聲波CT技術(shù)在蘇洼龍水電站防滲墻質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

杜 愛 明， 劉 誠(chéng)

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

蘇洼龍水電站大壩上、下游圍堰防滲采用復(fù)合土工膜+塑性混凝土防滲墻+岸坡帷幕灌漿的防滲方案。上游圍堰防滲墻施工平臺(tái)高程為2 393.0 m，防滲墻軸線長(zhǎng)度394.12 m，混凝土防滲墻最大深度87 m，厚度1.0 m，岸坡防滲帷幕沿兩岸堰肩接堰頂2 430.50 m高程，帷幕灌漿灌漿深度10 m，孔距1.0 m。下游圍堰防滲墻施工平臺(tái)高程2 387.0 m，防滲墻軸線長(zhǎng)度375.82 m，混凝土防滲墻最大深度45.0 m，厚度0.8 m。蘇洼龍上游圍堰在正式施工之前，S46～S48作為試驗(yàn)段。上游防滲墻體布置以及試驗(yàn)段位置見圖1。

圖1 蘇洼龍水電站上游圍堰防滲墻分布及試驗(yàn)段位置示意圖

1 聲波CT技術(shù)基本原理

聲波CT檢測(cè)是利用孔間、洞間及臨空面等施測(cè)條件，在被測(cè)區(qū)域采用一發(fā)多收的扇形觀測(cè)系統(tǒng)，即在一側(cè)單點(diǎn)發(fā)射，另一側(cè)進(jìn)行多點(diǎn)排列接收，并按觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐點(diǎn)進(jìn)行掃描觀測(cè)，構(gòu)成致密交叉的射線網(wǎng)絡(luò)。然后根據(jù)射線的疏密程度及成像精度劃分規(guī)則的成像單元，運(yùn)用彎曲射線追蹤理論，采用特殊的反演算法形成被測(cè)區(qū)域的波速圖像，并以此來(lái)劃分巖體的質(zhì)量，確定地質(zhì)構(gòu)造及軟弱巖帶的空間分布。聲波CT檢測(cè)的精度和效果取決于被測(cè)區(qū)域地質(zhì)體的分布形態(tài)、物理力學(xué)性質(zhì)及彈性波傳播路徑等客觀因素；同時(shí)也與測(cè)試條件、觀測(cè)精度、射線網(wǎng)度、約束力度、單元?jiǎng)澐?、反演算法、插值技術(shù)及圖示方法等主觀因素有關(guān)。典型測(cè)試布置見圖2。

通過(guò)聲波CT檢測(cè)，反映兩個(gè)鉆孔之間截面上的巖體物理力學(xué)特征，實(shí)現(xiàn)面積測(cè)量，具有單一鉆孔測(cè)量方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，探測(cè)結(jié)果具有高精度、高可信度，對(duì)重點(diǎn)部位的剖面利用層析技術(shù)反演該剖面波速分布可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)防滲墻體的均勻性及墻體與基巖的結(jié)合情況。聲波CT檢測(cè)結(jié)果最終為檢測(cè)剖面內(nèi)的波速等值線圖，從波速等值線圖上可以看出低波速區(qū)域的分布形態(tài)、在檢測(cè)剖面中的具體位置，同時(shí)可獲得低波速區(qū)域波速值范圍。從而可確定低波速區(qū)域(可能的潛在漏水區(qū)域)連通情況，為補(bǔ)灌處理提供準(zhǔn)確定位。

圖2 圍堰聲波CT檢測(cè)典型觀測(cè)系統(tǒng)示意圖

本次聲波CT檢測(cè)采用MC-6320非金屬超聲檢測(cè)儀并采用跨孔對(duì)穿探頭。聲波儀采樣道數(shù)為2道，采樣間隔0.03～1 024.00 μs，聲時(shí)測(cè)量精度0.03 μs，通頻寬度2Hz～500 kHz，發(fā)射電壓50 V/250 V/500 V/1 000 V。每對(duì)剖面孔間距6.0 m，射線角度水平方向上下各45°，點(diǎn)間距1.0 m。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 孔位布置

本次對(duì)蘇洼龍水電站上游圍堰防滲墻試驗(yàn)段(46#～48#槽段)的預(yù)埋2對(duì)鋼管，分別分布于S46和S48槽，孔號(hào)分別為S46-1、S46-2、S48-1、S48-2，檢測(cè)完成后對(duì)S47槽進(jìn)行兩個(gè)鉆孔取芯檢測(cè)。聲波CT檢測(cè)時(shí)，共對(duì)S46-1～S46-2、S46-2～S48-1、S48-1～S48-2共3對(duì)剖面進(jìn)行檢測(cè)，每對(duì)剖面孔間距6.0 m，射線角度水平方向上下各45°，點(diǎn)間距1.0 m。

