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2011年第4期东北水利水电工程施工

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[文章编号]1002-0624(2011)04-0025-04

地质雷达在长河坝水电站导流洞中的应用

高利军,周兴政

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川康定626001)

[摘要]文章通过工程实例，介绍了地质雷达检测技术在水工隧洞中应用。地质雷达探测具有精度高、无损伤、检测结果的连续等特点，可以作为水工隧洞工程质量检测的一种有力辅助手段。

[关键词]地质雷达；水工隧洞；质量检测[中图分类号]TV522

1概述

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，是大渡河流域水电梯级近期开发的大型水电工程之一，工程装机容量2600MW。长河坝水电站设计有1号、2号两条导流洞，城门洞型有压隧洞、尺寸为12m×14.5m,导流洞全洞衬砌，衬砌厚度80~120cm,衬砌混凝土强度标号C30。

导流洞建成后，为检测衬砌混凝土密实度、厚度及与围岩接触质量，在回填灌浆质量检测的基础上，利用了地质雷达检测对施工质量进行了检验。地质雷达具有高分辨率、无损性、高效率等优点，正逐渐成为地下隐蔽工程调查的一种有力工具，目前已广泛应用在工程地质、土工、农业、环境、考古等多领域1。

2地质雷达基本原理

地质雷达是基于高频电磁波理论，工作方式是以宽频带、短脉冲的电磁波形式，由地面通过天线送入地下，经地下地层或目的体(借助裂缝、洞穴、软弱层位、渗漏区与周围介质的电磁特性差异)反射返回地面，被另一天线所吸收，通过分析电磁波的时频，就可以判实地质体展布形态和性质2。

电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态的变

[文献标识码]A

化而变化。因此，根据接收到波的旅行时间、幅度与波形等资料，可探测地下介质或目标体的结构、构造及目标体的埋藏深度等。

地质雷达的工作前提是探测对象与周围介质间存在着明显的电性差异，雷达波在介质中的传播速度V与介质的电磁性参数有(1)式近似关系：

V≈c/√e,μ,(1)式中：V为介质中的电磁波速度；c为真空中的光速，m/ns;e,为介质的相对介电常数；μ,为介质的导磁率。

只要目标体与周边介质中存在电性差异(存在脱空、混凝土不密实以及在围岩界面),就可以在地质雷达图像剖面中反映出来，通过同相轴追踪可以测定目标体的反射波旅行时T。根据地下介质的电磁波速度V和反射波旅行时T,由公式(2)可计算目标层的深度h:

(2)

式中：h为目的层的深度；x为发射天线与接收天线间的距离；V为介质中的电磁波速度。

雷达波反射脉冲信号的强度与界面的反射系数和穿透介质的吸收程度有关。反射系数与界面两边介质的电磁性质和频率w(=2πf)有关。当介质的电磁参数差别大时，反射系数也大，因而反射波的能量也大。

工程施工东北水利水电2011年第4期

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在实际工作中，应根据探测目的体的不同探测深度3选择不同中心频率的天线以及不同的测点间距进行探测，表1给出了地质雷达针对不同目的体尺寸与深度选择不同中心频率的天线的参考表。

表1地质雷达不同中心频率天线探测分辨率与深度参考表

天线频率

分辨率

目的体深度范围

最大探测深度

/MHz

/m

/m

/m

400

=0.05

1~3

3~5

900

0.01~0.03

0.05~0.7

0.5~1.5

地质雷达现场测试基本组成如图1所示。

收发转换开关

收发转换开关

发射机

天线

噪声

信号处理机

标体

图1地质雷达测试原理及基本装置示意图

3地质雷达检测

3.1电磁波波速确定

衬砌中雷达波速是计算衬砌厚度最重要的参数，一般采取取芯实测法和介电常数法确定，本处采用介电常数确定雷达波速。

对于雷达电磁波频率900MHz和400MHz而言，在钢筋混凝土部位探测时，传导电流对电磁场的影响较大，但若多层钢筋且间距大于10cm时，也不容易形成屏蔽系统，故混凝土可以看作是一种非传导性(非金属)材料。非传导性的材料本质上可由两个独立的电磁属性标表征，即介电常数e和磁导率μ,不多对于大多数普通的非传导性的材料(包括混凝土)都是非磁性的，这就使磁导率非常接近于真空中的磁导率。因此在混凝土地质雷达探测研究中，一般把磁导率作为常数而不考虑其变化的影响，只研究相对介电