辛國平，由廣昊，劉建坤

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都，610072；2.四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，成都，610072)

物探檢測技術在長河壩水電站中的應用

辛國平1，由廣昊2，劉建坤1

(1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都，610072；2.四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，成都，610072)

本文簡要介紹鉆孔全景圖像、單孔聲波、對穿聲波、聲波反射法、地質雷達檢測、超聲波混凝土測缺、超聲波回彈等物探方法，在長河壩水電站各工程部位檢測中的應用情況及效果評價等。

長河壩水電站 物探技術 應用

1 概述

長河壩水電站是大渡河流域水電梯級近期開發(fā)的大型水電工程之一，電站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境內，地處大渡河上游金湯河口以下約 4km～7km河段，距上游的丹巴縣約85km，距下游的瀘定縣為50km，距成都約360km。長河壩水電站壩型為礫石土心墻堆石壩，壩址處控制流域面積56648km2，多年平均流量839m3/s。水庫正常蓄水位1690m，正常蓄水位以下庫容約10.15億m3，總庫容為10.75億m3，調節(jié)庫容為4.15億m3，具有季調節(jié)能力。最大壩高240m，裝機容量2600MW。輸水建筑物布置在壩址左岸，主要由進水口、壓力管道、尾水調壓室和尾水洞等組成。三條泄洪洞布置于右岸，從左至右依次為深孔泄洪洞(以下稱1＃泄洪洞)、1＃開敞式泄洪洞(以下稱2＃泄洪洞)和2＃開敞式泄洪洞(以下稱3＃泄洪洞)，三條泄洪洞大致平行布置。

根據大渡河長河壩水電站的工程特性，其主要地球物理檢測內容有8個，包括:(1)固結灌漿質量檢測效果；(2)帷幕灌漿質量檢測效果；(3)地下廠房巖體松弛卸荷深度；(4)防滲墻質量檢測；(5)錨桿及錨索錨固質量檢測；(6)混凝土裂縫深度檢測；(7)隧洞襯砌質量檢測；(8)鋼襯脫空檢測。

2 物探解決方案

大渡河長河壩水電站主要工程地球物理問題物探解決方案，依據其地質特點及工程特性，解決這些問題需要11種工程物探方法。包括單孔聲波、穿透聲波、表面聲波、聲波雙面斜測法、聲波反射法、脈沖回波、鉆孔全景圖像、探地雷達法、錨桿質量檢測、超聲回彈混凝土強度檢測、電測深(高密度電法)、地震測井等方法。

根據長河壩水電站工程特性結合需要解決的物探檢測問題，分析各物探方法在長河壩電站的具體應用。

2.1 固結灌漿質量檢測

測試固結灌漿前后巖體波速值或通過鉆孔全景圖像等，觀測裂隙、裂縫的充填情況。主要進行單孔聲波、跨孔聲波、鉆孔全景圖像等物探檢測，分析各類巖體波速提高情況，結合固結灌漿試驗資料，配合設計、地質人員建立各巖級固結灌漿試驗驗收標準，綜合評價巖體固結灌漿效果。

長河壩水電站建基巖體較破碎部位進行了大量的固結灌漿工作，主要在大壩兩岸坡、泄洪放空系統(tǒng)邊坡、泄洪洞、尾水洞、壓力管道以及泄洪洞、引水洞進口基礎等部位。

2.1.1 大壩兩岸坡

長河壩水電站大壩左岸壩肩邊坡固結灌漿，共進行了81個單元單孔聲波測試，各單元灌前聲波平均速度為 4033m/s～4798m/s，灌后為4484m/s～5024m/s，提高率為1.67% ～18.03%。右岸壩肩邊坡共進行了74個單元單孔聲波測試，各單元灌前聲波平均速度為3732m/s～4794m/s，灌后為4369m/s～5056m/s，提高率為0.33% ～19.13%。

