摘要：近几年，由于高速铁路的运输需求量急剧增加，加上高铁建设初期路基填土质量控制水平不高或施工工艺不足等，路基病害开始显现和加重，如路桥过渡段填土不均匀沉降、路基沉降变形等等，给高速铁路的正常运行和安全带来巨大隐患。对此，我们必须采取有效的、无损的检测方法进行病害及严重程度检测，再针对性进行修护。
关键词：高速铁路；路基病害；雷达检测技术；应用
引言
传统的方法对路基填土质量检测和竣工后路况评定主要靠跟踪质量抽查试验评定来进行。阶段性或完工后对工程质量的检测评定，则多采用随机钻孔取芯法，然而随机钻孔取芯法不仅效率低、偶然性大、代表性差，而且对高速铁路具有很强的破坏作用，显然不适应高速铁路工程质量检测的要求，而探地雷达（GroundPenetratingＲadar简称GPＲ）是近年在我国开始应用于高速铁路检测的一项新技术，由于它可对工程进行无损、连续检测、精度可靠、效率高，因而倍受关注。
1 探地雷达技术基本原理
探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。探地雷达利用一个天线发射高频率宽带调幅脉冲电磁波，另一天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波具有的波动性，传播时在不同介质的分界面存在反射和折射，入射波、反射波和折射波的方向遵循反射定律和折射定律，其传播路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性性质及几何形态而变。1910年人们开始将探空雷达应用于地下介质的探测。随着微电子技术特别是计算机技术的发展，探地雷达作为一种较新的地球物理方法，在近十年的时间内逐渐成熟起来，应用也更加广泛。
探地雷达作为高速铁路检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点。探地雷达由一体化主机、天线及配套软件等部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，探地雷达以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，当遇到地下不均匀体（界面）时会反射部分电磁波，其反射系数主要由介质的相对介电常数决定，通过对所接收的反射信号进行处理和图像解译，达到识别道路基础内隐伏缺陷的目的。
2 常见路基病害及雷达判识特征
2.1路基下沉
造成路基下沉的原因主要在于局部含水量过多。在线路投入使用后，如果出现雨水量急剧增加，而排水能力不能满足路基排水需求时，很容易导致基床土层吸水渗水过多，含水率剧增。从而导致土层受到水的侵蚀、浸泡和软化，将其稀释并呈现泥浆状态，大大降低局部或某一段线路的承载力。再加上列车的持续运作和动荷载作用，进一步导致受荷部位基床被破坏和产生下沉。而在下沉后，极易导致路基填料的混杂，如砟石、沙、土等，产生混合且介电常数发生变化，形成与周围介质较大差异的介电常数，容易被雷达检测出来。所以，路基下沉的雷达图像反射波一般呈现杂乱无序、同相轴高低不一的形态。
2.2道砟陷槽
道砟陷槽是指由于列车通过，其载荷作用使道床石砟被压入和陷入路基基面，导致路基中介质混合，从而导致路基自身结构、界面受到变形和破坏。同时，由于大量水分存在，改变了该地段的介电常数，且与周围介质的差异明显。因此，雷达剖面呈现紊乱的图像，其同相轴在道砟部位、基床床面，表现为不连续或断续的特点。此外，还有在含水部位，雷达反射波的能量明显增强。综上，道砟陷槽的雷达波形不同于路基下沉病害中的同相轴整体下沉，而是表现为错断的波形。
2.3翻浆冒泥
