1、 概述
引水系統在水利水電工程中具有極其重要的作用，引水系統能否安全運行關系到整個水電站運行的成敗。引水系統安全運行取決于隧洞襯砌及灌漿質量的好壞，特別是在有壓、高水頭、長隧洞中，襯砌混凝土承受圍巖壓力、內水壓力及其他荷載等作用?；炷烈r砌及灌漿質量的好壞對隧道長期穩定、使用功能的正常發揮以及外觀,均有很大影響。為了確保隧洞的襯砌與質量，對隧洞進行無損檢測是非常重要的環節。目前，對襯砌厚度、缺陷以及空洞的檢測方法很多,比如沖擊回波法、地質雷達法、聲波法等。但是，引水隧洞有自身的特點，根據地質及水壓等條件，有的隧洞設計襯砌混凝土較厚、鋼筋間距小，同時采用雙層鋼筋等特點，限制了許多無損檢測的方法。本研究提出采用脈沖回波法能很好的解決這一問題，其測試參數有襯砌混凝土的強度、混凝土的厚度、內部缺陷及脫空深度，并在渡口壩水電站工程得到了應用。
2、 工作原理及儀器特點
2.1 工作原理
脈沖回波法檢測采用 SCE-MATS-S 混凝土多功能無損測試儀，利用沖擊彈性波技術進行無損探測。本測試儀主要是由激振子系統、采集子系統和數據分析子系統構成。在檢測過程中，先由激振子系統在混凝土襯砌表面施加一瞬時的沖擊，產生應力脈沖波（主要考慮縱波）傳入混凝土襯砌內部，被襯砌內部缺陷表面或底部邊界反射到混凝土襯砌內，反過來，又被襯砌表面反射到襯砌內部，從而再一次被介質內部缺陷表面或底部邊界反射。由采集子系統獲得的時域信號通過快速傅立葉變換法（FFT）轉變為頻域信號，即把位移-時間曲線轉換為振幅-頻率關系曲線，由其多次反射產生瞬態共振條件，數據分析子系統從振幅譜中辨別出共振頻率，可用于確定混凝土襯砌的厚度及其內部缺陷的深度。
2.2 儀器特點
SCE-MATS-S 混凝土多功能無損測試儀可對混凝土材料、結構物及巖體的裂縫深度、結構內部強度、內部空洞、表層剝離、表層剛性及結構厚度進行檢測。其測試精度高，功能強大且操作簡便靈活。與市面上的沖擊回波測試混凝土厚度和缺陷的儀器相比，該測試儀采用多種頻譜分析方法和智能機制，自動搜尋最優結果，具有更高的測試精度。它不僅可以測試混凝土面板，還可以測試深達數米的基礎埋深和擋土墻厚度等，具有更廣的測試范圍。
3 、工程實例
3.1 工程概況
渡口壩水電站為混合式電站，工程由大壩樞紐、引水建筑物及地面廠房樞紐組成，引水隧洞全長 20026.44m，開挖洞徑 5.2m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌，襯砌后洞徑 4.2m，襯砌厚度 50cm，鋼筋間距12.5cm～20cm。引水隧洞沿線為深～中切中～低山區，山勢陡峻，溝谷深切，山體總體走向 NWW，地形標高一般 600～1200m，相對高差400～600m。隧洞埋深一般 150～300m，沖溝處埋深 10～150m，最小埋深 10m，最大埋深約 840m。洞線穿越地層為三疊系上統須家河組、侏羅系下統珍珠沖組、中下統自流井組、中統新田溝組、下沙溪廟組、上沙溪廟組及上統遂寧組，巖性為巖屑長石石英砂巖、長石砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖夾薄煤層及煤線。
3.2 測線布置
本工程脈沖回波法無損檢測共布置 3 條測線。其中拱頂測線布置在隧洞正頂部，左右拱肩測線偏離拱頂測線左右各 60°，線距為1～5m，點距為 0.1～0.2m。
3.3 檢測成果分析
本工程隧洞長為洞全長 20026.44m，由于隧洞較長，不全部分析，文章取 K2+400~K2+410 段為例來說明檢測情況，該段為Ⅴ類圍巖，直徑為 22mm 的雙層鋼筋設置，混凝土襯砌厚度為 50cm。
3.3.1 混凝土強度測試。在測試系統中，采用沖擊彈性波作為測試媒介，通過測試彈性波的波速，據此計算材料的動彈性模量和推算相應的靜彈模，進而根據靜彈模與抗壓強度的相關關系推算混凝土的抗壓強度。
采用表面波法測試混凝土襯砌的強度，在 K2+400~K2+410 測試斷面中間的左右側拱腰處各布置 2～3 個測段，共 4～6 個測段，每個測段長 1m，測試五次，得到測試斷面的混凝土襯砌的詳細數據如表 1。由表 1 可知，測試斷面襯砌混凝土平均強度為 24.1Mpa，基本達到設計要求襯砌混凝土強度 C25。通過整個測試數據表明，干燥部位混凝土強度明顯較高，潮濕部位混凝土襯砌的強度明顯偏低。
3.3.2 混凝土襯砌厚度測試?；炷烈r砌結構的厚度測試，主要采用單面反射法。根據尺寸的大小、激振波長和能量的強弱，可以采用單一反射法和重復反射法。經過測試得到 K2+400~K2+410 段混凝土襯砌拱腰及頂拱處的最大、最小及平均厚度見表 2，襯砌混凝土厚度分布見圖 1。由表 2，圖 1 可知，襯砌混凝土無論是左右側腰拱還是頂拱其平均厚度均超過設計厚度 40cm。
3.3.3 混凝土襯砌內部缺陷與脫空測試?；跊_擊彈性波的彈性波雷達掃描技術，沿測試對象表面連續激發彈性波信號，信號在遇到空洞等疏松介質時會產生反射。通過抽取該反射信號并進行相應的圖像處理，即可識別結構的內部缺陷。
在產生脫空的部位，當錘擊混凝土襯砌結構表面時，在表面會誘發振動，因此，可以用傳感器直接拾取結構表面的振動信號。所有測試斷面的缺陷描述及分布分別見表 3 和圖 2，其中表 3中，缺陷的特征尺寸描述中，前一個值（或者范圍值）表示沿測線方向上缺陷的長度，后一個值（或者范圍值）表示缺陷在測線法向的大?。ㄈ毕莸纳疃龋?。
由表 3 和圖 2 可知，兩腰拱測線上發現缺陷，頂拱正常，其測試斷面的缺陷尺寸較小，長度與深度范圍主要集中在 0.1m～0.2m，且分布較零散不連續。
4、 結束語
渡口壩水電站引水隧洞設計采用襯砌鋼筋混凝土，具有鋼筋間距小及雙層鋼筋等特點，雙層鋼筋網對電磁波具有屏蔽作用，致使許多無損檢測效果差。脈沖回波法檢測法測試精度高，功能強大且操作簡便靈活。在本工程中此檢測方法很好的解決了這一工程特點，經試驗檢測效果顯著，為確保襯砌混凝土與灌漿質量提供了有力保障，提高了安全運行水平，有一定的借鑒意義。
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