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摘要：文章介绍地震波层析成像原理，在工程检测中使用钻孔布置方式，系统梳理数据采集关键过程和资料综合分析方法，判断缺陷位置的经验；比较准确地查找防渗系统的渗漏点，实现无损伤查找基础防渗系统的缺陷。通过水电工程上成像成果与监测成果的对比分析，验证地震波层析成像的正确性。
关键词：地震波层析成像；CT检测；基础防渗系统；系统缺陷；工程检测；钻孔布置方式 文献标识码：A
中图分类号：P631 文章编号：1009-2374（2016）10-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.008
1 概述
在覆盖层基础上建设大坝，大坝基础防渗系统防渗效果关系大坝的安全。一般在大坝基础和覆盖层埋设渗压计或后期钻孔埋设测压管，观测大坝基础的渗流渗压。通过计算扬压力分析大坝基础渗流情况，评定防渗墙的防渗效果。但由于大坝基础防渗墙渗流受下游水位和两岸山体水位的影响，在出现异常渗流情况时，对防渗墙缺陷位置缺乏准确的判断和定位，使工程处理措施不明确，处理工程量增加。因此需要采用无损伤的检测手段对防渗墙的缺陷位置做出准确的判断和定位。
2 工作原理
地震波层析成像（CT）是通过对观测弹性波各种震相的运动学（走时、射线路径）和动力学（波形、振幅、相位、频率）资料的分析，进而反演地下介质结构、速度分布以及弹性参数等重要信息的一种地球物理方法。弹性波穿透岩土介质时，其速度快慢与岩土介质的弹性模量、剪切模量和密度等指标相关；密度大和强度高的岩石模量大，波速高，走时短，反之亦然。完整坚硬岩体对弹性波吸收少，破碎岩体和松散土体吸收强。基于此，利用弹性波射线可对地质体进行透视；通过地震波走时和衰减的观测，反演计算对地质体内部结构成像。因此钻孔弹性波CT图像就能反映出各类岩土体的分布界线及岩体破碎程度分布，即使是同一岩层，由于其结构特征发生变化，其波场分布亦表现为不同的特征图像；通过剖面速度场重建，可对地质构造的具体特征进行判定。
3 工程处理方案
3.1 工程概况
巴楚河是金沙江上游左岸一级支流，发源于理塘县扎金甲博冰川，自东南向西北流，在桃园子水文站以下的茶树山汇入金沙江。拉拉山水电站位于巴楚河中游，是巴楚河水电规划梯级的第三级，采用引水式开发，开发任务为发电，并兼顾下游减水河段生态环境用水要求。电站由取水枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。拉拉山水电站正常蓄水位3004.00m，相应库容106万m3，最大坝高23.5m，电站装机96MW，为中型三等工程。拉拉山水电站在2014年10月蓄水至正常水位。拉拉山水电站蓄水后，下游河床出现涌水现象，大坝基础扬压力超设计值，确定大坝防渗系统有缺陷，但位置不明确。
3.2 工作布置
在大坝防渗帷幕下游侧布置3个检查孔，右岸布置1#检查孔，泄洪闸坝段布置2#检查孔，左岸布置3#检查孔。在防渗帷幕上游侧冲砂闸坝段布置4#检查孔，在防渗帷幕上游侧泄洪闸坝段布置5#检查孔。通过帷幕前后布置的钻孔，进行孔内对穿无损检测以查找防渗系统缺陷所在。检查孔深度48m，每个检查孔观测的点距根据探测精度和方法特点确定为1m，开始检查前在现场进行地震波速度测试。
3.3 观测系统
数据采集是弹性波层析成像技术的关键过程。弹性波层析成像观测系统是在两钻孔间进行数据采集，在一钻孔内以1m间距激发弹性波，在另一钻孔内接收弹性波。在地震波CT断面内，采用一发多收的扇形观测系统并应充分利用被测区域周边的激发与接收条件，保持射线分布均匀，并在两钻孔间形成一个射线网络。
4 CT成果分析
4.1 1#-4#跨孔地震CT
