地質(zhì)雷達在彌勒縣雨補水庫工程建設(shè)中的運用

易書斌

（云南省紅河州水利電力工作站 661100）

1 工程概況

彌勒縣雨補水庫工程位于南盤江水系白馬河下游的云南省彌勒縣城東北部的壩口村，距縣城12km，庫區(qū)位于彌勒、路南、瀘西三縣交界處。

彌勒縣雨補水庫是一座以灌溉為主，兼有城鎮(zhèn)供水、發(fā)電、防洪、旅游等綜合效益的中型水庫。水庫攔河壩以上徑流面積654.2km2，年平均產(chǎn)水量1.6億m3。水庫為不完全年調(diào)節(jié)中型水庫，總庫容5750萬m3，設(shè)計灌溉面積6020hm2，年調(diào)節(jié)供水量1.03億m3，年發(fā)電2050萬kW·h。

2 地質(zhì)雷達在本工程建設(shè)中的主要任務(wù)

雨補水庫輸水隧洞工程施工過程中，由于隧洞圍巖相對破碎，塌方相對較多，為此進行了回填、固結(jié)灌漿，為了準確反映灌漿質(zhì)量，采用SIR20型地質(zhì)雷達，檢測隧洞頂拱的脫空情況。本次檢測所涉及的范圍為0+000.0～0+495.0洞段。

3 工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征

雨補水庫輸水隧洞布置于攔河壩右岸山體內(nèi)，洞身圍巖為相對破碎的砂巖，屬Ⅴ類圍巖，成洞條件差，洞身地質(zhì)穩(wěn)定性差。洞身為有壓圓形隧洞，斷面直徑1.8m，由進口段、豎井閘室、壓力鋼管段、工作閘消力段、側(cè)堰泄水段組成。豎井段設(shè)置平板檢修閘，出口設(shè)置錐形工作閘，全長495.75m，設(shè)計出流15.0m3/s，最大出流26.6m3/s。

4 地質(zhì)雷達檢測方法與技術(shù)

4.1 基本原理

地質(zhì)雷達技術(shù)是研究高頻（100～10000MHz）短脈沖電磁波在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律的一門學科。在距場源r、時間t，以單一頻率ω振動的電磁波的場值P可用下列公式表示：

若將式（3）寫成 k=α+jβ，則有

式中，指數(shù)冪中αr為電磁波傳播時的相位項，α為波速的決定因素，稱為相位系數(shù)；e-βr是一個與時間無關(guān)的項，它表示電磁波在空間各點的場值隨著離場源的距離增大而減小，β稱為吸收系數(shù)。介質(zhì)電磁波速度的計算公式為

分辨率是衡量地球物理方法分辨最小異常體能力的重要指標。分辨率可分為垂直分辨率和水平分辨率?？紤]到干擾噪聲等因素，一般把b=λ/4作為垂直分辨率的下限，對于水平分辨率，有兩個重要結(jié)論：

a.單個異常體的水平分辨率尺度遠小于Fresnel帶。

b.兩個水平相鄰異常體要區(qū)分開的最小水平距離為大于第一Fresnel帶直徑，第一Fresnel帶直徑計算公式為

式中 λ——雷達子波的波長，λ=v/f；

H——異常體埋藏的深度。

地質(zhì)雷達的觀測方式主要采用剖面法，數(shù)據(jù)采集一般采用連續(xù)采集方式，本次對隧洞的檢測就是采用剖面法連續(xù)采集方式（見圖1）。

圖1 收發(fā)單置式天線GPR探測原理示意圖

4.2 隧洞檢測剖面布置

根據(jù)工程的施工情況，沿隧洞軸向在頂拱布置1條檢測剖面，在0+010～0+495.0洞段頂拱實施無間斷的連續(xù)檢測。同時橫剖面的檢測布置采取平均抽查和指定檢查相結(jié)合的方式進行。首先，按45.0m的間距在0+010～0+495.0洞段之間檢測了12個橫剖面，再對0+116.5、0+159、0+272.6、0+385.3，共 4個指定斷面進行檢測（施工時塌方較為嚴重），共完成16個橫剖面的檢測。檢測時從隧洞左邊墻（指面向下游時）底部開始，經(jīng)過頂拱，直到檢測至右邊墻底部為止，對整個橫剖面實施不間斷的連續(xù)檢測。

5 地質(zhì)雷達檢測資料解釋

5.1 解釋方法

地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)的處理與解釋內(nèi)容多、過程復雜，主要包括濾波、偏移、波速標定等，在做這些處理后，利用式（8）計算出異常體的埋藏深度。

地質(zhì)雷達檢測成果的表示方法：頂拱軸向剖面檢測成果的標示以樁號為準；橫向剖面檢測成果的標示采用“九點模式”，即面向下游將隧洞橫向斷面按順時針方向共標出9個點位，如圖2所示。

圖2 橫向斷面點位示意圖

在地質(zhì)雷達檢測成果表中，有兩種類型的異常，即強反射性異常和強吸收性異常，前者就物性而言一般是與混凝土差別較大的介質(zhì)，如金屬埋設(shè)物和空腔等，后者則一般是混凝土不密實的反映。

5.2 資料成果解釋

對所有測試數(shù)據(jù)進行分析，可把所有地質(zhì)雷達檢測波形分為三種類型，即無異常型、強反射性異常型和強吸收性異常型。結(jié)合物性參數(shù)對比結(jié)果，對檢測出的兩種類型的異?？梢宰鞒銎鋵?yīng)的解釋：

a.強反射性異常。鋼筋等金屬埋設(shè)物或空腔，經(jīng)進一步分析判斷，本次所發(fā)現(xiàn)的強反射性異?；旧隙紝儆阡摻畹冉饘俾裨O(shè)物。

b.強吸收性異常。此類異常反映對雷達波的強烈吸收或耗散，屬介質(zhì)不密實，可判定為缺陷異常。

檢測結(jié)果見下頁表。

6 結(jié)論與評價

6.1 結(jié)論

0+100、0+116.5、0+159、0+272.6、0+385.3 位置拱頂及邊墻還有塌空現(xiàn)象，說明回填灌漿未對空洞進行完全充填，存在質(zhì)量隱患，需要做補灌處理。經(jīng)現(xiàn)場定位鉆孔，確實存在空洞，說明檢測結(jié)果完全符合客觀實際。

6.2 評價

地質(zhì)雷達是近10余年來發(fā)展起來的地球物理高新技術(shù)方法，以其分辨率高、定位準確、快速經(jīng)濟、靈活方便、剖面直觀、實時圖象顯示等優(yōu)點，已成功應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無損檢測、水文地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源研究、文物及考古探測等眾多領(lǐng)域。地質(zhì)雷達技術(shù)用于隧洞回填灌漿隱患的檢測，客觀、準確地反映了工程隱患的性質(zhì)和位置，保證了工程建設(shè)質(zhì)量。

縱、橫剖面檢測成果表