Материал из ЖД cправочник
Перейти к: навигация, поиск

Геофизические методы составляют основу современной системы диагностики земляного полотна, базируются на изучении закономерностей изменения различных физических полей в грунтах земляного полотна в зависимости от их сложения, свойств и состояния. Физические поля в земляном полотне могут возникать от направленных воздействий постоянного или переменного электрического тока через забитые в грунт электроды (электрометрический метод); от воздействия ударных нагрузок (например, молотом) по грунту (сейсмический метод); от движущегося поезда (вибрационный метод); от излучения электромагнитных высокочастотных зондирующих сигналов (радиолокационный метод). Принципиальная схема применения геофизических методов состоит в следующем: возбуждение физических полей в земляном полотне — прием и преобразование ответных сигналов (отклик системы) — регистрация сигналов измерительной аппаратурой — автоматизированная система обработки полученной информации — интерпретация и инженерно-геологическое истолкование результатов диагностики. Геофизические методы, как правило, применяются в комплексе с небольшим объемом контрольного бурения (обычно 10-15 % от общего объема бурения, выполняемого при традиционном обследовании), что необходимо для более достоверной интерпретации и инженерно-геологического истолкования полученных данных. Ниже приведена краткая характеристика геофизических методов, которые применяются при диагностике земляного полотна.
Электрометрический метод с использованием профилирования, вертикального зондирования позволяет обнаруживать деформации основной площадки в виде балластных углублений и увлажненных зон грунта; определять карстовые полости; оценивать величину осадки насыпи на болотах; выявлять границы мерзлых грунтов в теле насыпей и их основании, а также решать ряд других задач. Наряду с электрическими измерениями по методикам профилирования и зондирования, когда измерения проводятся на поверхности земляного полотна, разработана модификация электрометрического метода — электродинамическое зондирование (ЭДЗ). Сущность ЭДЗ состоит в том, что в массив грунта на исследуемую глубину забивается ударами эталонного груза металлический зонд, состоящий из нескольких соединенных между собой труб. По мере погружения зонда в земляное полотно через определенные интервалы по глубине измеряется сила тока, пропускаемого в грунт через электроды, находящиеся на конце зонда. Метод ЭДЗ позволяет получать не только литологический разрез земляного полотна, но и данные о прочностных характеристиках песчано-глинистых грунтов до глубины порядка 5-7 м.
Сейсмический метод в модификации профилирования, продольного (вдоль пути) и кругового (на откосах насыпей) зондирования, просвечивания (сейсмотомогра-фии) тела насыпи с противоположных откосов позволяет решать подавляющее большинство задач, которые встречаются при всех видах диагностических исследований земляного полотна. Среди них детальные исследования внутреннего строения земляного полотна, определение водонасыщенных зон в насыпях и уровня грунтовых вод в их основании; оценка показателей свойств грунта и определение ослабленных по прочности зон в насыпях и их основании; обследование земляного полотна, эксплуатируемого в сложных инженерно-геологических условиях.
Вибрационный метод разработан для диагностики насыпей, которые рассматриваются в виде системы, преобразующей входное динамическое воздействие в виде поездной нагрузки в выходную реакцию (отклик системы), например в изменяющиеся во времени колебательные процессы. Определенному состоянию эксплуатируемой насыпи соответствует группа признаков, проявляющихся в виде различных параметров колебаний. В результате исследований на эталонных объектах земляного полотна разработана классификация диагностических признаков для различных видов деформаций. Существенным преимуществом такого метода является возможность оценивать динамическое состояние насыпи во время ее функционирования, то есть в процессе воздействия подвижного состава. Вибрационный метод применяется при рекогносцировочной диагностике насыпей с выделением аномальных объектов; при мониторинге состояния насыпей в процессе эксплуатации ж.-д. пути в круглогодичном цикле с целью прогнозирования их состояния, в том числе при организации скоростного движения пассажирских поездов; для обнаружения насыпей, предрасположенных к внезапным аварийным деформациям в процессе следования подвижного состава.
Радиолокационный метод основан на использовании излучаемых радиопередатчиком коротких электромагнитных сигналов, проникающих в грунт через передающую антенну. Отражаясь от слоев грунта, имеющих различные электромагнитные свойства, сигналы с информацией о состоянии среды улавливаются приемной антенной. По времени запаздывания между зондирующим и отраженным сигналами (О и скорости распространения радиоволн (v) определяется эхо-глубина залегания отражающего контакта: h = v-t/2. Скорость распространения радиоволн зависит от диэлектрической проницаемости грунтов (е). Различие величин е для разных грунтов позволяет определять границы между слоями грунта в земляном полотне и обнаруживать различные неоднородности. Радиолокационный метод характеризуется большой разрешающей способностью, технологичностью и высокими технико-экономическими показателями. Это объясняется возможностью непрерывных бесконтактных измерений с использованием транспортного средства. Для обследования сравнительно небольших по протяженности участков используется перемещающийся по рельсовому пути радиолокационный комплекс «Геодефектоскоп», созданный на базе георадара (транспортного средства типа дефектоскопной тележки) и другого вспомогательного оборудования. Измерительный комплекс «Геодефектоскоп» предназначен для оценки состояния верхней части земляного полотна на глубинах 1,5-2 м с привязкой к конкретным пикетам. Решаемые задачи: выявление балластных углублений в основной площадке, определение границ промерзания и оттаивания грунта, выделение участков с балластными выплесками и др. Измерения выполняются непрерывно по длине пути со скоростью передвижения оператора 3-4 км/ч. Принципиально возможно размещение георадиолокационной системы в вагоне-путеизмерителе и получение комплексной информации о диагностируемых параметрах верхнего строения пути и земляного полотна.