關(guān)于對BEAM方法的試驗效果及評價①

杜春強 宋洪江 王君樓

摘要:錦屏二級水電站輔助洞及引水隧洞工程地質(zhì)條件復(fù)雜,工程地質(zhì)問題尤為突出,為進(jìn)一步探測隧洞前方不良地質(zhì)現(xiàn)象,引進(jìn)德國研發(fā)的目前較為先進(jìn)的隧洞鉆孔電法超前預(yù)報方法(簡稱BEAM)。論文結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報及開挖情況對BEAM方法作了初步認(rèn)識及評價。

關(guān)鍵詞:BEAM地質(zhì)雷達(dá)引水隧洞超前地質(zhì)預(yù)報評價

中圖分類號:U21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0052-01

BEAM是一種專門適用于隧洞探測的電法,與常規(guī)地面電法相比,BEAM利用了同性電極相排斥的原理,使用同極(正極)環(huán)型電極供電,無窮遠(yuǎn)作負(fù)極,從而形成流向掌子面前方、類似聚光效應(yīng)的聚集電流場,以便有效、精確測量掌子面前方一定范圍的巖石的電阻率值。

環(huán)型供電電極一般12支,等間距布置在掌子面外沿,打孔安置并注少量水耦合,測量電極也按環(huán)型布置,供6支,半徑小于供電環(huán)1m,該環(huán)型電極接入一個組合控制開關(guān),由電法主控制機(jī)按一定的程序進(jìn)行測量,從而得到一組有關(guān)該掌子面前方一定范圍內(nèi)的電阻率數(shù)值空間分布情況。BEAM供電電流采用多頻方式供電,測量多個頻率狀態(tài)下的電阻率。由于巖體含水量多少是決定巖體電阻率值高低的重要因素,因此,實時測量掌子面前方巖體的電阻率,并進(jìn)行綜合分析,具有科學(xué)性和實際意義。

1工程實例概況

AK4+439～AK4+469洞段出露地層為T32灰黑色千枚狀炭質(zhì)板巖,含黃鐵礦晶體,層間石英脈及條帶較發(fā)育,局部夾厚0.1cm ～1cm泥炭質(zhì)層,巖層產(chǎn)狀局部變化大,揉皺發(fā)育,總體呈NW/NE向;AK4+469～AK4+701洞段出露地層為T2b深灰、灰白、白色厚層大理巖,巖層產(chǎn)狀:N10°～25°E/NW,∠65°～80°。A洞進(jìn)入大理巖后,目前已開挖洞段未發(fā)現(xiàn)溶洞或巖溶管道,但局部發(fā)育溶蝕裂隙,含水,沿近EW向裂隙面常有地下水出露,局部位置水流較集中,呈線狀,在AK4+697樁號處底板出露一股大水流,估計流量在70L/s左右。

2BEAM測試成果同表面地質(zhì)雷達(dá)和實際開挖的比較

BEAM預(yù)報試驗洞段,同時也進(jìn)行了表面雷達(dá)預(yù)報,現(xiàn)結(jié)合開挖結(jié)果對其進(jìn)行分析、比較。BEAM及地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報均未發(fā)現(xiàn)前方存在大的巖溶管道、軟弱破碎帶等地質(zhì)異常構(gòu)造,巖性相對較好,這與開挖實際情況相吻合。同時對部分預(yù)報的異常位置及規(guī)模與實際開挖情況進(jìn)行對比。

(1)AK4+460～AK4+496段BEAM法預(yù)報:從AK4+460～AK4+468段巖體中等破碎且不含水;在AK4+469處地層發(fā)生改變,地層改變含水特征是由“沒有”到“很小”;AK4+469～AK4+480段巖石中等破碎且少量含水。同時雷達(dá)預(yù)報掌子面前方AK4+ 469～AK4+480段存在異常,推斷AK4+469 ～AK4+473.5段為巖性分界面,AK4+ 473.5～AK4+480m為巖體破碎帶,局部含水。BEAM預(yù)報與雷達(dá)預(yù)報的結(jié)果比較吻合。從實際開挖情況來看,AK4+460～AK4+468段巖體破碎,AK4+470左右為板巖與大理巖的分界面,AK4+470～AK4+ 480段右壁存在溶蝕裂隙,有滲、滴水,局部呈線狀。預(yù)報與實際情況吻合較好。

