水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)方法概述

黃世強(qiáng)

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州，311122）

0 引言

水庫(kù)大壩滲漏是水利水電工程較為常見(jiàn)的問(wèn)題，大壩滲漏類(lèi)型眾多，狀態(tài)多樣，成因復(fù)雜，治理難度較大。水庫(kù)大壩滲漏不僅影響壩體結(jié)構(gòu)的安全，給水庫(kù)大壩的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，還影響水庫(kù)正常蓄水和工程效益的正常發(fā)揮，大壩滲漏也是導(dǎo)致大壩潰壩的主要原因之一。近年發(fā)生的幾起潰壩事故都與大壩滲漏有關(guān)，如2012年8月10日，浙江岱山縣沈家坑水庫(kù)坍塌，造成10 人死亡、27 人受傷，雖事故原因至今仍未查明，但村民反映潰壩之前水庫(kù)已出現(xiàn)滲漏；2013年2月2日，烏魯木齊聯(lián)豐水庫(kù)因大壩管涌發(fā)生潰壩，造成1 人死亡、18 人受傷；2013 年2 月2 日，黑龍江星火水庫(kù)因大壩坡腳滲漏、左側(cè)翼墻與土壩結(jié)合處滲漏引起潰口事故，潰口段長(zhǎng)36 m；2013 年2 月15 日，臨汾曲亭水庫(kù)左岸灌溉洞出現(xiàn)大流量滲漏，2月16日大壩塌陷貫通過(guò)水，坍塌近300 m，導(dǎo)致7條客運(yùn)線停運(yùn)。

水庫(kù)大壩滲漏具有一定的隱蔽性，庫(kù)區(qū)滲漏點(diǎn)被庫(kù)水覆蓋，壩基滲漏點(diǎn)深埋壩體底部，壩肩滲漏點(diǎn)位于地下，且工程區(qū)地形地貌復(fù)雜，壩區(qū)干擾因素多，探測(cè)難度大。雖然目前探測(cè)滲漏位置及通道的方法眾多，但還沒(méi)有通用且十分有效的探測(cè)方法。每種探測(cè)方法均有其適用性和局限性，并受到場(chǎng)地條件、環(huán)境條件、地質(zhì)條件等制約，特別對(duì)復(fù)雜的水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)，效果并不理想。

1 水庫(kù)大壩滲漏形式

水庫(kù)大壩滲漏主要分為孔隙性滲漏、裂隙性滲漏、管道式滲漏等幾種形式?？紫缎詽B漏是水流透過(guò)土石料孔隙間隙產(chǎn)生的滲漏，滲流量的大小主要取決于土石料的顆粒級(jí)配及其滲透系數(shù)。裂隙性滲漏是水流通過(guò)巖體中的節(jié)理、裂隙或混凝土的裂縫產(chǎn)生的滲漏，滲漏量的大小取決于節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度或混凝土裂縫的規(guī)模及連通性。管道式滲漏是水流通過(guò)洞穴、巖溶或溶蝕構(gòu)造產(chǎn)生的滲漏，滲漏量的大小取決于洞穴、溶洞或溶蝕構(gòu)造的規(guī)模及連通性。

大壩的壩型、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)型式不同，其滲漏病害的形態(tài)往往也不同。按大壩滲漏發(fā)生的部位，大壩滲漏分為壩體滲漏、壩基滲漏和繞壩滲漏。對(duì)于土石壩，壩體的填筑土料和壩基覆蓋層都具有一定的透水性，如果壩體心墻破損、壩面開(kāi)裂，壩基或壩肩防滲帷幕失效、防滲墻破損等，在壩體、壩基和大壩兩端地基中均可能產(chǎn)生滲漏；若土壩出現(xiàn)蟻穴、土洞，也會(huì)導(dǎo)致大壩滲漏。對(duì)于混凝土壩，如果壩體混凝土開(kāi)裂、止水失效，壩基或壩肩的防滲帷幕破損、存在地質(zhì)缺陷等，也會(huì)形成壩體、壩基或繞壩滲漏。另外，如果水庫(kù)與庫(kù)外存在巖溶、裂隙等滲水通道，水庫(kù)也會(huì)出現(xiàn)滲漏。

