔揭示的大部分溶洞充填物密实度较低，局部为空洞。如Z-3孔钻探深度28.7 m，揭示有4个溶洞，其中有两个为空洞，溶洞在钻探过程中，进尺很快，岩芯采取率很低，并且钻探过程中漏水严重，说明本场地的岩溶裂隙及溶洞是贯通的。在雨季，地表水将沿松软地层下渗，在土岩界面的水力作用下，土岩界面的土体被潜蚀搬运，沿岩溶通道流失，以及在地下水径流、排泄产生的负压吸蚀等综合作用下[2]，岩溶洞隙开口处土体形成土洞，随着土洞不断向上扩展，洞壁失稳坍塌，周而复始，造成路基土体失稳、地表开裂、下沉或塌陷。

图2　物探成果

3.3　土体力学指标降低

变形范围内土体及其周边的地层受潜蚀塌陷的影响，其结构发生了巨大变化[4]，塌陷土体松动，力学指标降低，渗透性增大，使土体的抗剪力减小，当雨季地表水沿塌陷区域内松软地段下渗时，路基边坡将无法维持自身的稳定，而导致失稳，坡体沿滑动面可能发生整体下滑[5]，危及铁路行车安全。

4　路基稳定性评价

K54+500～K54+670段基岩溶洞、溶蚀现象发育，溶洞无充填或充填不密实，线岩溶率9.4%～20.8%，土质疏松，根据《铁路工程地质手册》，评价该段为可能塌陷区。

据调绘、物探，K54+523～K54+635段路基左侧坡脚处骨架外鼓破坏，与右侧路肩处的纵向裂缝形成了潜在的滑动面，利用瑞典圆弧法，根据以下公式对此段路基边坡潜在滑动面进行稳定性验算

式中K——滑体安全系数；

l——单个土条的滑动面长度/m；

W——条块重力/kN；

θ——条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角/(°)；

c——黏聚力/kPa；

φ——内摩擦角/(°)。

经计算，滑动安全系数K=0.98<1.25，不满足《铁路路基设计规范》TB10001—2005要求，此段路基为不稳定土体。

综合判定:K54+500～K54+670属于岩溶可能塌陷区，其中K54+523～K54+635路基属于不稳定土体。另外，根据物探资料，K54+470～K54+500段基岩面以下也有溶洞的存在。

5　病害路基治理措施建议

对K54+500～K54+670段岩溶进行注浆处理封堵岩溶通道，同时对路基本体进行注浆加固处理，其中K54+523～K54+635段左侧边坡需要进行抗滑加固处理。建议对线路K54+470～K54+500段加强监测，施工时注意保护环境，并加强对轨道几何尺寸的监测与安全防护工作。

6　结束语

采用工程地质调绘、工程钻探和物探相结合的综合勘察方法，基本查清了辛泰线某段病害路基的的地质特征、特殊岩土及不良地质现象，分析了产生路基病害的原因。建议对岩溶强烈发育区和中等发育区进行地表封闭防渗、地下注浆加固处理的方法，永久根治路基病害。

[1]姚其明，郭得令，彭永良.兖石线临沂某段岩溶路基塌陷勘察与分析[J].铁道勘察，2011(1):67-70

[2]李世杰.综合灌注法治理路基大型岩溶病害[J].铁道勘察，2010(1):54-58

[3]谢永坚，刘志辉，曾田胜.工程物探技术在高速公路工程勘察中的应用[J].公路，2006(8):292-294

[4]赵国梁.贵昆线岩溶路基病害勘察与设计[J].路基工程，1995，60(3):51-53

[5]肖剑秋，乔世范.娄新高速公路下伏岩溶塌陷与路基相互作用及治理措施[J].铁道科学与工程学报，2009，16(6):33-38