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        全孔壁數(shù)字電視在檢測某大型水電站壩體混凝土接縫的應(yīng)用

        2011-10-22 07:24:38孫冠軍鹿明軒龐云銘
        關(guān)鍵詞:混凝土系統(tǒng)

        孫冠軍 鹿明軒 龐云銘

        (長江水利委員會 長江三峽勘測研究院有限公司,武漢 430074)

        鉆孔數(shù)字電視是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的一種測井方法,近些年由于成像技術(shù)、電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,鉆孔數(shù)字電視成像技術(shù)也逐漸成熟[1-3].本文應(yīng)用JD-1型鉆孔全孔壁數(shù)字電視,可提供鉆孔孔壁的全景數(shù)字圖像信息,進而清晰、直觀、準(zhǔn)確地反映出井內(nèi)孔壁各種特征.它以全孔壁、高精度、高清晰度、測試速度快、造價較低等特點彌補了其它鉆孔成像技術(shù)的不足.

        水電站從建成到使用過程中,由于蓄水水位不斷升高,水電站壩體前后受到的壓力越來越不均衡,壩體內(nèi)會產(chǎn)生一定變形,局部會出現(xiàn)混凝土接縫.在混凝土接縫發(fā)育部位布置鉆孔,并采用國內(nèi)先進的全景面鉆孔成像系統(tǒng)定期對鉆孔進行觀測,為壩體的安全性評估提供科學(xué)依據(jù).

        1 系統(tǒng)成像原理及組成

        1.1 成像原理

        本次采用JD-1型鉆孔全孔壁數(shù)字電視成像系統(tǒng),是采用了一種特定的光學(xué)變換,即截頭的錐面反射鏡,實現(xiàn)了將360°鉆孔孔壁圖像反射成為二維平面圖像.這種二維平面圖像稱為全景圖像(也稱全孔壁圖像),由于鉆孔呈圓柱體,這種全景圖像不失其三維信息.全景圖像可以被位于錐面反射鏡上部的攝像機拍攝,經(jīng)過光學(xué)變換,形成全景圖像,其孔壁圖像的變換、展開原理如圖1所示.

        圖1 孔壁圖像變換示意圖

        鉆孔深度可以通過深度測量裝置直接獲得,并將其數(shù)值標(biāo)注到全景面圖象中;方位可通過反射鏡中部的磁性羅盤指北針獲取,磁性羅盤的指針指示了全景圖像的正北方位,在測孔過程中探頭不可避免的會發(fā)生旋轉(zhuǎn),由于磁性羅盤指針始終指向磁北方向,所以通過系統(tǒng)軟件將孔壁全景圖像沿磁性羅盤指針方位展開,便得到從左至右為0~360°的孔壁全景圖像.

        鉆孔內(nèi)沒有光線,在測孔過程中依靠井下探頭中的燈管提供光源,照亮孔壁,以進行圖像采集.當(dāng)孔內(nèi)有水時,測試前應(yīng)先對鉆孔用清水進行洗孔,沖洗掉孔壁上及孔內(nèi)水中的巖粉、泥漿呢,直到孔內(nèi)水變清澈,以保證圖像清晰.測試干孔時,攝像頭部位容易起霧,即水汽凝結(jié)在攝像頭、反光鏡等部位,影響成像質(zhì)量,對于這種情況一般可在探頭內(nèi)放置干燥劑或經(jīng)常在晴朗、干燥的天氣打開探頭,在陽光下曬曬,以蒸發(fā)探頭內(nèi)的水汽,效果較好.

        1.2 系統(tǒng)基本組成

        一般數(shù)字式全景面鉆孔攝像系統(tǒng)由井下攝像探頭、傳輸電纜、深度傳感器、控制器、計算機圖像處理系統(tǒng)、井口滑輪、絞車、腳架等硬件及鉆孔孔壁圖像采集、編輯與解釋軟件系統(tǒng)等組成.

        計算機圖像處理系統(tǒng)通過RS-232接口與采集控制器連接,采集傳輸電纜送來的孔壁圖像信號,并對孔壁圖像信號進行識別、展開處理,自動拼接形成孔壁展開柱狀圖像,通過監(jiān)視器顯示出來,并記錄在計算機硬盤里.通過軟件進行編輯解釋處理,把鉆孔圖像信息刻錄在光盤上保存,打印機將圖像打印成圖.系統(tǒng)組成及工作原理如圖2所示.

