聲波層析成像技術(shù)用于砂礫石層中灌漿成墻質(zhì)量檢測(cè)

吳仁學(xué)

【摘要】聲波斷層掃描（CT）技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)的水利水電工程地球物理勘探明確的嘗試，結(jié)合二道河子水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程孔間聲波（CT）檢瀏試臉實(shí)例，，著重從聲波斷層掃描（CT）技術(shù)的基本原理、方法、技術(shù)、應(yīng)用效果進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】聲波層析成像技術(shù)；質(zhì)量檢測(cè)；砂礫石層

1、前言

近年來(lái)隨著高新技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展，一些新的地球物理方法與高科技新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如彈性波層析成像（CT）的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高新地球物理技術(shù)在水利水電工程測(cè)量和建筑工程質(zhì)量測(cè)試發(fā)揮了積極作用，解決了許多工程地質(zhì)和施工質(zhì)量問(wèn)題的隱患。

2、聲波層析成像（CT）技術(shù)基本原理

工程CT技術(shù)是我國(guó)上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的一種物探和高新技術(shù)，是地球物理CT工程中的應(yīng)用技術(shù)之一。在醫(yī)用x射線(xiàn)CT掃描原理中，通過(guò)對(duì)人體工程探測(cè)對(duì)象（工程地質(zhì)和工程結(jié)構(gòu)等）的射線(xiàn)透視，來(lái)檢測(cè)其內(nèi)部異常（物理）的地球物理反演成像技術(shù)。可分為彈性波（CT）和電磁波（CT）。近年來(lái)，最廣泛應(yīng)用的是彈性波層析成像技術(shù)，在水利水電工程中已經(jīng)解決了一些特殊的地質(zhì)問(wèn)題，效果也很顯著。

彈性波層析成像（CT）技術(shù)來(lái)衡量使用彈性波傳播或工程地質(zhì)的身體部分，然后利用各個(gè)方向投影值（彈性波走時(shí)）重建，工程地質(zhì)的身體部分內(nèi)部彈性波速度圖，以確定異常體的位置和性質(zhì)，并解決工程地質(zhì)問(wèn)題和工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問(wèn)題。

彈性波層析成像（CT）技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集方法，最理想的方法是采用全向激勵(lì)接收。但考慮到場(chǎng)地條件的限制，在兩個(gè)孔之間使用激發(fā)更普遍，即根據(jù)某一觀測(cè)系統(tǒng)，用同樣的激勵(lì)從接收器，刺激鉆孔的彈性波，并接收到另一個(gè)洞的彈性波。刺激接收器的選擇，應(yīng)保證彈性波射線(xiàn)均勻分布在整個(gè)剖面，交叉密集投影的完整性，相互克制，和旅行閱讀和可靠為原則，只有這樣，特定于應(yīng)用程序的CT與內(nèi)部計(jì)算機(jī)重建中等速度，才能真正反映了測(cè)量?jī)蓚€(gè)鉆井地質(zhì)身體彈性波速度分布形式。彈性波（CT）層析成像的結(jié)果主要以色譜圖形式表現(xiàn)出來(lái)，可用于描述質(zhì)體或工程體中速度場(chǎng)的分布。

3、聲波層析成像（CT）技術(shù)在砂卵礫石層中灌漿成墻施工質(zhì)t檢測(cè)試驗(yàn)研究

3.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

3.1.1試驗(yàn)孔位置和鉆孔要求

試驗(yàn)場(chǎng)地由施工單位確定，60m段6號(hào)、196m段21～22號(hào)交叉點(diǎn)和2號(hào)、50m段9號(hào)和36號(hào)共計(jì)5對(duì)孔。要求兩鉆孔分別位于檢測(cè)墻體的兩側(cè)，其孔間距離為lm，造孔時(shí)應(yīng)盡可能地保持鉛直，終孔時(shí)要進(jìn)行孔斜測(cè)量，并作單孔的孔斜記錄，以備資料處理時(shí)做兩檢測(cè)孔間距校正之用，一般要求孔斜率不大于1%。造孔采取泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，保證鉆孔完成后兩天內(nèi)不塌孔，終孔深度在基巖面以下2m為宜。

