曲 直

（豐滿大壩重建工程建設局，吉林吉林，132000）

1 工程概況

豐滿重建工程泄洪兼導流洞布置在左岸山體內(nèi)，為有壓洞，進洞點至出洞點全長847.02 m，由進口明渠段、井前有壓段、進口閘門井、有壓洞身段、出口閘室段以及消能防沖段等組成，如圖1所示。進口明渠底板高程224.00 m，有壓洞身斷面為圓形，內(nèi)徑10.5 m，末端出口為8.8 m×8.8 m矩形斷面，出口閘室底板高程193.00 m，采取挑流消能，挑坎高程193.00 m。

2 地質雷達工作原理及技術參數(shù)

2.1 地質雷達工作原理

地質雷達（簡稱GPR）是基于目標體電性差異，利用主控器發(fā)射高頻電磁波并接收反射電磁波信號來探測地下目標體的一種物探手段。在進行回填灌漿質量檢測時，由工程裝載機配合把雷達天線緊貼在隧洞表面，地質雷達主機將電信號轉化為高頻電磁波，并以寬頻帶短脈沖形式由發(fā)射天線定向發(fā)送至回填灌漿區(qū)域，同時利用接收天線獲取反射電磁波信號。由于不同介質介電常數(shù)對高頻電磁波存在波阻差異，不均勻介質會對高頻電磁波產(chǎn)生折射和反射，地質雷達回填灌漿檢測主要利用脫空缺陷或灌漿不密實區(qū)域的介電常數(shù)與周邊密實混凝土、巖體的介電常數(shù)的差異，通常在回填灌漿脫空位置形成較強的反射電磁波信號，而在回填灌漿不密實區(qū)的電磁波能量衰減較快、波形雜亂并具有較大振幅[1]，可根據(jù)接收到的反射電磁波信號特征來判定回填灌漿的質量[2]。地質雷達工作原理見圖2。

2.2 地質雷達技術參數(shù)

圖1 泄洪兼導流洞工程示意圖Fig.1 Diagram of flood discharge and diversion tunnel

地質雷達的技術參數(shù)主要包括地質雷達的探測深度和探測分辨率，其中地質雷達探測距離主要與電磁波能量衰減系數(shù)W有關。

圖2 地質雷達工作原理圖Fig.2 Work principle of GPR

其中：W——能量衰減系數(shù)；σ——導電率；f——電磁波的頻率；εr——相對介電常數(shù)。

由式（1）可知，電磁波能量衰減系數(shù)與電磁波的頻率 f成正比，頻率越高，衰減越快，地質雷達的有效探測距離越短。

地質雷達探測分辨率是指地質雷達所能分辨的最小異常，可分為橫向分辨率與垂向分辨率。根據(jù)波的干涉原理，橫向分辨率一般為第一菲涅爾帶半徑的1/4，第一菲涅爾帶半徑的計算方法為：

其中：rr——第一菲涅爾帶半徑；h——目標體的深度；λ——主頻波長。

垂向分辨率是指地質雷達區(qū)分雷達剖面內(nèi)一個以上反射界面的能力，根據(jù)懷特定律，極限分辨率b為：

其中：b——垂向分辨率；λ——雷達主頻的波長。

本次回填灌漿檢測使用400 MH、900 MHz和1.5 GHz三種頻率的地質雷達天線，理論計算主要技術參數(shù)見表1。

表1 地質雷達天線頻率及對應的主要技術參數(shù)表Table 1 GPR antenna frequency and corresponding main technical parameters

3 測線布置及工作任務

泄洪兼導流洞有壓段洞徑為10.5 m，混凝土厚度小于1.2 m。脫空一般發(fā)生在圍巖和混凝土交界面上，除進口閘門井段及出口工作閘室段為二期混凝土外，洞身段混凝土襯砌及施工支洞堵頭頂部均需進行回填灌漿。本次回填灌漿檢測在導流洞有壓段（0+11～0+847 m）頂拱中心布置1條測線，中心兩側各布置1條測線，線距1.5 m，點距0.2 m。測線布置見圖3。

泄洪兼導流洞回填灌漿質量檢測工作分為兩個階段，首先使用900 MHz的高頻天線在0+526～0+814 m范圍內(nèi)進行初步檢測，并選取0+526～0+766 m段的測值對儀器進行率定。隨后使用900 MHz高頻天線對0+105～0+526 m段和0+814～0+826 m段進行全面檢測。由于進水口0+11～0+99 m段和出水口0+826～0+847 m段襯砌混凝土較厚，使用400 MHz的中高頻天線進行檢測。為提高檢測精度并驗證異常性質，對0+99～0+411 m段和0+514～0+826 m段的頂拱和右側測線采用1.5 GHz高頻天線進行了復測。本次地質雷達檢測共完成測線長度3 594 m，采集測點樣本17 978個。具體測點樣本分布見表2。

表2 測線布置及完成工作量Table 2 Layout of surveying lines and actual amount of work done

4 檢測成果分析

本次雷達檢測共發(fā)現(xiàn)43處異常區(qū)，經(jīng)過1.5 GHz高頻天線復檢后，分析認為其中34處異常區(qū)排除了脫空或灌漿不密實的可能性；其余9處推斷為回填灌漿不密實引起的異常，見表3。典型異常區(qū)地質雷達成果圖見圖4。

圖4 典型異常區(qū)成果圖Fig.4 Results of typical abnormal areas

表3 檢測成果Table 3 Detection results

5 典型脫空圖像分析

圖5為其他同類工程的典型脫空圖像，從圖中可以明顯看出脫空區(qū)段出現(xiàn)非常強烈的電磁波反射信號。經(jīng)鉆孔驗證，脫空區(qū)1的脫空深度范圍為3～4 cm，脫空區(qū)2的脫空深度范圍為2～3 cm。在豐滿重建工程泄洪兼導流洞檢測圖像中無類似圖像特征。

圖5 其他同類工程典型回填灌漿脫空圖像Fig.5 Typical image of separation of other similar project

6 檢測成果的驗證

為進一步判斷異常區(qū)的性質，在檢測結束后選取三個異常點進行鉆孔驗證。三個檢查孔孔深1.7m，對3個檢查孔采取內(nèi)窺檢測和壓水試驗。經(jīng)鉆孔檢測，未發(fā)現(xiàn)脫空現(xiàn)象，壓水試驗在壓力0.43 MPa時透水率為0[4]。在異常深度位置的混凝土有膠結不良現(xiàn)象，與地質雷達檢測結果基本符合[5]。

7 結語

由于混凝土自身并非連續(xù)介質，電磁波傳播速度會隨介質結構的不同而變化，宜采用不同頻率天線對異常區(qū)進行甄別復檢，在采集數(shù)據(jù)時應盡量減少外界因素的干擾，并結合灌漿施工記錄及實際情況進行綜合分析與評判。豐滿重建工程采用地質雷達，可快速、連續(xù)地檢測泄洪兼導流洞襯砌混凝土回填灌漿的質量，取得了較好的效果。

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