1#-4#检查孔间距为11.54m，1#孔口20cm以下无混凝土，钻孔遇第四系覆盖层、砂质板岩、碳质页岩等岩石，岩性破碎；4#钻孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎。地震CT剖面穿过80cm厚混凝土防渗墙，钻孔CT成像成果，可以看出整体上大部分波速在3000～4000m/s；但在1#钻孔沿坝轴线方向0～5m横向范围内，坝基面以下约25～30m，地震波速度呈低速特征，速度极小值在2000m/s以下，可推断为基岩风化所致，岩性破碎、含水可能性大，该区域对应为防渗墙底部以下的帷幕灌浆段。根据波速分布特征，推测引起该坝段扬压力升高的原因可能为1#孔附近有水渗入所致。
4.2 4#-2#跨孔地震CT
4#-2#检查孔间距为16.07m，4#和2#孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎。钻孔CT成像成果，可以看出速度分布纵、横向存在不均匀性。弹性纵波顶部呈高速特征是坝体混凝土，弹性纵波速度在3000m/s以上；下部也存在高速区域，弹性纵波速度在3000m/s左右，其上部边界范围与防渗墙底线大体一致，推测高速区域因为帷幕灌浆固结体；在防渗墙底线以上附近，纵波速度呈相对低速特征，纵波速度在2400～3000m/s范围内，相对低速范围位于防渗墙范围内，往2#孔方向具有一定的延续性，推测该处可能存在薄弱带渗水通道。
4.3 2#-5#跨孔地震CT
2#-5#检查孔间距为9.85m，2#和5#钻孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎，含大量砂。钻孔CT成像成果，可以看出速度分布纵横向存在不均匀性。该段底部位于帷幕灌浆段，地震波速相对高值，速度在2700～3800m/s之间，表明帷幕阻水效果较好；在防渗墙段中部存在一“囊状”低速带，沿高程方向从高向低分布，具有一定的延续性，其极小值在2400m/s以下，推测该段可能存在渗水通道，从而引起该坝段扬压力升高。
4.4 5#-3#跨孔地震CT
5#-3#检查孔间距为22.03m，5#和3#孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎，含大量砂。钻孔CT成像成果，可以看出速度分布横向分布较连续，顶部存在高速层，速度在3000m/s以上，应是坝体混凝土。5#孔附近0～2m范围，坝顶面往下29～32m及39～40m处；3#孔附近横向18～21m范围，坝顶面往下30～34m处存在低速带，速度在1800～2100m/s，推测存在局部的基岩破碎带，沿该破碎带形成渗水通道。总体上看，5#-3#孔地震CT反演剖面整体地震波速度分布均匀。 4.5 跨孔地震CT综合分析
根据地震CT资料综合分析，拉拉山水电站大坝的地震CT资料主要异常区域位于1#-4#孔纵向坝基面以下约25～30m、横向0～5m范围；4#-2#孔在防渗墙底线以上附近约2m范围；2#-5#孔纵向坝基面以下约23～31m、横向1～9m范围。因此拉拉山水电站大坝主要渗漏通道有以下两处：靠左岸主要渗漏通道分布在1#检查孔附近，宽度约2.5m（桩号范围为坝0-04.48～坝0-01.00、高程范围为2975～2978m）。防渗墙中部主要渗漏通道分布在2#～5#检查孔之间，呈“囊状”分布，高程范围为2970～2985m；靠右岸主要渗漏通道分布在3#检查孔附近，宽度约3m（桩号范围为坝0+051.00～坝0+054.00、高程范围为2970～2977m）。拉拉山水电站大坝可疑渗漏通道有以下三处：靠左岸可疑渗漏通道分布在2#～4#检查孔附近，宽度约2.0m（桩号范围为坝0+08.65～坝0+10.65、高程范围为2979～2985m）；5#检查孔左侧疑似渗漏通道分布在5#检查孔，在桩号0+32.10附近，宽度约0.5m，高程范围为2980～2983m；5#检查孔右侧疑似渗漏通道分布在5#检查孔，在桩号0+32.50附近，沿高程方向呈“条状”分布，宽度约1～2m，高程范围为2966～2976m。
