地震波層析成像檢測防滲系統缺陷研究

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，系統梳理數據采集關鍵過程和資料綜合分析方法，判斷缺陷位置的經驗；比較準確地查找防滲系統的滲漏點，實現無損傷查找基礎防滲系統的缺陷。通過水電工程上成像成果與監測成果的對比分析，驗證地震波層析成像的正確性。

關鍵詞：地震波層析成像；CT檢測；基礎防滲系統；系統缺陷；工程檢測；鉆孔布置方式 文獻標識碼：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

在覆蓋層基礎上建設大壩，大壩基礎防滲系統防滲效果關系大壩的安全。一般在大壩基礎和覆蓋層埋設滲壓計或后期鉆孔埋設測壓管，觀測大壩基礎的滲流滲壓。通過計算揚壓力分析大壩基礎滲流情況，評定防滲墻的防滲效果。但由于大壩基礎防滲墻滲流受下游水位和兩岸山體水位的影響，在出現異常滲流情況時，對防滲墻缺陷位置缺乏準確的判斷和定位，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動學（走時、射線路徑）和動力學（波形、振幅、相位、頻率）資料的分析，進而反演地下介質結構、速度分布以及彈性參數等重要信息的一種地球物理方法。彈性波穿透巖土介質時，其速度快慢與巖土介質的彈性模量、剪切模量和密度等指標相關；密度大和強度高的巖石模量大，波速高，走時短，反之亦然。完整堅硬巖體對彈性波吸收少，破碎巖體和松散土體吸收強。基于此，利用彈性波射線可對地質體進行透視；通過地震波走時和衰減的觀測，反演計算對地質體內部結構成像。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，由于其結構特征發生變化，其波場分布亦表現為不同的特征圖像；通過剖面速度場重建，可對地質構造的具體特征進行判定。

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，是巴楚河水電規劃梯級的第三級，采用引水式開發，開發任務為發電，并兼顧下游減水河段生態環境用水要求。電站由取水樞紐、引水系統和廠區樞紐三部分組成。拉拉山水電站正常蓄水位3004.00m，相應庫容106萬m3，最大壩高23.5m，電站裝機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，下游河床出現涌水現象，大壩基礎揚壓力超設計值，確定大壩防滲系統有缺陷，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。在防滲帷幕上游側沖砂閘壩段布置4#檢查孔，在防滲帷幕上游側泄洪閘壩段布置5#檢查孔。通過帷幕前后布置的鉆孔，進行孔內對穿無損檢測以查找防滲系統缺陷所在。檢查孔深度48m，每個檢查孔觀測的點距根據探測精度和方法特點確定為1m，開始檢查前在現場進行地震波速度測試。

3.3 觀測系統

數據采集是彈性波層析成像技術的關鍵過程。彈性波層析成像觀測系統是在兩鉆孔間進行數據采集，在一鉆孔內以1m間距激發彈性波，在另一鉆孔內接收彈性波。在地震波CT斷面內，采用一發多收的扇形觀測系統并應充分利用被測區域周邊的激發與接收條件，保持射線分布均勻，并在兩鉆孔間形成一個射線網絡。

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、砂質板巖、碳質頁巖等巖石，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，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，可推斷為基巖風化所致，巖性破碎、含水可能性大，該區域對應為防滲墻底部以下的帷幕灌漿段。根據波速分布特征，推測引起該壩段揚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，推測高速區域因為帷幕灌漿固結體；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，相對低速范圍位于防滲墻范圍內，往2#孔方向具有一定的延續性，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，頂部存在高速層，速度在3000m/s以上，應是壩體混凝土。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#檢查孔進行水位監測并與檢查孔附近原測壓管水位進行對比可知：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律一致，管內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后，其水位與同部位測壓管水位基本一致，反映防滲系統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回填料區，測得孔內水位高程為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水效果不明顯。同樣右岸UP5測值為2989.5m，低于其左側的3#檢查孔2993.3m，說明壩體右岸繞滲對溢流壩段壩基的補水效果不明顯。

6 結語

通過地震波層析成像CT檢測在拉拉山水電站基礎防滲系統缺陷的成功應用，地震波層析成像CT檢測成果與監測成果基本一致，查找滲漏通道基本準確，為處理水電工程防滲系統滲漏通道提供了比較準確的定位，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

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[2] 程道橫，王俤剴.四川省巴楚河拉拉山水電站監測成果及分析報告[R].

[3] 王俤剴.四川省巴楚河拉拉山水電站監測設計報告[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，中國電建集團成都勘測設計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測。

（責任編輯：秦遜玉）