(2)AK4+637～AK4+673段BEAM法預(yù)報:AK4+637～AK4+648段巖體中等破碎,地層由少量含水向不含水或極少量含水過渡;同時表面雷達(dá)也預(yù)報AK4+636～AK4+650段存在異常,解釋為裂隙密集帶,少量含水。BEAM預(yù)報與雷達(dá)預(yù)報的結(jié)果也比較吻合。AK4+648～AK4+663段巖石中等破碎,地層由不含水或極少量含水向少量含水過渡。從實際開挖情況來看,AK4+ 640～AK4+663段巖體中等破碎,局部洞段右壁少量滲水。預(yù)報與實際情況也較吻合。

(3)BEAM成果解釋:AK4+673～AK4 +686段巖體完整,地層不含水;AK4+686～AK4+694段巖體中等破碎,地層由不含水向含水過渡;至AK4+694處,視電阻率值R和頻率效應(yīng)百分比PFE都達(dá)到了最低;樁號AK4+694～AK4+701段巖體由中等破碎逐漸向完整過渡,地層由少量含水向不含水過渡。

(4)雷達(dá)預(yù)報成果解釋:掌子面前方AK4+693～AK4+714樁號段存在異常,推斷為溶蝕裂隙密集帶,含水;樁號AK4+670 ～AK4+687段右壁15～7m深度范圍存在異常,解釋為溶蝕裂隙,局部溶蝕破碎,含水,延伸后將在AK4+702m左右與隧道右壁相交,在AK4+711左右穿出左壁。

(5)開挖驗證情況:樁號AK4+693～AK4+712段為裂隙密集帶,樁號AK4+697處存在一斷層并向前延伸,產(chǎn)狀:N70°E/NW,∠65°～85°,斷層帶寬0.6m,在右邊墻寬達(dá)3m,為方解石膠結(jié)的角礫巖,角礫直徑3cm～5cm,受斷層的影響,裂隙成密集帶發(fā)育,在右邊墻出現(xiàn)多點涌水。并在AK4+697m處底板出露一股大水流,估計流量在70L/s左右。

BEAM及地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報成果比較:兩種方法都預(yù)報了這一地質(zhì)異常段,BEAM預(yù)報異常位置反映在AK4+694樁號附近,地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報范圍、位置與實際開挖基本相符,同時,地質(zhì)雷達(dá)在洞軸延長線方向和掌子面左右斜前方的預(yù)報反映較全面。

3總體評價

(1)BEAM是一種電阻率數(shù)值預(yù)報方法,成果主要依據(jù)巖體電阻率值的低異常進(jìn)行判別,目前只掌握了二維層面的技術(shù),二維技術(shù)對前方較大的巖性變化界面、巖石破碎情況和含水情況預(yù)報具有一定的準(zhǔn)確性和有效性,但對前方出現(xiàn)的裂隙、溶隙、溶蝕破碎及滲流水等較小異常體及現(xiàn)象的反映不如地質(zhì)雷達(dá)明顯。

(2)BEAM用于鉆爆開挖施工必須每天進(jìn)行測量、臺車配合,如斷斷續(xù)續(xù),資料將無法分析,造成資料報廢,所以,需要施工緊密配合。

(3)BEAM法在實際隧洞超前地質(zhì)預(yù)報中雖然不失為一種先進(jìn)的預(yù)測方法,但隧洞超前地質(zhì)預(yù)報涉及到的技術(shù)參數(shù)和影響組合因素眾多,如何從眾多信息中收集有用、真實的信息,是一項極其復(fù)雜而且系統(tǒng)的工作。因此,整合各種技術(shù)方法進(jìn)行綜合超前預(yù)報,才是提高預(yù)報準(zhǔn)確性、科學(xué)性的有效手段。

參考文獻(xiàn)

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