地質(zhì)雷達(dá)在優(yōu)化水工隧洞灌漿方案設(shè)計過程中的應(yīng)用

熊　勇

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院,貴州 貴陽　550002)

0　引言

水工隧洞作為水利水電工程的重要組成部分,對工程的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。水工隧洞深埋地下,除承受較大的圍巖壓力外,還要承受較高的外水壓力和內(nèi)水壓力,這就對水工隧洞的質(zhì)量提出了較高的要求。隧洞襯砌完成后需要按設(shè)計壓力進(jìn)行回填、固結(jié)灌漿。由于隧洞地質(zhì)條件的復(fù)雜多變,完全遵照預(yù)先設(shè)計的灌漿壓力進(jìn)行灌漿也不一定完全合理,有時由于耗漿量較大,造成隧洞施工成本較高,因此業(yè)主方會提出優(yōu)化灌漿方案的要求。如何保證水工隧洞施工質(zhì)量,同時又要節(jié)約施工成本成為隧洞施工中必須調(diào)和的一對矛盾。為此,在水工隧洞襯砌后的回填、固結(jié)灌漿過程中,本院采用探地雷達(dá)檢測技術(shù)對隧洞采用不同灌漿量前后的狀況進(jìn)行檢測的方法對灌漿方案進(jìn)行優(yōu)化,取得了一定的效果,為業(yè)主節(jié)約了數(shù)千萬元的灌漿費用。

1　地質(zhì)雷達(dá)檢測原理

圖1　雷達(dá)檢測原理示意圖

2　工程實例

2.1　工程概況

貴州某水電站工程,引水隧洞長約2 600 m,隧洞為圓形,直徑6.2 m。隧洞為鋼筋混凝土襯砌,設(shè)計襯砌厚度0.5 m,回填、固結(jié)灌漿為素混凝土。引水隧洞施工過程中,根據(jù)設(shè)計提供的灌漿壓力要求,灌漿量過大,造成工程費用較高,為此業(yè)主方提出優(yōu)化灌漿方案的需求。

2.2　儀器參數(shù)選擇及工作方法技術(shù)

針對隧洞混凝土襯砌厚度、隧洞內(nèi)部檢測的特點和檢測精度要求 ,探測儀器采用美國勞雷公司生產(chǎn)的SIR20型地質(zhì)雷達(dá),天線選用400 MHz屏蔽天線,儀器現(xiàn)場采集參數(shù)設(shè)置:記錄長度為50 ns,采樣點數(shù)為1 024,掃描速率為100掃描/s?，F(xiàn)場檢測工作采用自制鋼架車與人工支撐雷達(dá)天線配合,數(shù)據(jù)采集過程盡量保證雷達(dá)天線與襯砌層緊密結(jié)合,并勻速向前移動天線,每5 m打一單標(biāo)記,每倉混凝土連接處打一雙標(biāo)記。測線主要布置在隧洞的拱頂、拱腰及邊墻三個部位[1],拱頂為隧洞頂部附近，拱腰為由拱頂至兩邊45°～50°角附近，邊墻為與圓心水平的兩邊墻附近(圖2)。參照《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程 》的要求,以縱向測線為主，雷達(dá)檢測發(fā)現(xiàn)異常規(guī)模較大部位輔以橫測線[2]。檢查孔主要根據(jù)每倉混凝土澆筑的時間來布置,對于檢測中發(fā)現(xiàn)的異常部位也要增加檢查孔,并通過這些檢查孔所取得的混凝土厚度,反算出該段混凝土的電磁波波速。

圖2　雷達(dá)測線布置示意圖

2.3　技術(shù)措施

為達(dá)到優(yōu)化灌漿量的目的，本院采取了如下檢測措施:①對已完成灌漿的隧洞段進(jìn)行雷達(dá)檢測,確定是否存在脫空及不密實現(xiàn)象,結(jié)合壓水試驗評價灌漿質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求,只有在該項評價滿足要求的前提下才存在優(yōu)化灌漿量的可能;②在第一項檢測滿足要求的前提下,對未灌漿洞段進(jìn)行檢測,了解襯砌層后脫空空間的規(guī)模、分布情況及襯砌厚度變化情況,為后續(xù)灌漿工作提供指導(dǎo);③邀請設(shè)計、施工、監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)單位共同分析,對灌漿方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,然后按新方案進(jìn)行灌漿施工;④對按優(yōu)化方案施工的洞段進(jìn)行雷達(dá)檢測,對檢測發(fā)現(xiàn)問題部位進(jìn)行鉆孔驗證并補(bǔ)充灌漿;⑤按水工隧洞驗收方案對整個襯砌質(zhì)量進(jìn)行驗收。

2.4　雷達(dá)圖像的判別

雷達(dá)剖面的地質(zhì)解釋首先是數(shù)據(jù)處理,然后是圖像判釋。襯砌背后密實度的主要判定特征應(yīng)符合下列要求:

密實信號幅度較弱,甚至沒有界面反射信號;

不密實襯砌界面的強(qiáng)反射信號同相軸呈繞射弧形,且不連續(xù),較分散;

空洞襯砌界面反射信號強(qiáng),三振相明顯,在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號,兩組信號時程差較大。

2.5　實際檢測結(jié)果

(1)優(yōu)化灌漿方案前已完成灌漿施工洞段的檢測結(jié)果顯示,灌漿后未見不密實及脫空異常情況,存在優(yōu)化灌漿方案前提,典型雷達(dá)圖像如圖3。

(2)未灌漿洞段檢測結(jié)果顯示,襯砌厚度多數(shù)達(dá)到設(shè)計厚度50 cm以上,襯砌厚度不足及脫空較大的部位在兩倉連接處較常見,這種情況在樁號K1+011～K1+214段比較普遍,為灌漿施工需要特別注意的地方。典型地質(zhì)雷達(dá)圖像如圖4。

圖3　優(yōu)化灌漿方案前完成施工洞段雷達(dá)檢測典型圖像

圖4　未灌漿前兩倉連接處襯砌厚度不足及脫空典型雷達(dá)圖像

(3)按優(yōu)化方案灌漿施工后的洞段雷達(dá)檢測結(jié)果顯示,隧洞個別部位發(fā)現(xiàn)脫空及不密實異常存在,異常部位通過鉆孔驗證并補(bǔ)灌處理。

3　結(jié)論

通過優(yōu)化灌漿方案,為該項目節(jié)約灌漿資金約2 000萬元,項目已通過專家組驗收,引水隧洞運(yùn)行正常。實踐證明地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)化水工隧洞灌漿方案設(shè)計及隧洞的灌漿質(zhì)量監(jiān)測方面能起到一定效果,但方案的具體參數(shù)設(shè)計需要地質(zhì)、設(shè)計、施工等專業(yè)的密切配合。本文的目的在于探索拓展地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)在水工隧洞灌漿方案設(shè)計方面的應(yīng)用,技術(shù)措施有待進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn):

[1]曾昭發(fā),劉四新,王者江,薛建,探地雷達(dá)方法原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2006:211.

[2]中國鐵路工程總公司.鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社,2004:1841,1844.