翻浆冒泥是指由于列车的动载荷作用，基床土层被软化并形成了泥浆，从道床道碴的空隙向上涌出、冒出，最终导致路基变形破坏。具体来说，由于列车的运行压力和动载荷作用，路基填料之间产生较多较大的磨损作用。此时，如果基面被雨水侵蚀软化，道床的整体排水效果下降时，容易形成道心积水。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一旦有列车通过，极易造成已经饱和的淤泥被挤压和冒出地面，持续作用下，路基填料溢出并导致路基变形。同时，翻浆冒泥由其发生位置可分为道床翻浆冒泥和基床翻浆冒泥。最后，从其形成过程可知，翻浆冒泥会导致路基填料的结构受到不确定性改变，介质容易出现混杂状态，且含水量较高。因此，雷达的上层剖面图像会呈现模糊紊乱，同相轴杂乱且不连续的特点。
3 应用
3.1检测路面厚度
在以前检测铁路厚度应用的是传统方法，钻芯取样法和挖坑检查法，都是应用简单技术进行检测，这两种方法在检测时存在着很大的弊端，存在盲目性、不确定性、耗费人力物力和时间、效率非常低，而且在检测时还破坏了原有的地面结构，如果道路没有封闭，就会为驾驶者增加安全隐患，容易发生行车事故。随着科技的进步，我国已经采用地质雷达检测技术，地质雷达采用电磁波在地面、地下发生反射的原理，清晰呈现铁路的剖面影响，得出的结果高精度、无损、实时，非常方便目前我国应用在铁路检测方面的最先进的一个手段。
路面厚度检测是铁路检测的最主要的内容，大多数的铁路的路面厚度都会固定值大约20cm，而且在探测厚度时，误差不能特别大，只能在上下1cm内徘徊，这就要求铁路测试技术要改革使用先进的技术，地质雷达的分辩厚度数据为子波波长的1／4，在介质水泥土或沥青土中电磁波的传播速度约为0.1m/ns，根据以上提示就可以选择出地质雷达应该采用探头的大小，就能保证检测20cm厚度的路面误差在lcm之内，非常精密准确。
3.2检查路基漏洞
铁路建设完成后通过各方面的检查，就会投入使用，在车辆每天行驶的重压下，和自然恶劣天气等因素，地基会发生变化，而路下的情况我们法无法直接的看到，容易忽视这个隐患，慢慢的地面就可能损坏，久而久之，路基就会下降造成沉淀，路基出现空层、空洞等现象，路面也会破损，例如沉陷、车辙、开裂等，为驾驶出行带来很大的不便。因此我们就要每隔一段时间应用雷达技术对路面进行检测，就可以检测出整个段路段的路基、路面剖面图，只以直接根据图像显示读取出是否损坏的信息，很好的防止了破损情况出现，还能对已经破损的路段查明原因，及时采取措施补救，为铁路的维修及养护提供最有力的保证。
3.3不同地质雷达
在技术方面的应用要根据不同情况采取不同的措施和设备，然而在铁路检测上也同样如此，不同的路面类型材质对于精度的要求是不确定的，根据对所要检测路面类型和要求达到的精度的不同，此时我们就要采用不同的地质雷达专项的进行检测。对于沥青土路面，在中心频率上我们选择2500MHZ的雷达天线，该频率的雷达天线发射频率非常高，分辨率也很大，可以区分出在3cm以内的不同材质界面，在检测厚度是的精确度可以达到5mm以内；对于水泥土路面，采用的是较低频率的中心雷达天线为200MHZ，采用的叫地拖式雷达，该雷达特色是发射器和接收器连接在一起，它具有抗干扰能力强、发射能量大等优点，在介质传播过程中损耗的能量非常小，但是精准度这一方面上，不如2500MHZ的中心天线，它允许出现的误差为10ram。
结束语
综上所述，路基病害对于高速铁路运输是一大隐患，不仅可能对其正常运行产生影响，还可能影响到列车的安全。对此，我们必须积极采用无损路基结构的探地雷达检测技术，对路基结构进行定期、有效检查，及时发现问题并采取调整和维护方案，将隐患消除，最终保证列车的正常运行和经济效益。
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论文作者:翟公坤
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/28
标签：路基论文; 介质论文; 病害论文; 路面论文; 铁路论文; 电磁波论文; 反射论文; 《基层建设》2017年第28期论文;