探测地下透水通道方法的对比试验与研究

(湖南宏禹工程集团有限公司，湖南 长沙 410007)

注浆是解决水利水电工程漏水的首选方法之一，但因不能准确地确定漏水通道，常采用均布孔方法进行布孔，导致钻孔数量大幅增多。为避免出现无效钻孔过多的问题，许多学者研究了先物探后钻孔注浆的方法。常用于探测地下透水通道的方法主要有高密度电阻率法、激发极化法、瞬变电磁法和地面核磁共振法等。但随着科技的发展，次声波检漏法和等值反磁通瞬变电磁法在探测地下水通道方面展现了施工效率高、操作轻便、精准度相对较高等优势。

这两种方法的原理如下：次声波检漏法[1]是将对次声波反应灵敏度很高的检波器置于拟定帷幕线的施工点上，然后将输出端口连接转换器，再连接示波器的方法。示波器采用较为直观的万能表，以万能表上电压数值的高低显示地下可能渗漏水量的大小和位置。沿帷幕轴线一个点一个点地进行检测，对渗漏通道的可能位置进行初步判断。次声波检漏法对地下水通道的探测是主动测量，其原理是将地下水流经透水通道时产生的次声波，传至地面的检波器，引起检波器中的感应片振动。检波器将振动能转化为电流信号，经滤波放大之后，由万能表显示数据。其测量效率高，结构简单、轻便，可对信号主动测量，可靠性较高。

等值反磁通瞬变电磁法[2]是采用双线圈源建立一次场零磁通接收平面来消除一次场对接收线圈的影响，以观测到地下纯二次场响应的瞬变电磁法，该方法可以提高瞬变电磁探测准确度，缩小浅层盲区，能够在狭小工区野外施工，具有测点数据的可重复性较好等优点。

本文以青龙溪水库除险加固工程为例，分别对风化的板岩地基进行探测，通过对比物探检测数据和注浆量数据，验证物探试验的效果，并论证在该类地层条件下所选方法的优缺点。

1 工程概况

青龙溪(属于沅水二级支流)水库位于辰溪县长田湾乡岩桥坪村，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合效益的小(2)型水库工程。水库设计灌溉面积500亩，保护人口1000人，保护耕地1100亩。水库正常蓄水位127.00m，正常库容50.4万m3，总库容61.8万m3。大坝为黏土心墙坝，坝顶高程130.0m，最大坝高32.0m，坝顶轴线长67m，坝顶宽5.0m。

坝址区出露地层主要为震旦系上统浅变质的板岩、砂质板岩，风化层裂隙发育，岩体破碎，透水性强。坝区地下水主要有松散层孔隙水、基岩裂隙水两类，以大气降水补给为主。库区地下水位高出被处理地基10余米，坝右岸后侧漏水量约为3000m3/d，主要为坝基漏水，深度范围为20～50m之间。

在水库建成之后，存在坝体漏水、部分坝段坝身变形、原涵管封堵不彻底等问题，导致水库只能降低水位运行，需要进行除险加固处理。

2 测试方法

2.1 次声波检漏法

次声波检漏法布点方式：布点间距为2m，沿帷幕轴线在地表进行布点。

探测时，在标记的点位上，插上检波器，然后连接检波器、转换器和万能表后，待万能表上数据显示稳定后，在排除可能噪声工况下，读算并手工记录最大值。测完一个点后，移至下一个点，测点时长约90s/点。

2.2 等值反磁通瞬变电磁法

本次采用“HPTEM-08高精度瞬变电磁系统”开展探测工作。数据采集主要参数：发送电压12V，发送电流10A；天线装置上、下发送线圈直径0.6m，间距0.4m；接收线圈直径0.5m，接收等效面积200m2；发送频率50Hz，关断时间0.04ms，叠加周期为1000次。

布点间距与次声波检漏法相同，均为2m，沿帷幕轴线布点。探测时，通过移动线圈，记录数据，单点时长为约60s/点，见图1。

图1 等值反磁通瞬变电磁法现场测试

3 注浆方法及处理结果

a.施工方法：在基岩中采用自上而下分段阻塞纯压式灌浆方法。

b.处理深度范围：从坝基基岩接触面至进入透水率小于5Lu地层5m。

c.布孔分序及间距：采用单排孔，孔间距为1.0m。按三序孔施工，先Ⅰ序后Ⅱ序，再Ⅲ序施工。

d.钻孔与注浆施工工艺：ⓐ钻孔：成孔直径为91mm，采用清水钻孔成孔；ⓑ注浆：灌浆压力为1.0～1.5MPa；ⓒ注浆材料为黏土水泥浆，流动度为250mm；ⓓ结束标准：达到小于1L/min，继续灌注30min结束。

e.工程处理效果：施工共完成帷幕注浆近3000m，注浆总浆量约3200m3。施工结束后，青龙溪水库渗漏量由原来的3000m3/d减少到现在的3m3/d。下游坝坡处漏水点，在帷幕灌浆施工后，没有再出现渗漏水现象，见图2～图3。