2 滲漏探測(cè)方法及特點(diǎn)

水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)一般包括查明滲漏入口和滲漏通道。查明滲漏入口的方法主要有直接觀察法、示蹤法、壓水法和偽隨機(jī)流場(chǎng)法；探測(cè)滲漏通道一般采用物探方法，主要有自然電場(chǎng)法、充電法、高密度電法、示蹤法、探地雷達(dá)法、瞬變電磁法、激發(fā)極化法、大地電磁法、彈性波CT 法等，部分方法還需要鉆孔配合。

2.1 直接觀察法

滲漏直接觀察主要依靠目視、耳聽(tīng)、手摸等直觀方法，輔以照相機(jī)、攝像機(jī)、量筒、卷尺、塞規(guī)、裂縫測(cè)寬儀等簡(jiǎn)單工器具。水下檢查還應(yīng)借助水下潛航器或潛水員進(jìn)行水下觀察、攝像檢查或探摸。

2.2 鉆孔法

在物探異常部位或疑似滲漏部位進(jìn)行鉆孔，通過(guò)觀察鉆取的芯樣分析判斷是否存在滲漏病害，必要時(shí)還應(yīng)借助鉆孔電視攝像。利用鉆孔可進(jìn)行壓水法、示蹤法、充電法、滲流場(chǎng)法、CT 法等探測(cè)，進(jìn)一步查明滲漏情況。

2.3 壓（注）水法

壓水法是利用滲漏水通道的逆向性，在滲漏出口安裝引水管，通過(guò)引水管壓入染料水（如紅色的高錳酸鉀溶液），在壓力作用下逆向注入滲漏通道，維持一定壓力持續(xù)壓水直至上游有染料水滲出，滲出部位即為滲漏入口。注水法是指往鉆孔中連續(xù)注水，使孔內(nèi)保持一定水位，通過(guò)分析注水量的變化，測(cè)定不同深度孔段的滲透系數(shù)，查明滲漏部位。

2.4 滲流場(chǎng)法

滲流場(chǎng)法是通過(guò)測(cè)量工程區(qū)不同部位鉆孔中地下水的流速和流向，進(jìn)行反演擬合分析建立場(chǎng)區(qū)滲流場(chǎng)，根據(jù)滲流場(chǎng)的分布特征確定滲漏位置及滲漏通道。

2.5 偽隨機(jī)流場(chǎng)法

偽隨機(jī)流場(chǎng)法是通過(guò)對(duì)滲漏出口供電，在大壩上下游水體中形成人工電場(chǎng)，測(cè)定大壩上游庫(kù)水的電流場(chǎng)分布，分析電流場(chǎng)的異常位置，根據(jù)“偽隨機(jī)”電流場(chǎng)與水流場(chǎng)之間的相關(guān)性，確定滲漏入口的位置。

2.6 自然電場(chǎng)法

當(dāng)?shù)叵滤ㄟ^(guò)巖土孔隙時(shí)，由于巖土介質(zhì)的過(guò)濾活動(dòng)性，將沿水流方向形成過(guò)濾電場(chǎng)并產(chǎn)生電位差。自然電場(chǎng)法就是通過(guò)測(cè)量過(guò)濾電場(chǎng)的電位差或電位梯度，確定滲漏通道的位置及地下水流向。

2.7 充電法

充電法是通過(guò)對(duì)滲漏水施加直流電壓，使?jié)B水通道形成充電效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量充電后的場(chǎng)區(qū)電位差或電位梯度，分析推斷滲漏通道的位置。若在鉆孔中投放食鹽，充電法還可以測(cè)定地下水的流向和流速。

