熊 勇
(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 貴陽(yáng) 550002)
水工隧洞作為水利水電工程的重要組成部分,對(duì)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(duì)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(jì)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(jì)的灌漿壓力進(jìn)行灌漿也不一定完全合理,有時(shí)由于耗漿量較大,造成隧洞施工成本較高,因此業(yè)主方會(huì)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(shí)又要節(jié)約施工成本成為隧洞施工中必須調(diào)和的一對(duì)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(cè)技術(shù)對(duì)隧洞采用不同灌漿量前后的狀況進(jìn)行檢測(cè)的方法對(duì)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(wàn)元的灌漿費(fèi)用。
圖1 雷達(dá)檢測(cè)原理示意圖
貴州某水電站工程,引水隧洞長(zhǎng)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(jì)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(jì)提供的灌漿壓力要求,灌漿量過大,造成工程費(fèi)用較高,為此業(yè)主方提出優(yōu)化灌漿方案的需求。
針對(duì)隧洞混凝土襯砌厚度、隧洞內(nèi)部檢測(cè)的特點(diǎn)和檢測(cè)精度要求 ,探測(cè)儀器采用美國(guó)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(chǎng)采集參數(shù)設(shè)置:記錄長(zhǎng)度為50 ns,采樣點(diǎn)數(shù)為1 024,掃描速率為100掃描/s。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(dòng)天線,每5 m打一單標(biāo)記,每倉(cāng)混凝土連接處打一雙標(biāo)記。測(cè)線主要布置在隧洞的拱頂、拱腰及邊墻三個(gè)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(wú)損檢測(cè)規(guī)程 》的要求,以縱向測(cè)線為主,雷達(dá)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常規(guī)模較大部位輔以橫測(cè)線[2]。檢查孔主要根據(jù)每倉(cāng)混凝土澆筑的時(shí)間來(lái)布置,對(duì)于檢測(cè)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(cè)線布置示意圖
為達(dá)到優(yōu)化灌漿量的目的,本院采取了如下檢測(cè)措施:①對(duì)已完成灌漿的隧洞段進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè),確定是否存在脫空及不密實(shí)現(xiàn)象,結(jié)合壓水試驗(yàn)評(píng)價(jià)灌漿質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求,只有在該項(xiàng)評(píng)價(jià)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(xiàng)檢測(cè)滿足要求的前提下,對(duì)未灌漿洞段進(jìn)行檢測(cè),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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)單位共同分析,對(duì)灌漿方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),然后按新方案進(jìn)行灌漿施工;④對(duì)按優(yōu)化方案施工的洞段進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè),對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)問題部位進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證并補(bǔ)充灌漿;⑤按水工隧洞驗(yàn)收方案對(duì)整個(gè)襯砌質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。
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(shí)度的主要判定特征應(yīng)符合下列要求:
密實(shí)信號(hào)幅度較弱,甚至沒有界面反射信號(hào);
不密實(shí)襯砌界面的強(qiáng)反射信號(hào)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(hào)強(qiáng),三振相明顯,在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號(hào),兩組信號(hào)時(shí)程差較大。
(1)優(yōu)化灌漿方案前已完成灌漿施工洞段的檢測(cè)結(jié)果顯示,灌漿后未見不密實(shí)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(cè)結(jié)果顯示,襯砌厚度多數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)厚度50 cm以上,襯砌厚度不足及脫空較大的部位在兩倉(cāng)連接處較常見,這種情況在樁號(hào)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(cè)典型圖像
圖4 未灌漿前兩倉(cāng)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(cè)結(jié)果顯示,隧洞個(gè)別部位發(fā)現(xiàn)脫空及不密實(shí)異常存在,異常部位通過鉆孔驗(yàn)證并補(bǔ)灌處理。
通過優(yōu)化灌漿方案,為該項(xiàng)目節(jié)約灌漿資金約2 000萬(wàn)元,項(xiàng)目已通過專家組驗(yàn)收,引水隧洞運(yùn)行正常。實(shí)踐證明地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)化水工隧洞灌漿方案設(shè)計(jì)及隧洞的灌漿質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面能起到一定效果,但方案的具體參數(shù)設(shè)計(jì)需要地質(zhì)、設(shè)計(jì)、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(cè)技術(shù)在水工隧洞灌漿方案設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用,技術(shù)措施有待進(jìn)一步完善。
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