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高精度跨孔层析成像技术在大坝注浆实时监测中的利用

跨孔层析成像步骤与道理

地震层析成像利用于至少两个孔之间。在其中一个钻孔中以肯定的点距（视勘测所需分辨的主张体的大幼而定）逐点引发地震波，而在另一个钻孔中以一样的点距用传感器逐点（或各点同时）接管统一震源点引发的地震波信号，并用仪器将地震波形信号纪录下来，从而组成跨孔地震 CT 成像引发、接管观测系统。

跨孔层析成像系统

跨孔地震层析成像可能提供高空间分辨率的P波和S波地震波速图像，重要用来描述地质结构，其用处蕴含但不限于以下领域：

探测地下岩溶、古洞、浮泛、埋设物、矿区采空区；查明地下机关；渗入带、水流通路和方位，圈定破碎带地位和领域；构筑物地基、铁路公路路基等不良地质体监测、水电站、核电站选址勘查；桩基质量检测、库坝灌浆幄幕和高喷防渗板墙质量检测，水库、坝基检漏等

                  地下破碎带探测                                              喀斯特岩溶探测

通常的，跨孔层析成像步骤重要用于静态探测，或者工程前后的对比监测，但该步骤在场地前提允许的情况下，是能够在维持较高精度的前提下，以较快的速度进行短功夫距离的急剧时空断面陆续丈量的。

以下面的案例来做注明

案例布景

某水电站位于四川省理县境内，枢纽工程重要由砾石土心墙堆石坝、左岸旋流竖井泄洪洞及放浮泛、右岸18.7公里长引水隧洞及地下厂房等组成。2008年“5.12”汶川地震后，大坝河床廊路底部出现裂缝，两岸沉降缝产生变形并有部门渗水景象。自2012年9月起头水库第二阶段蓄水以来，大坝变形和渗漏量等显著偏大，坝基廊路已呈显飓转和压剪粉碎且裂缝、渗水量仍在持续增大。

经过对大坝综合勘测，对大坝坝体和坝基检测分析，初步诊断为心墙部门存在渗漏通路，坝基灌浆廊路混凝土与防渗墙接触部位存在渗漏通路，廊路基础覆盖层及周边高塑性接触黏土部门存在空腔。经过屡次专家征询会商，确定了在大坝心墙内新建防渗墙，并与原坝基防渗墙通过搭接灌浆的方式形成防渗系统的治理规划。

规划设计：

凭据前期物探勘测成就，以为坝体存在大量不密实区域，必要全面灌浆加固，开云kaiyun电竞测试场地选定在左岸，打算分两个区块进行，每个区块打3个25m孔，勾三股四玄五的直角三角形分列，其中直角顶点为注浆孔，斜边端点为测试孔，测试步骤为跨孔地震层析成像和孔中雷达交替进行，注浆前和注浆后后各丈量一次，注浆过程中每实现3m深度的注浆，中断注浆，各交替丈量一次。

演示过程：

因测试场地限度，我们只进行了一对孔的丈量，震源孔测深为-25.5m，接管孔深度为-24m，共实现9组丈量。

其中，注浆前和注浆后为精密丈量，每次丈量两遍，第一次接管孔中水听器链放至孔底即-24m处，震源孔中SBS42探头从-25.5m深度每次上提0.5m至提出水面，第二次与第一次类似，但水听器链较第一次上提0.5m，这样就保障了接管端和发射端均为0.5m分辨率。

注浆过程中为监测丈量，每实现3m注浆后中断注浆，此时进行跨孔层析成像的丈量。接管孔的BHC5水听器链为24路1m距离，覆盖深度为-24m至-1m，在注浆前后的丈量中，各丈量两组，震源引发序列不变，水听器链第二次上提0.5m，使接管端和引发短的覆盖步长均为0.5m，在注浆过程中，每次丈量一组，水听器链不动。

                               注浆前丈量分列                                                                                             注浆后丈量分列                                                                     注浆中丈量分列（5次丈量）
                            

数据处置与成就分析

跨孔地震层析数据流程如下图所示，本次数据处置中，所有剖面的天堑前提均一样，成图规格和显示等级均统一。

本次测试所获得7幅波速剖面如下所示，顺次进行分析：

注明：所有波速剖面呈不规定四边形，左侧为接管测，右侧为引发侧，两侧有效领域取决于接管有效波形的深杜纂震源最大提升高度。

注浆前该波速剖面整体呈X状散布，左侧（接管测）-19m至-22.5m处和右侧（引发侧）-10m至-17m存在大领域低速团块，主题区波速领域在900m/s左右，其面积约占整个剖面的三分之一，左上角和右下角存在高速区，主题区波速领域在1700-1800m/s左右，其余区域为低速区和高速区的过渡区。

分析：上述景象可能的原因如下：1. 有关地位的确存在浮泛或不密实区；2. 套管与孔壁接触不密实；3. 两者皆有。

注浆过程中共实现4次丈量，随着注浆工作的进行，原有波速剖面低速区领域，由左向右逐步缩幼，波速提升， 原有低速区由左向右逐步隐没。

分析：浆液在左侧注入，由左向右逐步渗入，渗入区域密度增大，波速上升，尚未渗入的不密实区领域减幼，随着功夫推移，已经注浆的区域浆液凝固，波速上升。

注浆后12幼时，此时速度剖面整体状态与注浆前类似，呈X状散布，但左侧低速区靠近隐没，右侧低速区主题波速升高至1100m/s左右，原有高速区状态根基没变，但主题波速降低至1500m/s左右。

分析：左侧浆液沉淀并凝固，右侧浆液可能有部门流失，在肯定水平上也起到了填充作用，但成效不如左侧部门。

总结与瞻望

1. 本次测试突破了0.5m步长跨孔层析成像的施工和数据处置步骤，把握了准实时监测灌浆的理论和规划设计。

2. 通过对注浆前后反演速度剖面的分析，注浆前观测区存在两块低速区，注浆后低速区面积大大减幼，波速升高；

3. 通过对注浆过程中反演速度剖面的分析，可清澈地观察到注浆的过程，流向，成效等表征，可较好的把握注浆进度；

4. 跨孔地震层析成像技术通常用于静态检测，本次尝试证明该伎俩在表界前提的辅助下，的确能够达到动态监测的成效，若是可能宽泛的总结经验和法规，可开创一种全新的注浆实时监测步骤。

使用设备：

本案例中所使用的设备为德国Geotomographie出品的IPG跨孔层析成像系统，重要由IPG5000震源供能器，SBS42孔中P波震源及BHC5水听器链组成，该系统在400m以浅领域的充水孔内实现高精度跨孔层析成像探测。

其中，IPG5000脉冲产生器和SBS42孔中P波震源组成的震源系统，拥有1.急剧丈量（每分钟10次以上）；2.信号不变性（沉复性）；3.安全性好；4.可操作深度较大（400m）等特点。而BHC5水听器链，拥有精度高，频带宽，可订造参数，内置合成信号测试等特点，近年来在国内有较好的接受度。

IPG5000脉冲产生器                                                                                

                                                                                                       SBS42孔中P波震源         

BHC5水听器链