地震波層析成像檢測防滲系統(tǒng)缺陷研究

摘要：文章介紹地震波層析成像原理，在工程檢測中使用鉆孔布置方式，系統(tǒng)梳理數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵過程和資料綜合分析方法，判斷缺陷位置的經(jīng)驗(yàn)；比較準(zhǔn)確地查找防滲系統(tǒng)的滲漏點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無損傷查找基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)的缺陷。通過水電工程上成像成果與監(jiān)測成果的對比分析，驗(yàn)證地震波層析成像的正確性。

關(guān)鍵詞：地震波層析成像；CT檢測；基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)；系統(tǒng)缺陷；工程檢測；鉆孔布置方式 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：P631 文章編號：1009-2374（2016）10-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.008

1 概述

在覆蓋層基礎(chǔ)上建設(shè)大壩，大壩基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)防滲效果關(guān)系大壩的安全。一般在大壩基礎(chǔ)和覆蓋層埋設(shè)滲壓計(jì)或后期鉆孔埋設(shè)測壓管，觀測大壩基礎(chǔ)的滲流滲壓。通過計(jì)算揚(yáng)壓力分析大壩基礎(chǔ)滲流情況，評定防滲墻的防滲效果。但由于大壩基礎(chǔ)防滲墻滲流受下游水位和兩岸山體水位的影響，在出現(xiàn)異常滲流情況時，對防滲墻缺陷位置缺乏準(zhǔn)確的判斷和定位，使工程處理措施不明確，處理工程量增加。因此需要采用無損傷的檢測手段對防滲墻的缺陷位置做出準(zhǔn)確的判斷和定位。

2 工作原理

地震波層析成像（CT）是通過對觀測彈性波各種震相的運(yùn)動學(xué)（走時、射線路徑）和動力學(xué)（波形、振幅、相位、頻率）資料的分析，進(jìn)而反演地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)、速度分布以及彈性參數(shù)等重要信息的一種地球物理方法。彈性波穿透巖土介質(zhì)時，其速度快慢與巖土介質(zhì)的彈性模量、剪切模量和密度等指標(biāo)相關(guān)；密度大和強(qiáng)度高的巖石模量大，波速高，走時短，反之亦然。完整堅(jiān)硬巖體對彈性波吸收少，破碎巖體和松散土體吸收強(qiáng)?；诖?，利用彈性波射線可對地質(zhì)體進(jìn)行透視；通過地震波走時和衰減的觀測，反演計(jì)算對地質(zhì)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像。因此鉆孔彈性波CT圖像就能反映出各類巖土體的分布界線及巖體破碎程度分布，即使是同一巖層，由于其結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化，其波場分布亦表現(xiàn)為不同的特征圖像；通過剖面速度場重建，可對地質(zhì)構(gòu)造的具體特征進(jìn)行判定。

3 工程處理方案

3.1 工程概況

巴楚河是金沙江上游左岸一級支流，發(fā)源于理塘縣扎金甲博冰川，自東南向西北流，在桃園子水文站以下的茶樹山匯入金沙江。拉拉山水電站位于巴楚河中游，是巴楚河水電規(guī)劃梯級的第三級，采用引水式開發(fā)，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，并兼顧下游減水河段生態(tài)環(huán)境用水要求。電站由取水樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三部分組成。拉拉山水電站正常蓄水位3004.00m，相應(yīng)庫容106萬m3，最大壩高23.5m，電站裝機(jī)96MW，為中型三等工程。拉拉山水電站在2014年10月蓄水至正常水位。拉拉山水電站蓄水后，下游河床出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，大壩基礎(chǔ)揚(yáng)壓力超設(shè)計(jì)值，確定大壩防滲系統(tǒng)有缺陷，但位置不明確。

3.2 工作布置

在大壩防滲帷幕下游側(cè)布置3個檢查孔，右岸布置1#檢查孔，泄洪閘壩段布置2#檢查孔，左岸布置3#檢查孔。在防滲帷幕上游側(cè)沖砂閘壩段布置4#檢查孔，在防滲帷幕上游側(cè)泄洪閘壩段布置5#檢查孔。通過帷幕前后布置的鉆孔，進(jìn)行孔內(nèi)對穿無損檢測以查找防滲系統(tǒng)缺陷所在。檢查孔深度48m，每個檢查孔觀測的點(diǎn)距根據(jù)探測精度和方法特點(diǎn)確定為1m，開始檢查前在現(xiàn)場進(jìn)行地震波速度測試。