2.8 示蹤法

根據(jù)示蹤劑的來(lái)源不同，示蹤法分為天然示蹤法和人工示蹤法。天然示蹤法主要有溫度示蹤法、電導(dǎo)率示蹤法和溶氧值示蹤法，人工示蹤法分為染色示蹤法、鹽類(lèi)示蹤法和同位素示蹤法等。天然示蹤法是根據(jù)大壩下游滲漏水的水溫、電導(dǎo)率或溶解氧濃度與大壩上游庫(kù)水的相似性原則，分析滲漏水的來(lái)源，確定滲漏入口位置。人工示蹤法是在水庫(kù)特定位置或鉆孔中投放染料、食鹽或同位素示蹤劑，在大壩下游各滲漏水點(diǎn)或其他部位檢測(cè)示蹤劑及濃度，分析上游水庫(kù)與滲漏水的來(lái)源關(guān)系，確定滲漏入口位置，計(jì)算滲流速度。借助鉆孔，示蹤法可查明滲漏通道的位置。

2.9 高密度電阻率法

高密度電阻率法是一種陣列式的直流電法勘探方法，它以地下介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)不同組合電極的供電電流和電位差，反演計(jì)算地下介質(zhì)的地層結(jié)構(gòu)和電阻率分布，根據(jù)含水地層的低電阻率特性，分析判斷滲漏通道的位置。

2.10 探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是通過(guò)分析地質(zhì)界面或地質(zhì)體的反射電磁波的強(qiáng)度、相位、頻率、旅行時(shí)間及同相軸形態(tài)，探測(cè)地下地層的結(jié)構(gòu)、隱伏地質(zhì)體和地質(zhì)構(gòu)造，如巖溶、斷層、富水帶等，分析地下水的滲漏通道。由于電磁波在土層中衰減較快，故探地雷達(dá)在土層中的探測(cè)深度相對(duì)較小。

2.11 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是根據(jù)地下水的激電效應(yīng)特性探測(cè)地下含水地層，輔助探測(cè)地下滲漏通道。

2.12 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用不接地回線向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，通過(guò)觀測(cè)與分析脈沖電流斷電后感應(yīng)渦流產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)及變化，分析地下地層結(jié)構(gòu)及電阻率，適用于探測(cè)埋深不大、規(guī)模相對(duì)較大的地下含水地層或滲漏通道。

2.13 頻率電磁測(cè)深法

頻率電磁測(cè)深法是通過(guò)觀測(cè)分析不同頻率的脈沖交變電源激勵(lì)地下介質(zhì)產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)分布規(guī)律和衰減特性，探測(cè)地下地層結(jié)構(gòu)及巖土電阻率。利用頻率電磁測(cè)深法可探測(cè)埋深較大且規(guī)模較大的地下滲漏通道。

2.14 層析成像（CT）法

層析成像法一般包括聲波CT法、地震波CT法和電磁波CT法，是通過(guò)觀測(cè)聲波、地震波或電磁波穿透地層的走時(shí)或振幅，反演重構(gòu)地層或混凝土介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、波速或衰減系數(shù)，探測(cè)地下巖溶、裂隙構(gòu)造或混凝土缺陷，進(jìn)而分析滲漏通道。CT 法通常需要借助鉆孔。

水庫(kù)大壩滲漏常用探測(cè)方法特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 常用水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)方法及特點(diǎn)Table 1 Leakage detection methods commonly used for reservoir dams and their characteristics

3 滲漏探測(cè)方法適用性分析

根據(jù)常用滲漏探測(cè)方法原理，結(jié)合土石壩、混凝土壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其適用性分析見(jiàn)表2。

表2 常用滲漏探測(cè)方法適用性分析表Table 2 Analysis of applicability of common leakage detection methods

當(dāng)前水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)中，探測(cè)滲漏入口常用的方法主要有偽隨機(jī)流場(chǎng)法、示蹤法、（逆向）注水法，探測(cè)滲漏通道的常用方法主要有高密度電法、自然電場(chǎng)法、探地雷達(dá)法等。其中：

（1）偽隨機(jī)流場(chǎng)法，適用于集中滲漏的、下游出水集中的情形，如壩面破損較大滲漏、土石壩管涌、庫(kù)區(qū)溶蝕通道滲漏等；不適用于探測(cè)土石體中的面滲、微小裂縫的滲漏以及下游未見(jiàn)出水點(diǎn)的滲漏。