5 检查成果与测压管成果对比分析
对1#-5#检查孔进行水位监测并与检查孔附近原测压管水位进行对比可知：4#、5#检查孔位于帷幕前，其水位与坝前水位一致。1#、2#、3#检查孔位于帷幕后，其水位与测压管水位规律一致，管内水位有一定的水头折减，但由于位置不同其水头值存在一定的差异。2#检查孔水位高程为2996.90m，高于1#、3#检查孔水位高程约3m；测压管监测水头UP2高于1#检查孔和UP3（2991.74m），可推测2#检查孔部位为主要的渗水通道。1#、2#、3#检查孔位于防渗系统后，其水位与同部位测压管水位基本一致，反映防渗系统前后水头有一定的折减，但由于位置不同其水头值存在一定的差异。由于1#检查孔位于排污闸左边墙外侧回填料区，测得孔内水位高程为2992.1m，低于该处混凝土边墙上的UP1测值2994.65m，说明坝体左岸绕渗对溢流坝段坝基的补水效果不明显。同样右岸UP5测值为2989.5m，低于其左侧的3#检查孔2993.3m，说明坝体右岸绕渗对溢流坝段坝基的补水效果不明显。
6 结语
通过地震波层析成像CT检测在拉拉山水电站基础防渗系统缺陷的成功应用，地震波层析成像CT检测成果与监测成果基本一致，查找渗漏通道基本准确，为处理水电工程防渗系统渗漏通道提供了比较准确的定位，减少工程处理措施，保障处理效果。地震波层析成像CT检测是无损伤、无破坏、快速高效的检测方法。
参考文献
[1] 万永波，刘志辉，王俤剀.四川省巴楚河拉拉山水电站防渗系统缺陷检查成果报告[R].
[2] 程道横，王俤剀.四川省巴楚河拉拉山水电站监测成果及分析报告[R].
[3] 王俤剀.四川省巴楚河拉拉山水电站监测设计报告[R].
[4] 万永波，刘志辉.四川省大渡河泸定水电站大坝下游河道涌水处理分析材料[S].
作者简介：万永波（1973-），男，重庆人，中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司高级工程师，研究方向：水电水利工程安全监测。
（责任编辑：秦逊玉）
关键词：地震波层析成像；CT检测；基础防渗系统；系统缺陷；工程检测；钻孔布置方式 文献标识码：A
中图分类号：P631 文章编号：1009-2374（2016）10-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.008
1 概述
在覆盖层基础上建设大坝，大坝基础防渗系统防渗效果关系大坝的安全。一般在大坝基础和覆盖层埋设渗压计或后期钻孔埋设测压管，观测大坝基础的渗流渗压。通过计算扬压力分析大坝基础渗流情况，评定防渗墙的防渗效果。但由于大坝基础防渗墙渗流受下游水位和两岸山体水位的影响，在出现异常渗流情况时，对防渗墙缺陷位置缺乏准确的判断和定位，使工程处理措施不明确，处理工程量增加。因此需要采用无损伤的检测手段对防渗墙的缺陷位置做出准确的判断和定位。
2 工作原理
地震波层析成像（CT）是通过对观测弹性波各种震相的运动学（走时、射线路径）和动力学（波形、振幅、相位、频率）资料的分析，进而反演地下介质结构、速度分布以及弹性参数等重要信息的一种地球物理方法。弹性波穿透岩土介质时，其速度快慢与岩土介质的弹性模量、剪切模量和密度等指标相关；密度大和强度高的岩石模量大，波速高，走时短，反之亦然。完整坚硬岩体对弹性波吸收少，破碎岩体和松散土体吸收强。基于此，利用弹性波射线可对地质体进行透视；通过地震波走时和衰减的观测，反演计算对地质体内部结构成像。因此钻孔弹性波CT图像就能反映出各类岩土体的分布界线及岩体破碎程度分布，即使是同一岩层，由于其结构特征发生变化，其波场分布亦表现为不同的特征图像；通过剖面速度场重建，可对地质构造的具体特征进行判定。