根據《四川省大渡河長河壩水電站大壩基巖地基固結灌漿施工技術要求》，長河壩水電站兩岸坡固結灌漿灌后巖體平均聲波速度及測點波速分布滿足設計要求。

2.1.2 放空洞

放空洞進口塔基礎固結灌漿目前進行了1～2單元的單孔聲波測試，灌前各單元平均聲波速度為 4441m/s～4656m/s，灌后為 4927m/s～5006m/s，提高率為7.5%～10.9%。

2.1.3 泄洪洞

1＃泄洪洞進口塔基礎固結灌漿1～3單元，灌前各單元平均聲波速度為4014m/s～4197m/s，灌后為 4364m/s～4486m/s，提高率為 6.86% ～9.61%。

1＃泄洪洞洞身各單元單孔聲波平均波速灌前為3871m/s～4330m/s，灌后為4268m/s～4779 m/s，巖體灌后聲波波速較灌前聲波波速有所提高，提高率為7.4%～11.8%。

2＃泄洪洞洞身各單元單孔聲波平均波速灌前為3847m/s～4736m/s，灌后為4218m/s～4884 m/s，巖體灌后聲波波速較灌前聲波波速有所提高，提高率為2.74%～12.6%。

2＃泄洪洞挑坎，平均單孔聲波波速灌前為3961m/s，灌后為4376m/s，巖體灌后聲波波速較灌前聲波波速有所提高，提高率為10.48%。

3＃泄洪洞進口塔體基礎固結灌漿2單元，平均單孔聲波波速灌前為4197m/s，灌后為4652 m/s，提高率為11.1%。

3＃泄洪洞洞身無蓋重固結灌漿試驗區(qū)，進行了1個單元的單孔聲波和全景圖像測試，灌前各單元平均聲波速度為4452m/s，灌后為4783m/s，提高率為7.43%。全景圖像表明，試驗區(qū)巖體較完整，裂隙以微張～張開為主，灌后巖體裂隙已填充水泥結石。

3＃泄洪洞洞身各單元單孔聲波平均波速灌前為4105m/s～4878m/s，灌后為4617m/s～5155 m/s，巖體灌后聲波波速較灌前有所提高，提高率為5.68%～13.3%。

2.1.4 引水洞

引水洞進口塔基礎進行了23個單元的單孔聲波測試，其中進行了1、3單元共3組試驗區(qū)測試，試驗區(qū)灌前各單元平均聲波速度為4248m/s～4579m/s，灌后為4537m/s～4864m/s，提高率為2.7%～14.5%；1～16單元為有蓋重固結灌漿，灌前各單元平均聲波速度為3931m/s～4713m/s，灌后為4158m/s～5018m/s，提高率為2.19% ～18.4%；17～23單元無蓋重固結灌漿灌后單孔聲波平均速度為3760m/s～4296m/s。

2.1.5 尾水洞

2＃尾水洞進行了1個單元灌前灌后聲波檢測工作，平均單孔聲波速度灌前為4660m/s，灌后為4915m/s，提高率為 5.5%；對穿聲波灌前為4489m/s，灌后為4636m/s，提高率為3.3%。

2.2 帷幕灌漿質量檢測

長河壩水電站帷幕灌漿質量檢測，主要進行了鉆孔全景圖像測試，副防滲墻墻下帷幕進行了聲波測試。

2.2.1 左右岸三角區(qū)帷幕

長河壩左右岸三角區(qū)帷幕及灌漿平硐帷幕鉆孔全景圖像測試成果表明，巖體較完整，局部裂隙發(fā)育，以緩傾角裂隙為主，部分裂隙可見水泥漿液充填。

2.2.2 副防滲墻

副防滲墻墻下基巖巖體較破碎，裂隙發(fā)育、以緩傾角為主。帷幕灌漿效果較好，裂隙普遍填充水泥結石；灌后聲波波速較高，聲波曲線起伏較小，平均聲波波速一般在4670m/s～4990m/s。

2.3 回填灌漿檢測

利用鉆孔全景圖像、地質雷達、垂直聲波反射法，檢測回填灌漿后混凝土與圍巖之間是否存在不密實區(qū)及位置、規(guī)模等。主要針對洞室回填灌漿密實度進行檢測，一般采用探地雷達法、垂直聲波反射法，檢測出回填灌漿不密實區(qū)和脫空區(qū)域的位置、規(guī)模等，為后期處理提供依據。

