用瑞雷波法对兰新铁路甘青段路基过渡段压实质量检测成果分析

【摘 要】路基的压实质量非常主要关系来铁路的安全营运，本次检测主要是对位于青海省民和县境内新建兰新铁路第二双线甘青段LXS-2-2标路基过渡段工程，采用瑞雷波法检测路基压实质量，从而判定路基的填筑压实质量是否合格。

【关键词】兰新铁路；瑞雷波法；检测；压实质量

1 工程概况

兰新铁路第二双线又称兰新高铁、兰新客运专线，是中国一条兴建中连接甘肃省兰州市与新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市的高速铁路，是铁道部《中长期铁路网规划（2008年调整）》的重点项目。兰新铁路第二双线从兰州西站引出，经青海省西宁、甘肃省张掖、直抵新疆首府乌鲁木齐，全长1776公里，新建兰新铁路第二双线甘青段LXS-2-2标路基过渡段位于青海省民和县境内。本次采用30%的频率，瑞雷波法来检测判别路基过渡段填料压实质量。

2 检测依据

多道瞬态面波勘察技术规程。

3 检测仪器和设备

地震瑞雷面波作业使用吉林大学生产的Miniseis-24地震仪进行数据采集，设备管理号30011-06。该仪器具有以下特点：

1）具有24个或48个宽频带信号输入通道，48道工作时最高采样率高达25μs；

2）采用ΔΣ24位高精度高速模数转换器和大容量存储器；

3）高达 131dB的动态范围；

4）最大采样长度 32K字节/道的高性能技术指标；

5）运行WINDOWS系统下的采集软件，支持各种地震勘探方法；采用全中文界面，具有操作界面友好。

地震面波法采用锤击震源单边激发，4 Hz检波器，24道采集，采样率0.20 ms，采样点数3072，记录长度614.4 ms，采用MASW多道面波法采集。

4 瑞雷波法检测路基过渡段填料压实质量的原理及方法

4.1 瑞雷波法检测路基过渡段填料压实质量的原理

在介质的弹性不连续面和介质表面，由于纵波和横波的反射和叠加形成一种沿介质不连续面或沿介质表面传播的波，这就是1885年由英国学者瑞雷提出来的面波的概念。

在均匀半无限空间中，瑞雷面波水平方向的位移U（Z）和垂直方向的位移W（Z）可由（1）式和（2）式表示：

U（Z）=-exp[-■（Z・N）]+■・exp[-■（Z・N）]（1）

W（Z）=■exp[-■（Z・N）]-■exp[-■（Z・N）]（2）

上式：

q■=N■-■

S■=N■-■，

N=■

ω为角速度（rad），L为波长； Z为深度（向下为正方向）。

设泊松比为δ，VR与VP、Vs之间有下列关系：

α■K■=■（3）

K■=■（4）

α■=■（5）

V■=■（6）

V■=■（7）

λ=■（8）

式中：

VP为纵波速度，VS为横波速度，VR为瑞雷面波速度，ρ为密度，G为剪切模量，δ为泊松比，E为杨氏模量，λ为拉梅常数。

VP、VS都是与介质的泊松比、密度、杨氏模量、剪切模量等有关，同理，由（7）、（8）式可见瑞雷面波速度VR，也同VP、VS一样，可由介质的泊松比、密度、杨氏模量等力学参数来确定。

由此可见，瞬态面波技术是基于瑞雷波运动学特征和动力学特征，利用它的频散特性和传波速度与岩土物理力学性质的相关性进行土层划分、研究岩土的工程性质的一种物理勘探方法，可以解决诸多的岩土工程问题。面波测试原理如下图1所示，面波在路基面传播具有一个重要特征就是它的频散特性，从理论上讲，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。

图1 瑞雷面波测试原理及采集示意图

此外，面波浅层分辨率较高，且有别于折射或反射方法，不受各地层速度关系的影响，且野外场地要求不高，外业数据采集可操作性强，因此在评价密实度方面有着较大的优势。

4.2 现场检测测点布置

瑞雷面波数据采集严格按照《多道瞬态面波勘察技术规程》要求进行。偏移距，道间距设置合理，地震面波记录同相轴清晰，频率特征一致，炮检距选取合理，检查点对比分析满足外业数据采集规范要求，现场测点布置示意图如图2所示。

图2 地震面波观测系统示意图

4.3 瑞雷面波资料整理与解释

瑞雷面波资料处理比较复杂，包括：

（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，非线性最小二乘法进行反演；

（8）求取实测面波波速VR，。

5 检测结果评判原则

LXS-2-2标段的起讫里程为：DK71+175至DK104+066，正线长度为32.891km，其中路基2.278km，位于青海省民和县境内。用30%的频率检测符合条件的过渡段，共计检测1个过渡段，中心里程为DK101+990，是路隧过渡段，测点里程为DK101+990，测点数为3点，根据本工程现场实际情况，首先设定与过渡段连接处相临近的路基段的填筑压实质量是满足设计要求的，在采用瑞雷波法检测路基过渡段压实质量时，采用相临近的路基段的平均瑞雷波速VR0为参考来判定路基过渡段的填筑压实质量，即用测定的路基过渡段的平均瑞雷波速 VR与临近路基段的瑞雷波速VR0做比较来判断，具体评判原则如下：

VR与VR0相接近，说明路基过渡段的填筑压实质量与临近路基段的填筑压实质量相当；

VR大于VR0，说明路基过渡段填筑压实质量高于临近路基的填筑压实质量；

VR小于VR0，说明路基过渡段填筑压实质量低于临近路基的填筑压实质量。

6 结语

根据以上评判原则，对现场采集的数据进行分析处理后得出结论，LXS-2-2标检测断面处的路基过渡段填筑压实质量高于临近路基的填筑压实质量。

故LXS-2-2标路基过渡段填筑压实质量是合格的。