物探在水電站巖塞爆破工程勘察中的應(yīng)用

閆占豹，郭志陽，楊 帆，劉 凱

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

物探在水電站巖塞爆破工程勘察中的應(yīng)用

閆占豹，郭志陽，楊 帆，劉 凱

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司在巖塞爆破工程的設(shè)計上積累了豐富的經(jīng)驗。通過工程物探可有效提高勘察效率和精度，為巖塞爆破的設(shè)計及施工提供豐富準(zhǔn)確的勘察資料。文中依托劉家峽水電站排沙洞及凈水廠輸水隧洞的巖塞爆破勘察，講述了工程物探方法中的鉆孔數(shù)字成像及電磁波CT的應(yīng)用效果。

巖塞爆破；工程物探；鉆孔數(shù)字成像；電磁波CT

1 概 況

劉家峽水電站位于黃河上游，是西北電網(wǎng)中的大型骨干電站。自1969年4月第一臺機組發(fā)電以來，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟效益及社會效益。為了解決劉家峽水電站壩前泥沙淤積問題，于2015年完成了洮河口排沙洞的建設(shè)。排沙洞巖塞爆破口位于洮河出口，最大水深70 m，最大淤泥層厚30 m，勘察難度較大。為了提高勘察效率及精度，在排沙洞巖塞口的勘察中采用了鉆孔數(shù)字成像方法，取得了良好的效果。在2016年的蘭州市水源地凈水廠輸水隧洞的巖塞口的勘察中，仍采用了鉆孔數(shù)字成像方法，同時為了查明兩個鉆孔之間的地質(zhì)情況，又采用孔間電磁波CT的物探方法。

2 工程物探

工程物探是工程勘察的重要方法之一。它通過儀器觀測地下巖土層的物性參數(shù)差異，來直接或間接確定地下地質(zhì)體的范圍及特征。工程物探是解決地質(zhì)問題的一種現(xiàn)代化的勘察方法，方法較多，在水利水電工程勘察中常用的有電法勘探，地震勘探，地質(zhì)雷達(dá)，層析成像，彈性波測試等。對于不同的地質(zhì)體，應(yīng)根據(jù)物性差異選擇相應(yīng)的物探方法。在劉家峽水電站的巖塞爆破勘察中，采用的主要是鉆孔數(shù)字成像和電磁波CT的物探方法。

3 鉆孔數(shù)字成像應(yīng)用效果

3.1 鉆孔數(shù)字成像原理

鉆孔數(shù)字成像原理是采用井下全景攝像機攝取孔壁四周圖像，采用先進(jìn)的DSP圖像采集與處理技術(shù)，實時地采集、處理、保存得到由磁北開始順時針方向展開的全孔壁連續(xù)的數(shù)字圖像，圖像自左到右與鉆孔0°～360°孔壁相對應(yīng)，圖像上可清晰的觀察巖層的節(jié)理、裂隙、斷層、薄層等地質(zhì)現(xiàn)象，并可精確量取結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角，裂隙的寬度等數(shù)據(jù)。

3.2 排沙洞巖塞口F7斷層勘察結(jié)果

排沙洞巖塞口的主要任務(wù)是查明F7斷層的位置及產(chǎn)狀，通過在6個鉆孔中進(jìn)行鉆孔數(shù)字成像觀測，得到F7斷層鉆孔數(shù)字成像成果，見表1。通過表1，可精確追蹤斷層在巖塞口的位置及產(chǎn)狀。