（2）示蹤法，主要采用墨跡示蹤、化學(xué)示蹤、放射性示蹤。墨跡示蹤使用最多，通過(guò)觀察滲漏入口、滲漏出口的墨跡確定滲漏入口；化學(xué)示蹤和放射性示蹤因測(cè)試手段以及環(huán)保等原因很少使用。

（3）（逆向）注水法，適用于檢測(cè)在混凝土或基巖內(nèi)的、通道單一的滲漏入口；對(duì)于松散的土石體、通道復(fù)雜的滲漏不適用。

（4）高密度電法，適用于探測(cè)地表相對(duì)平整、場(chǎng)地開(kāi)闊的松散土石體或覆蓋層中的滲漏通道；不適用于探測(cè)混凝土和基巖中的滲漏，以及場(chǎng)地狹小、地表復(fù)雜部位的滲漏通道。

（5）自然電場(chǎng)法，適用于探測(cè)地表相對(duì)平整、滲漏通道埋深不大、場(chǎng)地游散電流較小的松散土石體中的滲漏通道；不適用于探測(cè)混凝土和基巖中的滲漏，以及埋深較大的滲漏。

（6）探地雷達(dá)法，適用于探測(cè)混凝土或基巖中埋深不大、構(gòu)造（裂縫）規(guī)模較大的滲漏；不適用于探測(cè)松散土石體中滲漏通道，以及埋深較大的滲漏通道。

4 工程實(shí)例分析

4.1 水工隧洞水下檢查

某水工隧洞直徑9 m，軸線長(zhǎng)度322 m，最大水深200 m。某單位采用水下潛航器檢查管道破損及滲漏情況。該水下潛航器在前、后、左、右各搭載一臺(tái)低照度環(huán)境的高清攝像機(jī)，并搭載BlueView 900圖像聲吶。水下潛航器環(huán)隧洞內(nèi)壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)襯砌接縫不平整、細(xì)微裂縫、混凝土局部脫落、鈣質(zhì)析出等缺陷50 余處，缺陷大多集中在上彎段與豎井段。隧洞襯砌開(kāi)裂、剝落缺陷見(jiàn)圖1。

圖1 某水工隧洞水下潛航器檢查圖片F(xiàn)ig.1 Image from AUV inspection of a tunnel

4.2 水庫(kù)滲漏探測(cè)

某水電站大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩高77.00 m，正常蓄水位460.0 m。自水庫(kù)蓄水后，在大壩下游出現(xiàn)多個(gè)出水點(diǎn)，最大出水量超過(guò)2 m3/s，分析為庫(kù)水通過(guò)巖溶滲漏。某單位采用偽隨機(jī)流場(chǎng)法進(jìn)行探測(cè)，在大壩上游約3 km 范圍內(nèi)查明30 個(gè)滲漏異常點(diǎn)，30 個(gè)異常點(diǎn)電流密度范圍為20～80，平均值為50，遠(yuǎn)高于庫(kù)區(qū)背景值。水庫(kù)降低水位后，經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)大多為巖溶或溶蝕構(gòu)造，見(jiàn)圖2。

圖2 某水庫(kù)滲漏異常點(diǎn)實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果Fig.2 Field verification of the leakage point of a reservoir

4.3 壩基防滲墻滲漏探測(cè)

某水電工程壩基混凝土防滲墻出現(xiàn)滲漏，為查明滲漏部位，在防滲墻布置5只鉆孔，孔間距為13 m。在鉆孔內(nèi)進(jìn)行電視攝像，在鉆孔間進(jìn)行聲波CT探測(cè)。鉆孔電視攝像發(fā)現(xiàn)在5 號(hào)孔的1.8～1.9 m、3.4～3.6 m 段混凝土開(kāi)裂，且有滲漏現(xiàn)象，見(jiàn)表3。由于鉆孔僅“一孔之見(jiàn)”，無(wú)法確定滲漏的范圍，結(jié)合孔間聲波CT探測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在1號(hào)與2號(hào)孔之間、4號(hào)與5 號(hào)孔之間有低聲速異常區(qū)（紅色區(qū)），尤其是4號(hào)與5 號(hào)孔之間的低聲速異常尤為明顯，且與5 號(hào)孔鉆孔取芯和電視攝像成果吻合，分析為滲漏區(qū)，見(jiàn)圖3。