3.3 觀測系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集是彈性波層析成像技術(shù)的關(guān)鍵過程。彈性波層析成像觀測系統(tǒng)是在兩鉆孔間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在一鉆孔內(nèi)以1m間距激發(fā)彈性波，在另一鉆孔內(nèi)接收彈性波。在地震波CT斷面內(nèi)，采用一發(fā)多收的扇形觀測系統(tǒng)并應(yīng)充分利用被測區(qū)域周邊的激發(fā)與接收條件，保持射線分布均勻，并在兩鉆孔間形成一個射線網(wǎng)絡(luò)。

4 CT成果分析

4.1 1#-4#跨孔地震CT

1#-4#檢查孔間距為11.54m，1#孔口20cm以下無混凝土，鉆孔遇第四系覆蓋層、砂質(zhì)板巖、碳質(zhì)頁巖等巖石，巖性破碎；4#鉆孔上部為混凝土，下部是板巖等，巖性破碎。地震CT剖面穿過80cm厚混凝土防滲墻，鉆孔CT成像成果，可以看出整體上大部分波速在3000～4000m/s；但在1#鉆孔沿壩軸線方向0～5m橫向范圍內(nèi)，壩基面以下約25～30m，地震波速度呈低速特征，速度極小值在2000m/s以下，可推斷為基巖風(fēng)化所致，巖性破碎、含水可能性大，該區(qū)域?qū)?yīng)為防滲墻底部以下的帷幕灌漿段。根據(jù)波速分布特征，推測引起該壩段揚(yáng)壓力升高的原因可能為1#孔附近有水滲入所致。

4.2 4#-2#跨孔地震CT

4#-2#檢查孔間距為16.07m，4#和2#孔上部為混凝土，下部是板巖等，巖性破碎。鉆孔CT成像成果，可以看出速度分布縱、橫向存在不均勻性。彈性縱波頂部呈高速特征是壩體混凝土，彈性縱波速度在3000m/s以上；下部也存在高速區(qū)域，彈性縱波速度在3000m/s左右，其上部邊界范圍與防滲墻底線大體一致，推測高速區(qū)域因?yàn)獒∧还酀{固結(jié)體；在防滲墻底線以上附近，縱波速度呈相對低速特征，縱波速度在2400～3000m/s范圍內(nèi)，相對低速范圍位于防滲墻范圍內(nèi)，往2#孔方向具有一定的延續(xù)性，推測該處可能存在薄弱帶滲水通道。

4.3 2#-5#跨孔地震CT

2#-5#檢查孔間距為9.85m，2#和5#鉆孔上部為混凝土，下部是板巖等，巖性破碎，含大量砂。鉆孔CT成像成果，可以看出速度分布縱橫向存在不均勻性。該段底部位于帷幕灌漿段，地震波速相對高值，速度在2700～3800m/s之間，表明帷幕阻水效果較好；在防滲墻段中部存在一“囊狀”低速帶，沿高程方向從高向低分布，具有一定的延續(xù)性，其極小值在2400m/s以下，推測該段可能存在滲水通道，從而引起該壩段揚(yáng)壓力升高。

4.4 5#-3#跨孔地震CT

5#-3#檢查孔間距為22.03m，5#和3#孔上部為混凝土，下部是板巖等，巖性破碎，含大量砂。鉆孔CT成像成果，可以看出速度分布橫向分布較連續(xù)，頂部存在高速層，速度在3000m/s以上，應(yīng)是壩體混凝土。5#孔附近0～2m范圍，壩頂面往下29～32m及39～40m處；3#孔附近橫向18～21m范圍，壩頂面往下30～34m處存在低速帶，速度在1800～2100m/s，推測存在局部的基巖破碎帶，沿該破碎帶形成滲水通道。總體上看，5#-3#孔地震CT反演剖面整體地震波速度分布均勻。

