何國東（核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

應(yīng)用超聲波法對圍巖松弛帶的探測

何國東
（核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

摘要：本次是針對貴州省烏江構(gòu)皮灘水電站的右岸3#導(dǎo)流洞圍巖松弛帶的探測，右岸導(dǎo)流洞長達(dá)約800m，開挖斷面16×19m2，跨度達(dá)20m，高達(dá)25m，是洪水期間瀉洪主要設(shè)施之一，是大壩安全是一個(gè)保證。因?qū)Я鞫此幍牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在施工階段出現(xiàn)多次塌方，經(jīng)襯砌加固和灌漿處理后仍有部分地方出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，不但直接造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且在工程進(jìn)度上推延了工期，其原因?yàn)槭┕け圃斐傻膸r石松弛和灌漿效果的不理想。為此，本文對該導(dǎo)流洞用超聲波法進(jìn)行圈定巖石松弛帶，并評價(jià)灌漿效果，旨在為工程質(zhì)量提供詳實(shí)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超聲波法；圍巖松弛帶；灌漿評價(jià)

一、地質(zhì)概況及工作任務(wù)

貴州省烏江構(gòu)皮灘水電站位于烏江中游貴州省遵義市余慶縣境內(nèi)，電站為一等工程，主要永久性建筑物有混凝土拋物線型雙曲拱壩、左岸1#和2#導(dǎo)流洞、右岸3#導(dǎo)流洞、右岸電站廠房、左岸三級垂直升船機(jī)（緩建）等。

右岸3#導(dǎo)流洞開挖斷面面積為16×19m2，右岸導(dǎo)流洞長約800m，開挖斷面16×19m2，跨度達(dá)20m，高達(dá)25m。導(dǎo)流洞圍巖主要為P1m、P1q灰?guī)r，S、O2b、O1m粉砂巖及粘土巖，灰?guī)r分布洞段多屬Ⅱ、Ⅲ類圍巖，粘土巖等軟巖分布在下游及出口洞段，多屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖，穩(wěn)定性差或較差。約占總洞段的20%~30%，洞軸線與地層走向近于正交。導(dǎo)流洞存在進(jìn)出口邊坡、軟巖成洞及隧洞涌水等主要地質(zhì)問題。所以本次工作主要是針對分布在下游及出口洞段（K0+708~K0+800），開挖后由于爆破等因素形成的松弛帶厚度進(jìn)行補(bǔ)充探測，并對灌漿效果進(jìn)行評價(jià)。

二、超聲波測量的工作方法及儀器的性能參數(shù)

本次工作是根據(jù)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理部門的意見，在右岸3#導(dǎo)流洞的K0+708、K0+720、K0+731斷面布置了8個(gè)灌漿聲波檢查孔。每個(gè)斷面計(jì)劃布置2~3個(gè)孔，鉆孔間距為5m，孔徑要求為48mm~50mm，孔深為20m，在洞室斷面上呈扇型分布。由于在施工過程中，造孔工作難度較大，施工部門根據(jù)各斷面根據(jù)具體情況，實(shí)際成孔孔徑為42mm，孔深5m-15m不等。

根據(jù)鉆孔聲波測試的要求，儀器必須具有精度高且具有實(shí)時(shí)監(jiān)測波幅變化的功能，為了在采集過程中操作更加方便，減低人為因素的影響，儀器必須具備完全的一體化，集成高壓脈沖激勵、高速信號采集、聲參數(shù)的自動判讀、存貯、實(shí)時(shí)波形顯示、處理、分析、圖文打印、數(shù)據(jù)雙向通信等各種功能。武漢巖海公司制造的RS-ST01C型數(shù)字超聲波檢測儀具備上述的要求，該儀器的主要組成部分有：RS-ST01C主機(jī)、發(fā)射探頭和接收探頭、交流變壓器、電纜傳輸線等，孔內(nèi)設(shè)備采用蘇州萬象電子器件有限公司生產(chǎn)的一發(fā)雙收干孔換能器（源距0.3m，間距0.2m），儀器在工作時(shí)將測量時(shí)的發(fā)射探頭發(fā)射的聲波到達(dá)第一個(gè)接收探頭和第二個(gè)探頭的振幅和時(shí)間記錄并儲存起來，而且還可以自動判讀兩探頭之間的時(shí)間差△t。如圖2—4所示，L=0.3m，I=0.2m。通過兩探頭之間的距離除以時(shí)間差△t，即可得到該段巖體的波速V，這里的V指的是縱波的速度。在目前的聲波探測中，因?yàn)榭v波比較容易識讀，所以當(dāng)前主要是利用縱波進(jìn)行波速的測定的。

