大宁煤矿铁路专用线3号桥采空区勘察

铁路机务   2013-06-27 16:32:46  1浏览 作者: 李高明 高伟 (中铁郑州勘察设计咨询院有限公司,河

    摘要采用瞬态瑞雷波法对大宁煤矿铁路专用线3号桥址区进行勘探和判释,查明了桥地区的采空情况和影响范围,为桥梁设计提供了准确的基础资料。

    关键词  采空区,瑞雷波法,低速,凹槽采空,影响区,采空裂隙带

1  概况

    大宁煤矿铁路专用线3号桥斜跨芦苇河,在其两侧分布有2个煤矿:义城煤矿和柏山煤矿。在可行性研究阶段的调查访问中,未发现采空问题;在初步设计阶段的现场钻探中,发现3号墩(DK7+192)处有采空空洞,性质为古煤矿采空。为查明桥址区(DK7+000~Dk7+465)范围内古采空的分布情况,拟采用瞬态瑞雷波法进行现场勘察判释。

2  地形地质特征及地球物理条件

2.1  地形情况

    测区位于芦苇河河漫滩中,地表大部分为卵石土,部分地段堆积建筑垃圾,另有部分滩地辟为耕地和煤炭堆积场,地形条件相对较差。

2.2地层岩性

    表层为卵石土,深度为0~10 m,下伏基岩为泥岩、砂岩夹煤的煤系地层,岩层倾向SW,倾角为7~15 o。

2.3地球物理条件

    根据现场试验,上述地层皆存在一定的差异,该区具有开展地球物理探测的条件。测区地层特性如表1所示。

3瞬态瑞雷波法原理

    在弹性介质中,弹性波在到达速度或密度不同的介质交界面上时,会产生反射、折射现象,同时产生界面波(沿表层传播的波称面波)。

    瑞雷波速V0与波数K是隐函关系,也就是v0的频散函数;即给定一个频率f,即可算出一个对应的v0。在同一地段测出一系列频率的va值,就可得到频散曲线;通过对频散曲线进行反演解释,可得到地下某一深度范围内的v0值。相对体波而言,瑞雷波具有能量较强、速度较低、频率较低、容易分辨等特点。可以近似认为瑞雷波的穿透深度约为1个波长,从而可以利用不同的波长,获得不同频率的面波,求得不同勘探深度的变化。

    当地下存在空洞时,就会影响瑞雷波的传播速度,影响程度与空洞的直径叭顶面埋深日和波长A。有关,当λ0<H或λ0>H时,这种影响较小,当λ0=2H~3H时,影响就较大。

    瑞雷波是纵波和横波在界面附近的复合振动形成的复合波,气体、液体等流体中不产生横波,因此在空洞和充水洞穴内没有瑞雷波传播,此时测得频散曲线可能出现错断、中断、间断等异常反映。瑞雷波法的勘探实践表明,它是一种相对洞穴类地质体比较敏感,能定量解释,干扰较小的方法。

4  瞬态瑞雷波法工作布置及工作量

    结合场地的地球物理条件,在桥址中心轴线左右各5 m、10 m、15 m共布置了6条测线剖面,175个点。

5  瞬态瑞雷波法成果分析判释

    瞬态瑞雷波频散曲线的特征及其变化与地下岩土体地球物理性质密切相关,如地层厚度、波速等。研究这些地球物理特征的变化规律并分析这些特征,就可以初步确定地下岩层的分层以及各层厚度和波速的范围,再通过曲线的综合定量解释,并结合钻探资料,就可以确定各层厚度及波速,达到地质分层、寻找采空等探测目的。

    结合钻孔资料,详细分析瑞雷波测线剖面。地层可分为5层:第1层的V0值为100~300 m/s,对应为卵石层;第2层的v0值为300~600 m/s,对应强风化砂岩、泥岩;第3层的v0值为600~900 m/s,对应弱风化砂岩、泥岩;第4层的v0值为1 000~1 500 m/s,对应微风化或完整砂岩、泥岩。下部基岩中出现低速带,埋深一般在地表下18.20~26.80 m范围内,相应v0值为600~800 m/s;低速带厚度约为3~5 m,集中于DK7+130~DK7+250段,共有4处,具体位置为:DK7+137.5~DK7+147.5、DK7+155.5~DK7+165、DK7+186~DK7+197、DK7+226~DK7+236,解译为采空区;采空区部分地段塌陷。

    另外,瑞雷波速不规则,其等值线出现低速凹槽,煤层埋藏深度内瑞雷波波速不一,解译为采空及采空影响区;岩层产生沉降、拉裂等,岩层强度降低,形成采空裂隙带。

    桥址区其他地段瑞雷波速等值线分布较均一,波速自上而下渐变,未出现明显的低速凹槽,煤层埋藏深度内瑞雷波速均一,未见明显的采空及采空影响区异常。

6  结束语

    (1)利用瞬态瑞雷波法并结合钻孔资料查清了桥址区采空情况及其影响范围,为桥梁的基础类型设计提供了准确的基础资料,同时也为采空区勘察积累了一定的经验。

    (2)该方法可用于调查线路路基填料的密实程度和有无空洞情况,对既有路基和新建路基质量进行综合评价方案提供依据。

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