3 工程处理方案
3.1 工程概况
巴楚河是金沙江上游左岸一级支流，发源于理塘县扎金甲博冰川，自东南向西北流，在桃园子水文站以下的茶树山汇入金沙江。拉拉山水电站位于巴楚河中游，是巴楚河水电规划梯级的第三级，采用引水式开发，开发任务为发电，并兼顾下游减水河段生态环境用水要求。电站由取水枢纽、引水系统和厂区枢纽三部分组成。拉拉山水电站正常蓄水位3004.00m，相应库容106万m3，最大坝高23.5m，电站装机96MW，为中型三等工程。拉拉山水电站在2014年10月蓄水至正常水位。拉拉山水电站蓄水后，下游河床出现涌水现象，大坝基础扬压力超设计值，确定大坝防渗系统有缺陷，但位置不明确。
3.2 工作布置
在大坝防渗帷幕下游侧布置3个检查孔，右岸布置1#检查孔，泄洪闸坝段布置2#检查孔，左岸布置3#检查孔。在防渗帷幕上游侧冲砂闸坝段布置4#检查孔，在防渗帷幕上游侧泄洪闸坝段布置5#检查孔。通过帷幕前后布置的钻孔，进行孔内对穿无损检测以查找防渗系统缺陷所在。检查孔深度48m，每个检查孔观测的点距根据探测精度和方法特点确定为1m，开始检查前在现场进行地震波速度测试。
3.3 观测系统
数据采集是弹性波层析成像技术的关键过程。弹性波层析成像观测系统是在两钻孔间进行数据采集，在一钻孔内以1m间距激发弹性波，在另一钻孔内接收弹性波。在地震波CT断面内，采用一发多收的扇形观测系统并应充分利用被测区域周边的激发与接收条件，保持射线分布均匀，并在两钻孔间形成一个射线网络。
4 CT成果分析
4.1 1#-4#跨孔地震CT
1#-4#检查孔间距为11.54m，1#孔口20cm以下无混凝土，钻孔遇第四系覆盖层、砂质板岩、碳质页岩等岩石，岩性破碎；4#钻孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎。地震CT剖面穿过80cm厚混凝土防渗墙，钻孔CT成像成果，可以看出整体上大部分波速在3000～4000m/s；但在1#钻孔沿坝轴线方向0～5m横向范围内，坝基面以下约25～30m，地震波速度呈低速特征，速度极小值在2000m/s以下，可推断为基岩风化所致，岩性破碎、含水可能性大，该区域对应为防渗墙底部以下的帷幕灌浆段。根据波速分布特征，推测引起该坝段扬压力升高的原因可能为1#孔附近有水渗入所致。
4.2 4#-2#跨孔地震CT
4#-2#检查孔间距为16.07m，4#和2#孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎。钻孔CT成像成果，可以看出速度分布纵、横向存在不均匀性。弹性纵波顶部呈高速特征是坝体混凝土，弹性纵波速度在3000m/s以上；下部也存在高速区域，弹性纵波速度在3000m/s左右，其上部边界范围与防渗墙底线大体一致，推测高速区域因为帷幕灌浆固结体；在防渗墙底线以上附近，纵波速度呈相对低速特征，纵波速度在2400～3000m/s范围内，相对低速范围位于防渗墙范围内，往2#孔方向具有一定的延续性，推测该处可能存在薄弱带渗水通道。
4.3 2#-5#跨孔地震CT
2#-5#检查孔间距为9.85m，2#和5#钻孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎，含大量砂。钻孔CT成像成果，可以看出速度分布纵横向存在不均匀性。该段底部位于帷幕灌浆段，地震波速相对高值，速度在2700～3800m/s之间，表明帷幕阻水效果较好；在防渗墙段中部存在一“囊状”低速带，沿高程方向从高向低分布，具有一定的延续性，其极小值在2400m/s以下，推测该段可能存在渗水通道，从而引起该坝段扬压力升高。
4.4 5#-3#跨孔地震CT