表3 某水電工程壩基防滲墻鉆孔電視攝像成果表Table 3 Results from borehole TV for the cut-off wall in dam foundation of a hydropower project

圖3 某水電工程壩基混凝土防滲墻聲波CT探測(cè)成果圖Fig.3 Inspection of the cut-off wall in dam foundation of a hy?dropower project by sonic CT

4.4 船閘輸水廊道滲漏探測(cè)

某船閘在放空檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)輸水廊道側(cè)壁出現(xiàn)滲漏，為查明該滲漏水的滲漏入口，在滲出水點(diǎn)接上水管，用高壓水泵把高錳酸鉀溶液逆向壓入滲漏出口，并保持一定壓力持續(xù)注入，直至其上部閘室中出現(xiàn)紅色液體。最早滲出紅色高錳酸鉀溶液的部位即為滲漏入口。

圖4 某船閘壓水法檢查滲漏入口Fig.4 Locating the leakage entrance of a ship lock by pressur?ized water method

4.5 土壩滲漏探測(cè)

某大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長(zhǎng)310.0 m，最大壩高9.50 m。由于存在滲漏、洞穴等病害，進(jìn)行了除險(xiǎn)加固處理，但處理后水庫(kù)仍然滲漏，而且漏水量無(wú)明顯變化。為查明水庫(kù)滲漏的位置及通道，某單位采用高密度電法和自然電場(chǎng)法進(jìn)行探測(cè)。

在壩頂上、下游沿壩軸線方向各布置一條高密度電法測(cè)線，編號(hào)分別為GMD1 和GMD2 線，長(zhǎng)度均為297 m；在壩體迎水面和背水面各布置一條自然電場(chǎng)測(cè)線，編號(hào)分別為ZD1 和ZD2 線，長(zhǎng)度分別為238 m和158 m。

GMD1測(cè)線的電阻率呈層狀分布，上部電阻率較高，下部電阻率普遍較低。在樁號(hào)137～189 m段上部電阻率較兩側(cè)明顯偏低，推測(cè)為滲漏及影響帶，深度范圍為3.9～12.5 m，見(jiàn)圖5。GMD2測(cè)線電阻率分布與GMD1測(cè)線類(lèi)似，在樁號(hào)153～189 m段上部電阻率較兩側(cè)明顯偏低，推測(cè)為滲漏及影響帶，深度范圍為3.8～11.8 m，見(jiàn)圖6。

圖5 GMD1測(cè)線高密度法成果圖Fig.5 Results from resistivity imaging method for line GMD 1

圖6 GMD2測(cè)線高密度法成果圖Fig.6 Results from resistivity imaging method for line GMD 2

ZD1測(cè)線的自然電位整體為負(fù)值，在樁號(hào)97～165 m 之間出現(xiàn)明顯的電位低值異常，推測(cè)為滲漏帶，且靠近滲漏入口一側(cè)；樁號(hào)187 m 附近有一個(gè)狹窄的低值異常，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，確定為鋼管影響，見(jiàn)圖7。ZD2 測(cè)線的自然電位值整體為正值，在樁號(hào)109～177 m之間出現(xiàn)了明顯的電位高值異常，推測(cè)為滲漏帶，且靠近滲漏出口一側(cè)，見(jiàn)圖8。

圖7 ZD1測(cè)線自然電場(chǎng)法探測(cè)成果圖Fig.7 Results from self-potential method for line ZD1

圖8 ZD2測(cè)線自然電場(chǎng)法探測(cè)成果圖Fig.8 Results from self-potential method for line ZD2

綜合高密度電法和自然電場(chǎng)探測(cè)成果，分析滲漏帶位于壩體中部樁號(hào)120～170 m 之間，距壩頂3.8～12.5 m，對(duì)應(yīng)高程為58.2～49.5 m。

4.6 混凝土面板滲漏探測(cè)

