杜春強(qiáng) 宋洪江 王君樓

摘要:錦屏二級(jí)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(wèn)題尤為突出,為進(jìn)一步探測(cè)隧洞前方不良地質(zhì)現(xiàn)象,引進(jìn)德國(guó)研發(fā)的目前較為先進(jìn)的隧洞鉆孔電法超前預(yù)報(bào)方法(簡(jiǎn)稱BEAM)。論文結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)及開(kāi)挖情況對(duì)BEAM方法作了初步認(rèn)識(shí)及評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞:BEAM地質(zhì)雷達(dá)引水隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)

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

BEAM是一種專門(mén)適用于隧洞探測(cè)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(wú)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(chǎng),以便有效、精確測(cè)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(cè)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(gè)組合控制開(kāi)關(guān),由電法主控制機(jī)按一定的程序進(jìn)行測(cè)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(cè)量多個(gè)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(shí)時(shí)測(cè)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(shí)際意義。

1工程實(shí)例概況

AK4+439～AK4+469洞段出露地層為T(mén)32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T(mén)2b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(kāi)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(hào)處底板出露一股大水流,估計(jì)流量在70L/s左右。

2BEAM測(cè)試成果同表面地質(zhì)雷達(dá)和實(shí)際開(kāi)挖的比較

BEAM預(yù)報(bào)試驗(yàn)洞段,同時(shí)也進(jìn)行了表面雷達(dá)預(yù)報(bào),現(xiàn)結(jié)合開(kāi)挖結(jié)果對(duì)其進(jìn)行分析、比較。BEAM及地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)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(duì)較好,這與開(kāi)挖實(shí)際情況相吻合。同時(shí)對(duì)部分預(yù)報(bào)的異常位置及規(guī)模與實(shí)際開(kāi)挖情況進(jìn)行對(duì)比。

(1)AK4+460～AK4+496段BEAM法預(yù)報(bào):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(méi)有”到“很小”;AK4+469～AK4+480段巖石中等破碎且少量含水。同時(shí)雷達(dá)預(yù)報(bào)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(bào)與雷達(dá)預(yù)報(bào)的結(jié)果比較吻合。從實(shí)際開(kāi)挖情況來(lái)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(bào)與實(shí)際情況吻合較好。

(2)AK4+637～AK4+673段BEAM法預(yù)報(bào):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(guò)渡;同時(shí)表面雷達(dá)也預(yù)報(bào)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(bào)與雷達(dá)預(yù)報(bào)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(guò)渡。從實(shí)際開(kāi)挖情況來(lái)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(bào)與實(shí)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(guò)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(hào)AK4+694～AK4+701段巖體由中等破碎逐漸向完整過(guò)渡,地層由少量含水向不含水過(guò)渡。

(4)雷達(dá)預(yù)報(bào)成果解釋:掌子面前方AK4+693～AK4+714樁號(hào)段存在異常,推斷為溶蝕裂隙密集帶,含水;樁號(hào)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(kāi)挖驗(yàn)證情況:樁號(hào)AK4+693～AK4+712段為裂隙密集帶,樁號(hào)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(diǎn)涌水。并在AK4+697m處底板出露一股大水流,估計(jì)流量在70L/s左右。

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

3總體評(píng)價(jià)

(1)BEAM是一種電阻率數(shù)值預(yù)報(bào)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(duì)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(bào)具有一定的準(zhǔn)確性和有效性,但對(duì)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(kāi)挖施工必須每天進(jìn)行測(cè)量、臺(tái)車(chē)配合,如斷斷續(xù)續(xù),資料將無(wú)法分析,造成資料報(bào)廢,所以,需要施工緊密配合。

(3)BEAM法在實(shí)際隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中雖然不失為一種先進(jìn)的預(yù)測(cè)方法,但隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(shí)的信息,是一項(xiàng)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(bào),才是提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性、科學(xué)性的有效手段。

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