5#-3#检查孔间距为22.03m，5#和3#孔上部为混凝土，下部是板岩等，岩性破碎，含大量砂。钻孔CT成像成果，可以看出速度分布横向分布较连续，顶部存在高速层，速度在3000m/s以上，应是坝体混凝土。5#孔附近0～2m范围，坝顶面往下29～32m及39～40m处；3#孔附近横向18～21m范围，坝顶面往下30～34m处存在低速带，速度在1800～2100m/s，推测存在局部的基岩破碎带，沿该破碎带形成渗水通道。总体上看，5#-3#孔地震CT反演剖面整体地震波速度分布均匀。 4.5 跨孔地震CT综合分析
根据地震CT资料综合分析，拉拉山水电站大坝的地震CT资料主要异常区域位于1#-4#孔纵向坝基面以下约25～30m、横向0～5m范围；4#-2#孔在防渗墙底线以上附近约2m范围；2#-5#孔纵向坝基面以下约23～31m、横向1～9m范围。因此拉拉山水电站大坝主要渗漏通道有以下两处：靠左岸主要渗漏通道分布在1#检查孔附近，宽度约2.5m（桩号范围为坝0-04.48～坝0-01.00、高程范围为2975～2978m）。防渗墙中部主要渗漏通道分布在2#～5#检查孔之间，呈“囊状”分布，高程范围为2970～2985m；靠右岸主要渗漏通道分布在3#检查孔附近，宽度约3m（桩号范围为坝0+051.00～坝0+054.00、高程范围为2970～2977m）。拉拉山水电站大坝可疑渗漏通道有以下三处：靠左岸可疑渗漏通道分布在2#～4#检查孔附近，宽度约2.0m（桩号范围为坝0+08.65～坝0+10.65、高程范围为2979～2985m）；5#检查孔左侧疑似渗漏通道分布在5#检查孔，在桩号0+32.10附近，宽度约0.5m，高程范围为2980～2983m；5#检查孔右侧疑似渗漏通道分布在5#检查孔，在桩号0+32.50附近，沿高程方向呈“条状”分布，宽度约1～2m，高程范围为2966～2976m。
5 检查成果与测压管成果对比分析
对1#-5#检查孔进行水位监测并与检查孔附近原测压管水位进行对比可知：4#、5#检查孔位于帷幕前，其水位与坝前水位一致。1#、2#、3#检查孔位于帷幕后，其水位与测压管水位规律一致，管内水位有一定的水头折减，但由于位置不同其水头值存在一定的差异。2#检查孔水位高程为2996.90m，高于1#、3#检查孔水位高程约3m；测压管监测水头UP2高于1#检查孔和UP3（2991.74m），可推测2#检查孔部位为主要的渗水通道。1#、2#、3#检查孔位于防渗系统后，其水位与同部位测压管水位基本一致，反映防渗系统前后水头有一定的折减，但由于位置不同其水头值存在一定的差异。由于1#检查孔位于排污闸左边墙外侧回填料区，测得孔内水位高程为2992.1m，低于该处混凝土边墙上的UP1测值2994.65m，说明坝体左岸绕渗对溢流坝段坝基的补水效果不明显。同样右岸UP5测值为2989.5m，低于其左侧的3#检查孔2993.3m，说明坝体右岸绕渗对溢流坝段坝基的补水效果不明显。
6 结语
通过地震波层析成像CT检测在拉拉山水电站基础防渗系统缺陷的成功应用，地震波层析成像CT检测成果与监测成果基本一致，查找渗漏通道基本准确，为处理水电工程防渗系统渗漏通道提供了比较准确的定位，减少工程处理措施，保障处理效果。地震波层析成像CT检测是无损伤、无破坏、快速高效的检测方法。
参考文献
[1] 万永波，刘志辉，王俤剀.四川省巴楚河拉拉山水电站防渗系统缺陷检查成果报告[R].
[2] 程道横，王俤剀.四川省巴楚河拉拉山水电站监测成果及分析报告[R].
[3] 王俤剀.四川省巴楚河拉拉山水电站监测设计报告[R].
[4] 万永波，刘志辉.四川省大渡河泸定水电站大坝下游河道涌水处理分析材料[S].
作者简介：万永波（1973-），男，重庆人，中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司高级工程师，研究方向：水电水利工程安全监测。
（责任编辑：秦逊玉）