某大壩為混凝土面板砂礫堆石壩，壩高110 m，壩頂長(zhǎng)337.6 m。河床覆蓋層厚度46 m，采用混凝土防滲墻處理，防滲墻底進(jìn)行帷幕灌漿。大壩建成蓄水后，發(fā)現(xiàn)壩后有滲漏水，最大滲漏量值達(dá)到357 L/s，超過(guò)水庫(kù)大壩安全滲漏量。某單位采用聲吶法觀測(cè)面板附近和大壩、壩肩觀測(cè)孔中的滲流矢量，并進(jìn)行反演擬合分析，得到三維滲流速度分布圖，見(jiàn)圖9。由圖9可以看出，混凝土面板存在兩處較大滲漏異常，均位于無(wú)黏土覆蓋的面板部位。

圖9 混凝土面板滲流速度分布圖Fig.9 Distribution of seepage velocity on a concrete slab

4.7 水庫(kù)繞壩滲漏通道探測(cè)

某水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程為36.7 m。壩基為沖洪積層和殘坡積層，下伏基巖為花崗巖。在排水棱體底部出現(xiàn)多個(gè)泉眼滲漏。為查明滲漏通道，某單位采用高密度電法和充電法探測(cè)，測(cè)線布置如下：①平行壩軸線布置4 條高密度測(cè)線，其中背水坡布置3 條高密度測(cè)線、迎水坡布置1 條高密度測(cè)線；②平行壩軸線布置5 條充電法測(cè)線，其中背水坡4條測(cè)線、迎水坡1條測(cè)線。

4.7.1 高密度法探測(cè)成果分析

GM02 測(cè)線位于背水坡靠近壩頂，測(cè)線長(zhǎng)度144 m，在樁號(hào)42～48 m存在明顯電性界面，分析為壩體與壩肩分界面。在樁號(hào)58.5～64.5 m、高程10～15 m 范圍，電阻率等值線呈低阻形態(tài)，分析為壩體滲漏區(qū)，見(jiàn)圖10。

圖10 GM02測(cè)線電阻率斷面圖Fig.10 Resistivity profile for line GM02

GM03 測(cè)線位于背水坡第二馬道，測(cè)線長(zhǎng)度82 m，在樁號(hào)65～75 m、高程12～14 m 范圍，電阻率等值線呈低阻形態(tài)，分析為含水量相對(duì)較高區(qū)域，見(jiàn)圖11。

圖11 GM03測(cè)線電阻率斷面圖Fig.11 Resistivity profile for line GM03

GM04 測(cè)線位于背水坡第一馬道，測(cè)線長(zhǎng)度79 m，在樁號(hào)31～46 m、高程10～16 m 范圍，電阻率等值線呈低阻形態(tài)，分析為壩體滲漏區(qū)，見(jiàn)圖12。

圖12 GM04測(cè)線電阻率斷面圖Fig.12 Resistivity profile for line GM04

4.7.2 充電法探測(cè)成果及分析

L1 測(cè)線樁號(hào)23～25 m、L2 測(cè)線樁號(hào)12～13 m、L3樁號(hào)12～13 m、L4測(cè)線樁號(hào)14～15 m 段電位梯度存在零值異常，分析其下部為滲漏區(qū)，位置與高密度電法探測(cè)成果基本吻合，見(jiàn)圖13。

圖13 充電法電位梯度曲線平剖圖Fig.13 Profile in plan of potential gradient by the mise-a-lamasse method

綜合高密度電法和充電法探測(cè)成果，分析棱體滲漏通道位于壩體與壩基接觸帶，為壩體與壩基接觸帶滲水和壩基礫砂層滲水，靠近壩頂方向的滲漏帶寬度約8 m，滲漏帶高程為10～16 m，詳見(jiàn)圖14。

圖14 壩體滲漏區(qū)平面位置圖Fig.14 Leakage area of the dam

4.8 隧洞周邊巖溶及溶蝕構(gòu)造探測(cè)

某水工隧洞位于大理巖地層，在近邊坡位置巖溶及溶蝕構(gòu)造較為發(fā)育，為查明隧洞周邊是否存在潛在的滲漏通道，某單位采用探地雷達(dá)法進(jìn)行探測(cè)。