表1 3#導(dǎo)流洞K0+709灌前、K0+708灌后巖石Vp值對比表

三、野外數(shù)據(jù)采集

在出野外進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，應(yīng)當(dāng)對儀器進(jìn)行全面的檢查，確保儀器正常工作，傳輸線與儀器，傳輸線與傳輸線之間是否接好。具體方法是：將儀器各部件接好后，把探頭放進(jìn)一個(gè)充滿水的豎直鋼管內(nèi)，然后測量聲波在鋼管內(nèi)傳播時(shí)的△t，在計(jì)算出聲波在鋼管內(nèi)傳播的速度，用計(jì)算的速度與理論中聲波在鋼管中傳播的速度進(jìn)行比較，如果兩者差距較大，則應(yīng)對儀器進(jìn)行檢查，直到證明儀器正常工作為止，如果兩者差距較小，則證明儀器正常工作。

表2 3#導(dǎo)流洞K0+719灌前、K0+720灌后巖石Vp值對比表

四、灌漿效果的分析

1樁號K0+708斷面灌漿檢查孔

樁號K0+708斷面共布置有2個(gè)聲波檢測孔，實(shí)際檢測2孔，分別位于斷面的左邊墻、頂拱。測試孔深13.6m~15.4m，孔徑42mm。為便于比較灌漿效果的好壞，選取距檢查孔最近的K0+709斷面灌前聲波測試孔與之對比。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后其Vp值列于表1所示。

2樁號K0+720斷面灌漿檢查孔

樁號K0+720斷面共布置有3個(gè)聲波檢測孔，實(shí)際檢測3孔，分別位于斷面的左邊墻、頂拱、右邊墻。測試孔深11.0m~15.4m，孔徑42mm。為便于比較灌漿效果的好壞，選取距檢查孔最近的K0+719斷面灌前聲波測試孔與之對比。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后其Vp值列于表2所示。

3樁號K0+731斷面灌漿檢查孔

樁號K0+731斷面共布置有2個(gè)聲波檢測孔，實(shí)際檢測2孔，分別位于斷面的左邊墻、右邊墻。測試孔深11.6m~14.0m，孔徑42mm。為便于比較灌漿效果的好壞，選取距檢查孔較近的K0+734斷面灌前聲波測試孔與之對比。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后其Vp值列于表3所示。

表3 3#導(dǎo)流洞K0+734灌前、K0+731灌后巖石Vp值對比表

五、研究結(jié)論

通過對烏江構(gòu)皮灘水電站右岸3#導(dǎo)流洞松弛帶固結(jié)灌漿前后進(jìn)行單孔聲波檢測，獲得了大量的測試資料，經(jīng)認(rèn)真處理分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得出以下結(jié)論：

（1）單孔聲波檢測成果表明，單孔聲波檢測能有效的反映導(dǎo)流洞圍巖質(zhì)量和分布狀況。通過對巖體聲波速度的測定，計(jì)算聲波速度的變化率來圈定巖體松弛帶和評價(jià)巖體的灌漿效果。

（2）樁號K0+708、K0+720、K0+731斷面補(bǔ)充灌漿后聲波檢測資料（經(jīng)與相鄰孔灌前資料對比）表明：補(bǔ)充灌漿后聲波Vp值均有一定提高，其幅度在2.2%~13.2%之間，經(jīng)過與設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理的討論研究，并結(jié)合芯樣抗壓試驗(yàn)報(bào)告，對本次灌漿效果給予了肯定，同時(shí)對超聲波圈定松弛帶的有效性給予肯定。

（3）通過單孔聲波檢測過程的研究分析，發(fā)現(xiàn)單孔聲波檢測過程中存在的幾個(gè)問題：（a）聲波單孔檢測必須要打鉆孔，這務(wù)必在花費(fèi)很大經(jīng)濟(jì)和很多時(shí)間。（b）在所造的鉆孔當(dāng)中，都是垂直向上或向上傾斜，加大了灌水困難程度，同時(shí)也影響探頭和水，水與巖石的耦合程度，導(dǎo)致聲波圖形上會出現(xiàn)無法識別的波形圖，影響檢測工作的質(zhì)量。（c）單孔聲波檢測針對單孔周圍巖體的松動情況，不能對整個(gè)隧道巖體進(jìn)行快速連續(xù)的檢測，因此單孔聲波檢測方法存在片面性，并和其它方法相比，檢測速度偏慢。

參考文獻(xiàn)

[1]M.G.克爾茲.測井分析中的圖象處理[M].1996.

[2]肖柏勛，劉方文.人工高坡爆破與卸荷松動層檢測的一種新方法[J].1999.

[3]陳宗成.工程巖石聲波探測技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

中圖分類號：P631

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A