閆占豹，郭志陽，楊 帆，劉 凱

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

物探在水電站巖塞爆破工程勘察中的應用

閆占豹，郭志陽，楊 帆，劉 凱

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

中水東北勘測設計研究有限責任公司在巖塞爆破工程的設計上積累了豐富的經驗。通過工程物探可有效提高勘察效率和精度，為巖塞爆破的設計及施工提供豐富準確的勘察資料。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字成像及電磁波CT的應用效果。

巖塞爆破；工程物探；鉆孔數字成像；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。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，仍采用了鉆孔數字成像方法，同時為了查明兩個鉆孔之間的地質情況，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差異，來直接或間接確定地下地質體的范圍及特征。工程物探是解決地質問題的一種現代化的勘察方法，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，地質雷達，層析成像，彈性波測試等。對于不同的地質體，應根據物性差異選擇相應的物探方法。在劉家峽水電站的巖塞爆破勘察中，采用的主要是鉆孔數字成像和電磁波CT的物探方法。

3 鉆孔數字成像應用效果

3.1 鉆孔數字成像原理

鉆孔數字成像原理是采用井下全景攝像機攝取孔壁四周圖像，采用先進的DSP圖像采集與處理技術，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)的數字圖像，圖像自左到右與鉆孔0°～360°孔壁相對應，圖像上可清晰的觀察巖層的節(jié)理、裂隙、斷層、薄層等地質現象，并可精確量取結構面的傾向、傾角，裂隙的寬度等數據。

3.2 排沙洞巖塞口F7斷層勘察結果

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

3.3 凈水廠輸水隧洞巖塞口勘察結果

凈水廠輸水隧洞巖塞口的主要任務是查明巖塞口的結構面位置及產狀，破碎帶的位置及規(guī)模，共在10個鉆孔中進行了鉆孔數字成像工作。鉆孔數字成像的統(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斷層鉆孔數字成像成果表

通過鉆孔數字成像的統(tǒng)計成果，可查明巖塞口結構面的類型、位置及產狀，破碎帶的位置及發(fā)育程度。

4 電磁波CT應用效果

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，根據不同位置上接收的場強大小，使用計算機層析成像技術，反演兩孔間地下地質體對電磁波吸收系數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，減小程度與地質體視吸收系數βs的大小成正比。由于不同物理性質的地質體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體的吸收系數分布圖。依據圖上βs的大小和等值線的位置、形態(tài)、結合地質及鉆孔資料推測地下構造破碎帶的位置、規(guī)模及產狀。

4.2 凈水廠輸水隧洞巖塞口勘察結果

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

根據剖面圖，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，結合各鉆孔的平面位置及地質資料，可推測兩孔間構造破碎帶的產狀及規(guī)模，達到追蹤構造破碎帶的目的。

5 結 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，爆破技術復雜，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。根據勘察的目的及精度要求，在鉆探的基礎上，針對性的采用了物探方法中的鉆孔數字成像及電磁波CT工作，快捷精確查明了巖塞口處結構面、斷層破碎帶等地質體的位置、產狀及規(guī)模，為爆破設計及施工提供了豐富準確的地質信息，取得了良好的應用效果。

［1］黃紹鈞等.水下巖塞爆破技術［M］.水利電力出版社，1993.

［2］顧孝同.國內工程CT技術的發(fā)展與應用［J］.工程地球物理學報，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用［J］.人民長江，2003，34（11）：26-27.

1002－0624（2016）09－0046－02

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2016-05-09