聲波檢測在實際工程中的應用

賴天旭+肖銘

摘 要：以某水電工程中輸水隧洞固結灌漿為例，應用聲波檢測對檢測孔分別進行灌前、灌后全孔段聲波無損檢測。通過檢測，了解灌前、灌后引水隧洞檢測孔全孔段圍巖的聲速值變化情況；確定固結灌漿后一定齡期的檢測孔全孔段圍巖聲速值；通過數據分析評價此次固結灌漿效果并得出結論，使無損聲波檢測在水工隧洞灌漿工程應用中具有一定的指導意義。

關鍵詞：隧洞；圍巖；固結灌漿；聲波檢測；灌漿效果

0引言

所謂聲波測試法，就是利用聲波在不同介質或在不均一介質傳播特性不同，將圍巖完整性、節理裂隙等變為聲學參數信息反映出來，用于了解巖體的物理狀態。該方法簡單迅速，且不會破壞原始巖體及已形成的灌漿段。一般而言，巖體越完整、越堅硬聲波傳播波速就越快；而當巖體存在節理裂隙或破碎帶之類的缺陷時，聲波傳播波速就慢，甚至完全不能傳播。灌漿能夠改善巖層的完整性，增加巖層強度，提高聲波傳播波速。

本文以某水電工程中輸水隧洞固結灌漿為例，應用聲波檢測對檢測孔分別進行灌前、灌后全孔段聲波無損檢測。通過檢測，了解灌前、灌后引水隧洞檢測孔全孔段圍巖的聲速值變化情況，確定固結灌漿后一定齡期的檢測孔全孔段圍巖聲速值。通過數據分析評價此次固結灌漿效果并得出一些有用的結論，以期對無損聲波檢測在水工隧洞灌漿工程應用有積極的指導意義。

1技術方法及原理

檢測方法為孔內聲波法，可采用單孔法或雙孔法。單孔法是將一發雙收聲波換能器放置到需檢測的孔段，逐段檢測，或是用兩只增壓式探頭固定一個距離來檢測，該法無需孔距校正，波速準確可靠。雙孔法較為麻煩，孔間距離常需校正，因此以采用單孔法為宜。位于孔內一定位置的聲波發射換能器接受主機控制發射超聲波，該超聲波經過耦合劑（水）傳播到孔壁，并產生沿孔壁巖體滑行的折射波（即滑行波）。折射波歷經相應路程，由兩個相距0.2m的聲波接收換能器接收，儀器主機記錄并存儲時刻，通過分析計算可得聲波在該段巖體中的波速值，單位為m/s或km/s。

2結果與討論

2.1結果

經過對該水電站引水隧洞固結灌漿3個試驗區6個聲波檢測孔分別進行了灌前、灌后全孔段的單孔聲波測試，將試驗成果分析整理見表1。

2.2成果討論

根據檢測結果：W1-1孔位于灌漿試驗段Ⅰ區，檢測單孔深度6.4m，砼厚1.1m。根據聲波檢測資料，該孔孔壁1.2～3.4m巖體破碎，灌漿后波速明顯提高；3.6～6.0m段，巖石較完整，灌漿后區段波速提高13.45%。整體入巖部分灌漿后波速提高率為17.44%，但灌漿后聲波速2.88km/s仍小于設計要求的3.2km/s，未滿足設計要求。

W1-2孔位于灌漿試驗段Ⅰ區，檢測單孔深度6.6m，砼厚0.7m。根據聲波檢測資料，該孔孔壁巖體破碎，灌漿后波速明顯提高，整體波速提高率24.53%。整體入巖部分灌漿后波速3.44km/s大于3.2km/s，達到設計要求。

W2-1孔位于灌漿試驗段Ⅱ區，檢測單孔深度7.0m，砼厚0.9m。根據聲波檢測資料，該孔孔壁1.0～2.2m段為爆破開挖松弛帶，灌漿后波速提高大，灌漿后波速為3.33km/s；孔深2.4～6.6m段巖石完整性較差，灌漿后波速提高較大，灌漿后波速為3.91km/s。整體入巖部分灌漿后波速3.77km/s大于3.2km/s，波速提高率為24.57%，灌漿效果較好，達到設計要求。

W2-2孔位于灌漿試驗段Ⅱ區，檢測單孔深度7.0m，砼厚1.1m。根據聲波檢測資料，該孔的孔壁1.2～2.4m為爆破開挖松弛帶，灌漿后波速值提高，灌漿后波速為2.6km/s，區段波速提高5.99%；孔深2.6～5.2m段巖石破碎較嚴重，灌漿后波速提高不大，達到2.64km/s；孔深5.4～6.0m段巖石較破碎，灌漿后波速為2.86km/s。整體入巖部分灌漿后波速2.66km/s小于設計要求3.2km/s，未達到設計要求。

W3-1孔位于灌漿試驗段Ⅲ區，檢測單孔深度8.0m，砼厚1.1m。根據聲波檢測資料，該孔孔壁1.2～4.4m巖體破碎，灌漿后波速值提高，灌漿后波速為3.29km/s，區段波速提高12.47%；孔深4.6～6.0m段巖石完整性較好，灌漿后波速提高不大，達到4.04km/s。整體入巖部分灌漿后波速均大于3.2km/s，達到設計要求。

W3-2孔位于灌漿試驗段Ⅲ區，檢測單孔深度7.2m，砼厚1.2m。根據聲波檢測資料，該孔的孔壁1.2～4.8m巖體完整性差，灌漿后波速值提高，平均波速為3.25km/s，區段波速提高8.15%；孔深5.0～6.6m段巖石完整性較好，灌漿后波速提高較小，達到3.9km/s。整體入巖部分灌漿后波速均大于3.2km/s，達到設計要求。

3結論

對某一洞段圍巖實施固結灌漿效果評價，首先應對圍巖進行巖性或巖質分類，而后在各孔R～H曲線上取相應帶聲速提高率值，將相應值加權平均后作為評價指標。

從隧洞圍巖完整性驗收角度看，單純以聲速提高率實施灌漿效果評價并非全面，因為該指標與灌漿前圍巖聲速基本值密切相關，因此在實施灌漿效果評價時，還需考慮以相應聲速驗收指標來衡量灌漿后圍巖是否達到設計要求。

參考文獻：

[1]朱保糧，施建新.水工隧洞固結灌漿效果聲波檢測與評價[J].河海水利，2000（5）：5-6.

[2]葉紹圣.聲波測試在灌漿工程中的應用[C].昆明：水電站泥沙問題總結技術討論會，1982.