图2 施工前后三角堰测水量记录照片

图3 施工处理前后浆砌石中漏水照片对比

4 物探结果及其与注浆量对比分析

4.1 次声波检漏法测试结果

不同孔号采用次声波检漏仪测试的电压信号结果见表1。

根据仪器厂家的说明书，当测量数值小于3.0mV时，所测数据可能是外界噪声所引起，不作为异常数据点；当数据大于3.0mV时，可作为异常数据点，说明地下可能存在透水通道。由表1中数据分析可知，28～84号孔数据均大于3.0mV，可能存在一个较宽的透水带，尤其集中于58～76号之间，宽18m。这一点与现场地质资料分析较吻合。

表1 不同孔号、采用次声波检漏仪测试的电压信号结果

4.2 等值反磁通瞬变电磁法测试结果

测完数据后，采用“HPTEM-08”系统数据处理软件对采集数据进行反演,得到剖面电阻率等值线断面，见图4。

图4 等值反磁通瞬变电磁测试断面 (单位：m)

从图4可以看到，在8～14号孔位置的16～29m、35～40号孔位置的17～36m、48～58号孔位置的27～35m、65～78号孔位置的18～38m存在低阻异常，可能为充水裂隙或者导电性较好的物质等；据图初步判断，在48～58号孔位置的27～35m，可能为未封堵的老涵洞。

4.3 注浆量与物探结果对比分析

注浆过程中，因前序孔对后序孔的注浆量影响比较大，为降低注浆的交互影响，将相邻三孔注浆量的平均值作为中间孔注浆量的代表值。虽然注浆量大小与透水通道裂隙大小并没有直接的线性关系，但是仍可对通道透水量的大小进行定性反映，与物探数据进行对比与分析。

4.3.1 注浆量与次声波检漏法探测结果对比分析

将注浆量和次声波检漏法在相同位置的数据进行绘图，得到结果如图5所示。

从图5可以看到，次声波检漏法探测的异常数据(大于3mV)结果集中于26～84号孔，这些孔的注浆量均大于20m3/孔，说明在次声波检漏法探测的异常数据点，其下部岩层中可能存在有较大的吸浆通道，这些吸浆通道可能是透水通道，因此，对异常数据点进行钻孔、注浆是有必要的。图5还显示，46～84号孔的次声波检漏法探测异常数据和注浆量变化成正相关性。不过同时也看到在10～26号孔间，注浆量也相对较大，但次声波检漏法探测的数据却显示没有异常，这可能是因为坝体漏水主要在右岸，10～26号孔处于左岸，虽有裂隙，但水流速度可能很低，导致测量的数据没有显示异常。

综上所述，基于次声波检漏方法是主动进行数据测量，当探测到有异常数据时，可以在该点进行钻孔与注浆。如果探测的数据没有异常，可在后续实施过程中重复测试或利用其他物探手段进行相互验证。

图5 注浆量与次声波检漏法探测结果对比

4.3.2 注浆量与等值反磁通瞬变电磁法探测结果对比分析

等值反磁通瞬变电磁法测试的低阻异常点，可能为充水裂隙或者导电性较好的泥质充填物等，其与透水通道大小和是否流动和注浆量不一定有直接关联。

对图4中90～150号异常点进行钻孔、注浆施工之后，钻孔时回水正常，注浆量均在3m3/孔以内。对于图4中0～90号孔之间的8～14号孔、35～40号孔、48～58号孔、65～78号存在的低阻异常，在图5中均显示注浆量相对较多，但图中没有明显异常反应的18～20号、32～34号、58～60号单孔注浆量也相对较多，并且在注浆过程中，从坝后出现跑浆现象。从深度来看，8～14号孔、35～40号孔、48～58号孔、65～78号中存在的低阻异常位置与实际吸浆量的孔段位置差异较大，这里不再详举。此外，经钻孔验证的未封堵老涵洞位置处在32～34号间，也与物探结果处于48～58号孔相距甚远，明显有误。

综合上述结果，说明采用等值反磁通瞬变电磁法测试的低阻异常点对钻孔有一定的指引作用，但从注浆量来看，注浆量与物探的异常点没有呈现一致的正相关性。

5 结 语

a.采用次声波检漏法和等值反磁通瞬变电磁法确定工程整体透水通道的位置，可以缩小帷幕注浆布孔范围，减少工程量。

b.采用次声波检漏法得到异常点数据的孔号，可以作为钻孔的布孔依据，其数据的大小与注浆量具有一定的正相关性。采用等值反磁通瞬变电磁法得到的低阻异常点，应结合地质条件和其他物探手段一起进行分析，然后再进行布孔定位。

c.随着注浆工程施工的推进，漏水通道也将不断变化，建议在注浆过程中，随工程的进展开展物探工作，这样可进一步减少地下透水通道的存在概率。