2.2 檢測(cè)成果

蘇洼龍水電站上游圍堰防滲墻試驗(yàn)段聲波CT檢測(cè)的成果，經(jīng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)處理分析，檢測(cè)成果解析圖見圖3。

圖3 S46-1～S48-2聲波CT檢測(cè)成果圖

從圖中可看出：

(1)頂面澆筑受泥漿等影響，孔深3.0 m以上區(qū)域存在相對(duì)低波速區(qū)域，低波速范圍主要在1.9～2.2 km/s之間。

(2)低于2.5 km/s的相對(duì)低波速區(qū)域主要集中在孔深3.0～12.0 m區(qū)域，該相對(duì)低波速區(qū)域附近存在較大面積低于2.75 km/s的波速區(qū)域，在10.0 m孔深附近，低于2.75 km/s的相對(duì)低波速區(qū)域有連通的趨勢(shì)；

S47-J1鉆孔取芯照片 S47-J2鉆孔取芯照片圖4 檢查驗(yàn)證鉆孔孔取芯照片

圖5 檢查驗(yàn)證孔聲波檢測(cè)成果圖

(3)S46-1～S46-2剖面孔深12.0～15.0 m區(qū)域也存在少量低于2.5 km/s的相對(duì)低波速區(qū)域。

總體而言，3 m以上受頂面澆筑影響，存在相對(duì)低波速區(qū)域，混凝土質(zhì)量一般；3～12 m段局部存在相對(duì)低速區(qū)域；12 m以下區(qū)域無(wú)明顯低波速異常區(qū)域，墻體混凝土質(zhì)量較好。

2.3 分析驗(yàn)證

聲波CT檢測(cè)完成后，對(duì)S47槽段布置兩個(gè)檢查驗(yàn)證孔(S47-J1、S47-J2)，孔布置位置及各方法綜合成果見圖3，鉆孔取芯(見圖4)并進(jìn)行跨孔聲波(見圖5)和鉆孔電視檢測(cè)(見圖6)，驗(yàn)證情況如下：

聲波檢測(cè)相對(duì)低波速區(qū)段為：?jiǎn)慰茁暡z查孔S47-J2的10.2～11.0 m孔段；跨孔聲波S46-2～S48-1號(hào)剖面10.5～11.0 m區(qū)段，跨孔聲波S47-J1～S48-1號(hào)剖面9.5～10.5 m區(qū)段，跨孔聲波S47-J1～S47-J2號(hào)剖面10.0～10.5 m區(qū)段。聲波檢測(cè)出的相對(duì)低波速區(qū)段為S46-2孔至S48-1孔之間的下方9.5～11.0 m區(qū)段且集中在單孔聲波檢查孔S47-J2附近，鉆孔電視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：檢查孔S47-J2在10.8 m處有一處2～3 cm厚的夾層，夾泥、沙等雜物(見圖6)，10.7～11.0 m段混凝土表面不平整。

圖6 檢查驗(yàn)證孔鉆孔電視檢測(cè)成果圖(夾泥)

CT檢測(cè)成果表明：在10 m孔深附近低于2.75 km/s的相對(duì)低波速區(qū)域有連通的趨勢(shì)，聲波檢測(cè)、鉆孔電視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的低波速區(qū)域也在此區(qū)域中；聲波檢測(cè)和鉆孔電視檢測(cè)的結(jié)果和CT檢測(cè)結(jié)果吻合。

3 結(jié) 論

聲波CT檢測(cè)是近年來(lái)應(yīng)用于混凝土防滲墻質(zhì)量檢測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，其特點(diǎn)是分辨率高、無(wú)損快速、直觀可靠、信息量大，在工程實(shí)踐中逐漸完善和提高，聲波CT技術(shù)在理論研究、儀器研制、信號(hào)接收等方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。實(shí)踐成果表明，聲波CT檢測(cè)技術(shù)在防滲墻無(wú)損檢測(cè)等方面具有良好的效果。但是，聲波CT檢測(cè)技術(shù)仍然存在圖像成果與實(shí)際對(duì)比研究較少，正反演算法不夠成熟、數(shù)據(jù)處理影響參數(shù)較多等許多需要解決的問題。