在靠近廠房一側(cè)的隧洞側(cè)壁布置一條長(zhǎng)度75 m的測(cè)線，采用75 MHz非屏蔽天線進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，成果見(jiàn)圖15。由圖15 可看出，有一條明顯的反射電磁波同相軸以小角度與測(cè)線相交，分析為溶蝕通道，經(jīng)鉆孔驗(yàn)證溶蝕裂隙，打穿后地下水從鉆孔中涌出。

圖15 某水工隧洞側(cè)壁探地雷達(dá)法探測(cè)成果及鉆孔驗(yàn)證圖Fig.15 Result from GPR method and borehole verification for the sidewall of a tunnel

在該水工隧洞靠近高壓管道位置的底板布置一條長(zhǎng)140 m的測(cè)線，采用75 MHz非屏蔽天線進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，成果見(jiàn)圖16。由圖16 可看出，在樁號(hào)40 m、深度42 m 以下有一組雙曲線形態(tài)的反射電磁波同相軸，分析為巖溶。后經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，為半充填溶洞。

圖16 某水工隧洞底板探地雷達(dá)法探測(cè)成果圖Fig.16 Result from GPR method for the bottom plate of a tunnel

4.9 水庫(kù)巖溶及溶蝕通道探測(cè)

某水庫(kù)庫(kù)區(qū)多為碳酸鹽巖地層，可溶性極強(qiáng)，巖溶中等或極其發(fā)育。某單位采用音頻大地電磁法進(jìn)行探測(cè)巖溶，并輔以激發(fā)極化法探測(cè)溶蝕管道。音頻大地電磁法使用EH-4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)。

在庫(kù)區(qū)4個(gè)可疑滲漏區(qū)布置了30條共計(jì)34.6 km的EH-4測(cè)線，其中左岸13條，右岸17條，測(cè)線方向與地下水流方向垂直。通過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)30條測(cè)線的探測(cè)成果進(jìn)行分析，共發(fā)現(xiàn)大小異常39 處。結(jié)合39 處異常的激發(fā)極化法探測(cè)成果，綜合結(jié)果如下：

（1）非充填型高阻異常：此類(lèi)異常有6處，均發(fā)育于右岸，規(guī)模大小不一，處于地下水位以上，其電阻率大于2 000 Ω·m，如圖17所示。結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測(cè)該類(lèi)異常為非充填型溶洞。

圖17 EH4探測(cè)成果圖（高阻異常）Fig.17 Results from EH4 detection method(anomalous high re?sistance)

（2）管道型低阻異常：此類(lèi)異常有16 處，其中左岸10 處，右岸6 處，其電阻率小于50 Ω·m，如圖18 所示。激發(fā)極化探測(cè)的視電阻率曲線基本呈明顯的K 形，綜合半衰時(shí)、衰減度和極化率等曲線在異常深度附近均有極大值，且高于背景值，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推測(cè)該類(lèi)異常為充填型溶蝕通道。

圖18 EH4探測(cè)成果圖（低阻異常）Fig.18 Results from EH4 detection method (anomalous low re?sistance)

（3）非管道型低阻異常：此類(lèi)異常有17 處，其中左岸9 處，右岸8 處，異常形狀各異，高程位于950～1 100 m，電阻率小于100 Ω·m。根據(jù)其形態(tài)可分為兩類(lèi)：第一類(lèi)呈封閉狀，激發(fā)極化探測(cè)的視電阻率曲線基本呈明顯的K 形，綜合半衰時(shí)、衰減度和極化率等曲線在異常深度附近均有極大值，但極值小于背景值，分析為溶蝕發(fā)育區(qū)，有黏土充填。第二類(lèi)呈層狀的低阻形態(tài)，分析為三疊系下統(tǒng)夜郎組沙堡灣段碳質(zhì)頁(yè)巖。

4.10 防滲帷幕滲漏構(gòu)造

某水電站下游圍堰防滲帷幕線位于中厚層灰?guī)r中，在右岸發(fā)育有3條斷層（F6、F8和F13），其中F8斷層破碎帶范圍較寬，沿?cái)鄬訋Оl(fā)育溶蝕構(gòu)造，并形成滲漏通道。某單位利用電磁波CT法探測(cè)滲漏通道位置。