3.1.2數(shù)據(jù)采集方法技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備是國(guó)內(nèi)聲探測(cè)器、大功率發(fā)射機(jī)和柱式單發(fā)單管探針，現(xiàn)場(chǎng)使用筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。在正式的聲波層析CT測(cè)試之前，除了嚴(yán)格完成發(fā)射和接收探針電纜標(biāo)記，同時(shí)也要在安全的方面，要使用特殊測(cè)試井筒的每一個(gè)測(cè)試地面調(diào)查工作。此外，在測(cè)試之前和之后都應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的儀器和設(shè)備，如在深水或套管檢查探測(cè)器，一般來(lái)說(shuō)，水的縱波速度是1400～1500m/s，和套管的縱波速度5500～600m/s?？梢栽趦x器中進(jìn)行驗(yàn)證。

孔聲波（CT）之間的數(shù)據(jù)采集是使用單點(diǎn)發(fā)射和扇形多點(diǎn)接收多次連續(xù)觀察，考慮到穿透距離發(fā)射探測(cè)能力，確?，F(xiàn)場(chǎng)音響的質(zhì)量記錄，每側(cè)3m的鉆井周期，同時(shí)需求之間的測(cè)量部分測(cè)量部分和重復(fù)。發(fā)射距離為0.2m的層析成像和接收器距離，每一個(gè)測(cè)段為16個(gè)測(cè)點(diǎn)，計(jì)16xl6二256條射線(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，激勵(lì)和接收準(zhǔn)確定位至關(guān)重要，否則將直接影響反演的成像精度。

3.2數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析

數(shù)據(jù)處理是對(duì)東北測(cè)量與設(shè)計(jì)研究所地球物理勘探開(kāi)發(fā)的井間聲層析（CT）材料的特殊軟件包的處理。主要使用聲波前往重建介質(zhì)內(nèi)的速度場(chǎng)，核心是建立和求解大型稀疏線(xiàn)性方程組、遞歸迭代反演，獲得兩個(gè)洞之間的測(cè)量二維速度分布地質(zhì)領(lǐng)域的身體，速度和色譜或灰度顯示和打印，使用一種形式的平衡技術(shù)使圖像異?，F(xiàn)象更加明顯，圖像可以直觀地反映地質(zhì)的內(nèi)部速度分布兩個(gè)洞之間的身體。如圖1所示

4、結(jié)束語(yǔ)

由試驗(yàn)結(jié)果表明，用小洞間距聲波斷層掃描（CT）技術(shù)在地下水位以下的砂礫石層檢測(cè)注漿固結(jié)度的墻墻和墻大致形狀，效果是很明顯的，方法是可行的和評(píng)價(jià)結(jié)果的結(jié)果提供的基礎(chǔ)灌漿墻，也為類(lèi)似工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)工作提供了一種新的有效手段。然而，由于能源條件的限制，在砂礫層和地面水平面以上的礫石層進(jìn)行了灌溉漿液壁檢測(cè)，不良記錄波形，初次到達(dá)不明顯，分析其原因主要是由于水砂礫結(jié)構(gòu)比較松散。因此，建議下一階段工作，除了選擇一個(gè)代表區(qū)域墻墻核心，在工作現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試的核心價(jià)值外，在高灌溉紙漿成墻施工之前，兩邊的墻體安裝在墻上的一副提前檢測(cè)孔，和之前填充皺紋和孔聲學(xué)（CT）成像測(cè)試工作，一方面，有利于CT數(shù)據(jù)處理。確定背景速度參數(shù)值，另一方面可以通過(guò)聲速度增加率注漿后計(jì)算，對(duì)壁面效果評(píng)價(jià)很好。

參考文獻(xiàn)：

[1]張吉，師學(xué)明，陳曉玲，劉迎.超聲波CT技術(shù)在混凝土無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2008，（05）：596-601.[2017-08-26].