4.5 跨孔地震CT綜合分析

根據(jù)地震CT資料綜合分析，拉拉山水電站大壩的地震CT資料主要異常區(qū)域位于1#-4#孔縱向壩基面以下約25～30m、橫向0～5m范圍；4#-2#孔在防滲墻底線以上附近約2m范圍；2#-5#孔縱向壩基面以下約23～31m、橫向1～9m范圍。因此拉拉山水電站大壩主要滲漏通道有以下兩處：靠左岸主要滲漏通道分布在1#檢查孔附近，寬度約2.5m（樁號范圍為壩0-04.48～壩0-01.00、高程范圍為2975～2978m）。防滲墻中部主要滲漏通道分布在2#～5#檢查孔之間，呈“囊狀”分布，高程范圍為2970～2985m；靠右岸主要滲漏通道分布在3#檢查孔附近，寬度約3m（樁號范圍為壩0+051.00～壩0+054.00、高程范圍為2970～2977m）。拉拉山水電站大壩可疑滲漏通道有以下三處：靠左岸可疑滲漏通道分布在2#～4#檢查孔附近，寬度約2.0m（樁號范圍為壩0+08.65～壩0+10.65、高程范圍為2979～2985m）；5#檢查孔左側(cè)疑似滲漏通道分布在5#檢查孔，在樁號0+32.10附近，寬度約0.5m，高程范圍為2980～2983m；5#檢查孔右側(cè)疑似滲漏通道分布在5#檢查孔，在樁號0+32.50附近，沿高程方向呈“條狀”分布，寬度約1～2m，高程范圍為2966～2976m。

5 檢查成果與測壓管成果對比分析

對1#-5#檢查孔進(jìn)行水位監(jiān)測并與檢查孔附近原測壓管水位進(jìn)行對比可知：4#、5#檢查孔位于帷幕前，其水位與壩前水位一致。1#、2#、3#檢查孔位于帷幕后，其水位與測壓管水位規(guī)律一致，管內(nèi)水位有一定的水頭折減，但由于位置不同其水頭值存在一定的差異。2#檢查孔水位高程為2996.90m，高于1#、3#檢查孔水位高程約3m；測壓管監(jiān)測水頭UP2高于1#檢查孔和UP3（2991.74m），可推測2#檢查孔部位為主要的滲水通道。1#、2#、3#檢查孔位于防滲系統(tǒng)后，其水位與同部位測壓管水位基本一致，反映防滲系統(tǒng)前后水頭有一定的折減，但由于位置不同其水頭值存在一定的差異。由于1#檢查孔位于排污閘左邊墻外側(cè)回填料區(qū)，測得孔內(nèi)水位高程為2992.1m，低于該處混凝土邊墻上的UP1測值2994.65m，說明壩體左岸繞滲對溢流壩段壩基的補(bǔ)水效果不明顯。同樣右岸UP5測值為2989.5m，低于其左側(cè)的3#檢查孔2993.3m，說明壩體右岸繞滲對溢流壩段壩基的補(bǔ)水效果不明顯。

6 結(jié)語

通過地震波層析成像CT檢測在拉拉山水電站基礎(chǔ)防滲系統(tǒng)缺陷的成功應(yīng)用，地震波層析成像CT檢測成果與監(jiān)測成果基本一致，查找滲漏通道基本準(zhǔn)確，為處理水電工程防滲系統(tǒng)滲漏通道提供了比較準(zhǔn)確的定位，減少工程處理措施，保障處理效果。地震波層析成像CT檢測是無損傷、無破壞、快速高效的檢測方法。

參考文獻(xiàn)

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[2] 程道橫，王俤剴.四川省巴楚河拉拉山水電站監(jiān)測成果及分析報告[R].

[3] 王俤剴.四川省巴楚河拉拉山水電站監(jiān)測設(shè)計(jì)報告[R].

[4] 萬永波，劉志輝.四川省大渡河瀘定水電站大壩下游河道涌水處理分析材料[S].

作者簡介：萬永波（1973-），男，重慶人，中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司高級工程師，研究方向：水電水利工程安全監(jiān)測。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）