電磁波CT 探測(cè)發(fā)現(xiàn)兩處高吸收系數(shù)異常區(qū)，其中樁號(hào)450～467 m 下部區(qū)域存在吸收系數(shù)為0.26～0.42 dB/m 的高吸收區(qū)，結(jié)合地質(zhì)資料分析為K40 巖溶管道；樁號(hào)364～467 m 上部區(qū)域存在吸收系數(shù)為0.16～0.34 dB/m 的較高吸收區(qū)，分析為覆蓋層堆積體和F6斷層影響區(qū)，見(jiàn)圖19。

圖19 某水電站下游圍堰防滲帷幕電磁波CT探測(cè)成果圖Fig.19 Results from electromagnetic CT detection for the antiseepage curtain of the downstream cofferdam of a hydropow?er station

5 當(dāng)前滲漏探測(cè)技術(shù)的不足

通常庫(kù)區(qū)和壩址區(qū)地形不平坦，庫(kù)區(qū)被庫(kù)水覆蓋，大壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壩基深埋大壩底部，可供探測(cè)作業(yè)范圍有限，而且水輪機(jī)持續(xù)振動(dòng)、高壓強(qiáng)電磁干擾和游散電流干擾等，均對(duì)探測(cè)滲漏的物探方法應(yīng)用造成較大的制約，或嚴(yán)重影響探測(cè)效果。某些物探方法從原理上適用于探測(cè)滲漏通道，但受現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，探測(cè)效果并不理想，或無(wú)法取得準(zhǔn)確的、可量化的探測(cè)結(jié)果，或同一種探測(cè)方法在不同工程、不同部位、不同地質(zhì)與環(huán)境條件下，探測(cè)效果差異很大。現(xiàn)有的探測(cè)方法，大多以定性分析為主，“異?！陛^多，定量、半定量的結(jié)果較少，不能滿足水庫(kù)大壩滲漏病害治理需要。

目前，對(duì)水庫(kù)集中滲漏入口的探測(cè)相對(duì)容易，如巖溶、孔洞、混凝土破損等引起的裂隙性、管道式滲漏；但對(duì)散布狀滲漏入口探測(cè)相對(duì)較難，如土石壩孔隙性滲漏。對(duì)于滲漏途徑復(fù)雜的壩體、壩基或繞壩滲漏通道，探測(cè)更為困難，如土石壩心墻滲漏、壩基防滲帷幕滲漏等，還缺乏十分有效的探測(cè)方法，或需要借助大量鉆孔進(jìn)行，物探方法的無(wú)損優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮，甚至因鉆孔的制約而無(wú)法實(shí)施，因此當(dāng)前水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)技術(shù)總體上仍存在較大的不足。

6 水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)新技術(shù)展望

近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，物探方法得到快速發(fā)展，也有大量科研人員潛心研究水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)技術(shù)，并取得了一些進(jìn)展，如何繼善院士提出的偽隨機(jī)流場(chǎng)法，在水庫(kù)集中滲漏、堤壩管涌探測(cè)方面取得了較好的效果。但是，鑒于水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)的復(fù)雜性和困難性，水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)技術(shù)仍不能滿足當(dāng)前工程需要。展望未來(lái)，水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)應(yīng)在以下幾方面取得進(jìn)展：

（1）庫(kù)區(qū)范圍廣、水域面積大、壩體規(guī)模宏大、壩基深埋數(shù)十米、數(shù)百米高的大壩底部，滲漏通道往往只是一道裂縫、一條裂隙或一個(gè)孔洞，探測(cè)發(fā)現(xiàn)滲漏通道猶如大海撈針，因此需要發(fā)展簡(jiǎn)便、高效、靈敏、精確的滲漏探測(cè)方法技術(shù)。

（2）水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)結(jié)果應(yīng)在“異?！钡幕A(chǔ)上提出定量、半定量的指標(biāo)，以便更加準(zhǔn)確、有效地指導(dǎo)水庫(kù)大壩病害評(píng)價(jià)和治理。