        圖2 JD-1型鉆孔全景數(shù)字電視系統(tǒng)組成及工作原理框圖

        2 應(yīng) 用

        本次工作主要是在壩體廊道內(nèi)沿混凝土接縫位置布置檢測孔,檢測孔由兩個垂直孔和3個斜孔組成,孔間距為1.7m.采用JD-1型鉆孔全孔壁數(shù)字電視系統(tǒng)進行數(shù)字圖像信息采集,對于垂直孔按照常規(guī)方法測試,對于斜孔的測試,需要對儀器進行相應(yīng)改裝.其基本原理如下:斜孔的全景面鉆孔攝像系統(tǒng)是在原系統(tǒng)的的基礎(chǔ)上,改變探頭入孔方式,利用人工推力推動探頭在任意向的孔中自由移動,最重要的是用全方位重力羅盤代替磁性羅盤,這樣羅盤不僅能自由運動,而且能利用其與指針式磁性羅盤的相同特點,完成圖像的正常采集和處理,通過地質(zhì)結(jié)構(gòu)面在孔中的分布位置的確定,采用數(shù)學(xué)計算的方法,計算出結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀.系統(tǒng)組成如圖3所示.

        圖3 全方位鉆孔全景數(shù)字電視系統(tǒng)組成及工作原理框圖

        2.1 蓄水前后對混凝土接縫及混凝土澆筑質(zhì)量的檢測

        在蓄水前和蓄水后分別對混凝土接縫檢測孔采用全方位鉆孔數(shù)字式全景面鉆孔攝像系統(tǒng)進行攝像,對比前后兩次數(shù)據(jù),下面對鉆孔ZK1作詳細說明.鉆孔ZK1前后兩次的部分孔段對比成果如圖4所示.

        混凝土接縫檢查孔錄像成果顯示,2007年11月23日電視錄像成果與2007年10月10日電視錄像成果基本一致,混凝土接縫在長度、寬度及形態(tài)上基本無明顯變化;蓄水位增高后,孔壁鈣質(zhì)及鐵銹等附著物有增加現(xiàn)象.

        圖4 ZK1部分孔段全孔壁數(shù)字電視前后兩次對比成果(0~6.0m)

        孔內(nèi)水位隨著壩前水位抬高而上升.2007年10月10日孔內(nèi)水位為孔深7.0m,2007年11月23日孔內(nèi)水位升至孔深5.7m.

        混凝土膠結(jié)方面,混凝土接縫檢測孔內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量總體較好,孔壁光滑、完整,骨料分布較均勻,粒徑一般為2~4cm,最大達16cm,骨料成份主要為閃云斜長花崗巖,局部孔段見直徑1~3mm氣孔,少數(shù)孔段沿粗骨料邊緣見短小氣縫分布.

        孔內(nèi)大部分混凝土縱縫呈近垂直狀,一般寬4~9mm,多為水泥結(jié)石充填,與混凝土膠結(jié)密實;大部分孔段孔壁光滑,混凝土骨料、砂漿分布均勻,膠結(jié)密實,其中孔深1.85~2.97m孔壁較粗糙,膠結(jié)略差;除孔深0~0.94m 張開較明顯、張開寬3.8~7.7 mm、僅有少量水泥結(jié)石充填外,其它孔段僅局部見微張現(xiàn)象.

        2.2 滲水部位的檢測

        通過儀器的動態(tài)視頻窗口,可清晰的觀測到鉆孔孔壁滲水部位及滲水量.以斜孔4號孔為例,孔壁在長期受到富含鈣質(zhì)、鐵離子水體的影響下,孔壁有鈣質(zhì)、鐵銹附著,在孔壁圖像中可清晰反映.孔內(nèi)水體滲流量總體較小,上部孔段有兩處滲水現(xiàn)象,其滲流量為每分鐘35~41滴;下部孔段孔深25.1m處,滲流量較上部孔段大,滲流量占整孔滲流量4/5以上,如圖5所示.

        圖5 斜孔XZK4部分孔段漏水點部位全孔壁數(shù)字電視成果

        3 結(jié)論與建議

        (1)通過使用全孔壁數(shù)字電視系統(tǒng)對壩體混凝土接縫的檢測,掌握了清晰直觀的數(shù)據(jù)資料.分析資料證明,在蓄水期壩體混凝土接縫寬度、長度均無明顯變化;壩體內(nèi)水位隨蓄水水位升高,相應(yīng)升高;壩體混凝土膠結(jié)較好,僅混凝土接縫附近稍差.

        (2)建議在泄洪期及蓄水期定期對鉆孔進行觀測,包括監(jiān)測混凝土接縫有無變化,以及孔內(nèi)水位、水質(zhì)的變化,為壩體的安全評價提供更詳細的資料信息.

        [1]周科平,高 峰.頂板誘導(dǎo)崩落預(yù)裂鉆孔裂隙發(fā)育監(jiān)測與分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(5):1034-1040.

        [2]何鐵漢,黃 華.數(shù)字電視在烏東德水電站地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].人民長江,2007,38(9):94,102.

        [3]秦英譯,王川嬰.前視井下電視和數(shù)字鉆孔攝像在工程中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(1):2834-2840.

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