地质雷达在弥勒县雨补水库工程建设中的运用

易书斌

（云南省红河州水利电力工作站 661100）

1 工程概况

弥勒县雨补水库工程位于南盘江水系白马河下游的云南省弥勒县城东北部的坝口村，距县城12km，库区位于弥勒、路南、泸西三县交界处。

弥勒县雨补水库是一座以灌溉为主，兼有城镇供水、发电、防洪、旅游等综合效益的中型水库。水库拦河坝以上径流面积654.2km2，年平均产水量1.6亿m3。水库为不完全年调节中型水库，总库容5750万m3，设计灌溉面积6020hm2，年调节供水量1.03亿m3，年发电2050万kW·h。

2 地质雷达在本工程建设中的主要任务

雨补水库输水隧洞工程施工过程中，由于隧洞围岩相对破碎，塌方相对较多，为此进行了回填、固结灌浆，为了准确反映灌浆质量，采用SIR20型地质雷达，检测隧洞顶拱的脱空情况。本次检测所涉及的范围为0+000.0～0+495.0洞段。

3 工程地质、结构特征

雨补水库输水隧洞布置于拦河坝右岸山体内，洞身围岩为相对破碎的砂岩，属Ⅴ类围岩，成洞条件差，洞身地质稳定性差。洞身为有压圆形隧洞，断面直径1.8m，由进口段、竖井闸室、压力钢管段、工作闸消力段、侧堰泄水段组成。竖井段设置平板检修闸，出口设置锥形工作闸，全长495.75m，设计出流15.0m3/s，最大出流26.6m3/s。

4 地质雷达检测方法与技术

4.1 基本原理

地质雷达技术是研究高频（100～10000MHz）短脉冲电磁波在地下介质中的传播规律的一门学科。在距场源r、时间t，以单一频率ω振动的电磁波的场值P可用下列公式表示：

若将式（3）写成 k=α+jβ，则有

式中，指数幂中αr为电磁波传播时的相位项，α为波速的决定因素，称为相位系数；e-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β称为吸收系数。介质电磁波速度的计算公式为

分辨率是衡量地球物理方法分辨最小异常体能力的重要指标。分辨率可分为垂直分辨率和水平分辨率。考虑到干扰噪声等因素，一般把b=λ/4作为垂直分辨率的下限，对于水平分辨率，有两个重要结论：

a.单个异常体的水平分辨率尺度远小于Fresnel带。

b.两个水平相邻异常体要区分开的最小水平距离为大于第一Fresnel带直径，第一Fresnel带直径计算公式为

式中 λ——雷达子波的波长，λ=v/f；

H——异常体埋藏的深度。

地质雷达的观测方式主要采用剖面法，数据采集一般采用连续采集方式，本次对隧洞的检测就是采用剖面法连续采集方式（见图1）。

图1 收发单置式天线GPR探测原理示意图

4.2 隧洞检测剖面布置

根据工程的施工情况，沿隧洞轴向在顶拱布置1条检测剖面，在0+010～0+495.0洞段顶拱实施无间断的连续检测。同时横剖面的检测布置采取平均抽查和指定检查相结合的方式进行。首先，按45.0m的间距在0+010～0+495.0洞段之间检测了12个横剖面，再对0+116.5、0+159、0+272.6、0+385.3，共 4个指定断面进行检测（施工时塌方较为严重），共完成16个横剖面的检测。检测时从隧洞左边墙（指面向下游时）底部开始，经过顶拱，直到检测至右边墙底部为止，对整个横剖面实施不间断的连续检测。

5 地质雷达检测资料解释

5.1 解释方法

地质雷达数据的处理与解释内容多、过程复杂，主要包括滤波、偏移、波速标定等，在做这些处理后，利用式（8）计算出异常体的埋藏深度。

地质雷达检测成果的表示方法：顶拱轴向剖面检测成果的标示以桩号为准；横向剖面检测成果的标示采用“九点模式”，即面向下游将隧洞横向断面按顺时针方向共标出9个点位，如图2所示。

图2 横向断面点位示意图

在地质雷达检测成果表中，有两种类型的异常，即强反射性异常和强吸收性异常，前者就物性而言一般是与混凝土差别较大的介质，如金属埋设物和空腔等，后者则一般是混凝土不密实的反映。

5.2 资料成果解释

对所有测试数据进行分析，可把所有地质雷达检测波形分为三种类型，即无异常型、强反射性异常型和强吸收性异常型。结合物性参数对比结果，对检测出的两种类型的异常可以作出其对应的解释：

a.强反射性异常。钢筋等金属埋设物或空腔，经进一步分析判断，本次所发现的强反射性异常基本上都属于钢筋等金属埋设物。

b.强吸收性异常。此类异常反映对雷达波的强烈吸收或耗散，属介质不密实，可判定为缺陷异常。

检测结果见下页表。

6 结论与评价

6.1 结论

0+100、0+116.5、0+159、0+272.6、0+385.3 位置拱顶及边墙还有塌空现象，说明回填灌浆未对空洞进行完全充填，存在质量隐患，需要做补灌处理。经现场定位钻孔，确实存在空洞，说明检测结果完全符合客观实际。

6.2 评价

地质雷达是近10余年来发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，已成功应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、文物及考古探测等众多领域。地质雷达技术用于隧洞回填灌浆隐患的检测，客观、准确地反映了工程隐患的性质和位置，保证了工程建设质量。

纵、横剖面检测成果表