3.3 凈水廠輸水隧洞巖塞口勘察結(jié)果

凈水廠輸水隧洞巖塞口的主要任務(wù)是查明巖塞口的結(jié)構(gòu)面位置及產(chǎn)狀，破碎帶的位置及規(guī)模，共在10個鉆孔中進(jìn)行了鉆孔數(shù)字成像工作。鉆孔數(shù)字成像的統(tǒng)計成果為：巖塞口節(jié)理裂隙較發(fā)育，部分層理張開。裂隙平均發(fā)育密度為1.72條/m。主要裂隙傾向為Ⅱ、Ⅳ象限，其中Ⅱ象限主要為層理發(fā)育，傾向多在118°～148°，傾角在∠22°～∠46°，Ⅳ象限為本區(qū)主要節(jié)理發(fā)育，傾向多在322°～351°，傾角在∠20°～∠35°及∠51°～∠72°。多數(shù)節(jié)理裂隙寬度在0.2～1.0 cm之間。破碎帶及節(jié)理密集帶寬度多在18.1～133.3 cm之間，10個鉆孔中破碎帶及節(jié)理密集帶總寬度為989.3 cm，占測試孔段的3.39%。

表1 F7斷層鉆孔數(shù)字成像成果表

通過鉆孔數(shù)字成像的統(tǒng)計成果，可查明巖塞口結(jié)構(gòu)面的類型、位置及產(chǎn)狀，破碎帶的位置及發(fā)育程度。

4 電磁波CT應(yīng)用效果

4.1 電磁波CT原理

電磁波CT法是利用電磁波在兩個鉆孔中分別發(fā)射和接收，根據(jù)不同位置上接收的場強大小，使用計算機層析成像技術(shù)，反演兩孔間地下地質(zhì)體對電磁波吸收系數(shù)分布的一種地下地球物理勘探方法。

電磁波在地下傳播過程中，由于地質(zhì)體吸收了一部分電磁波能量而使場強減小，減小程度與地質(zhì)體視吸收系數(shù)βs的大小成正比。由于不同物理性質(zhì)的地質(zhì)體βs值之間存在差異，可以采用水平同步及全孔定點扇形掃描觀測方式，可獲得不同位置上（深度上）的場強Er資料，并使用計算機層析成像方法反演兩孔間的地下地質(zhì)體的吸收系數(shù)分布圖。依據(jù)圖上βs的大小和等值線的位置、形態(tài)、結(jié)合地質(zhì)及鉆孔資料推測地下構(gòu)造破碎帶的位置、規(guī)模及產(chǎn)狀。

4.2 凈水廠輸水隧洞巖塞口勘察結(jié)果

通過在凈水廠輸水隧洞巖塞口的ZK04-ZK05，ZK05-ZK06的2對鉆孔中進(jìn)行電磁波CT工作，得到了一幅βs等值線剖面。

根據(jù)剖面圖，可劃分剖面上的正常區(qū)，βs＞0.2，圖中繪制成白色及灰白色部分，及異常區(qū)，βs＞0.2，圖中繪制成的灰黑色部分，結(jié)合各鉆孔的平面位置及地質(zhì)資料，可推測兩孔間構(gòu)造破碎帶的產(chǎn)狀及規(guī)模，達(dá)到追蹤構(gòu)造破碎帶的目的。

5 結(jié) 語

劉家峽水電站巖塞爆破為世界上淤泥層最厚的高水頭大型巖塞爆破，巖塞體爆破體量大，深厚淤泥層多年固結(jié)，爆破技術(shù)復(fù)雜，施工難度大。對于巖塞口的勘察來說，具有勘察難度大，精度要求高的特征。根據(jù)勘察的目的及精度要求，在鉆探的基礎(chǔ)上，針對性的采用了物探方法中的鉆孔數(shù)字成像及電磁波CT工作，快捷精確查明了巖塞口處結(jié)構(gòu)面、斷層破碎帶等地質(zhì)體的位置、產(chǎn)狀及規(guī)模，為爆破設(shè)計及施工提供了豐富準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，取得了良好的應(yīng)用效果。

［1］黃紹鈞等.水下巖塞爆破技術(shù)［M］.水利電力出版社，1993.

［2］顧孝同.國內(nèi)工程CT技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報，2009，18（1）：99-109.

［3］付暉.電磁波CT在水利水電工程巖溶探測中的應(yīng)用［J］.人民長江，2003，34（11）：26-27.

1002－0624（2016）09－0046－02

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2016-05-09