長河壩水電站主要進行了探洞回填鉆孔全景圖像檢測工作及尾水洞襯砌回填地質雷達檢測工作。

2.3.1 勘探平洞回填

XPD11勘探平洞回填效果檢查共進行了13個鉆孔全景圖像測試。測試成果表明，探洞頂部部分位置存在0.3m～1.5m高度空腔，經灌漿處理后混凝土與基巖膠接密實。

XPD10－2勘探平洞灌前CZ4CW9－1－3－3鉆孔全景圖像表明，該孔巖體較完整，部分孔段緩傾角裂隙發(fā)育，23.3m～25.5m為探洞。其中，23.3m～23.5m為空腔，23.5m～25.5m為回填混凝土。

2.3.2 尾水洞回填灌漿

1＃尾水洞進行了0＋128m～0＋250m樁號段頂拱回填灌漿質量地質雷達檢測工作。檢測結果表明，頂拱及左右拱角存在輕微脫空和脫空異常。異常段長度占測試段長度的7.62%。

2.3.3 泄洪洞回填灌漿

1＃～3＃泄洪洞部分洞段頂拱回填灌漿后，進行了地質雷達檢測。從檢測結果來看，回填灌漿效果總體較好，2＃、3＃泄洪洞檢查洞段未發(fā)現(xiàn)異常，1＃泄洪洞共發(fā)現(xiàn)5處異常，主要為脫空、輕微脫空和接觸不密實。

2.4 混凝土防滲墻質量檢測

長河壩主、副防滲墻檢測主要采用了跨孔聲波、聲波CT、鉆孔全景圖像等方法進行檢測，檢測結果為:

主防滲墻墻體聲波測試成果表明，壩基主防滲墻混凝土澆筑較均勻，密實性較好，僅局部存在低波速異常，分布不連續(xù)、不集中。單孔平均聲波速度4232m/s～4377m/s，墻體對穿聲波平均波速在4200m/s～4547m/s，發(fā)現(xiàn)有15處混凝土聲波波速低于設計值，聲波波速為3594m/s～3779 m/s。其中，有4處缺陷經過灌漿處理后聲波波速大于設計值。

鉆孔全景圖像資料反映，墻體混凝土總體澆注密實性較好，局部存在缺陷異常。其中，有3條5mm～15mm寬張開水平縫，一條閉合水平縫，一條豎向裂縫；2處混凝土離析。

主防滲墻墻體與基礎接觸部位聲波波速較低，平均單孔聲波波速2393m/s～4400m/s，平均對穿聲波波速3330m/s～4242m/s；鉆孔全景圖像反映接觸部位含浮渣，局部呈空腔。

副防滲墻通過單孔聲波、對穿聲波及CT成像成果綜合反映壩基副防滲墻混凝土澆筑總體較均勻、密實性較好，僅局部存在低波速異常，分布不連續(xù)、不集中。單孔平均聲波速度4322m/s～4470m/s，墻體對穿聲波平均波速在4200m/s～ 4481m/s，發(fā)現(xiàn)16處聲波速度低于3850m/s。

副防滲墻通過鉆孔全景圖像成果反映墻體混凝土總體澆注密實性較好，局部存在混凝土欠密實及混凝土夾泥。

副防滲墻墻體底部與基礎接觸部位單孔聲波、對穿聲波和個鉆孔全景圖像成果表明，基礎接觸部位一般接觸較緊密、填充水泥結石，灌漿前聲波波速一般較低，平均聲波波速 3330m/s～4677m/s。

2.5 錨桿錨索錨固質量檢測

對于錨桿錨索錨固質量檢測，采取雙管齊下的方案，首先是選擇代表性地段對錨桿、錨索孔進行鉆孔全景圖像測試，觀察孔中不良地質體的發(fā)育情況；其次是對錨桿錨索錨固質量進行聲波無損檢測，檢測其長度、密實度和缺陷。

2.5.1 錨桿

長河壩水電站錨桿檢測，共測試了5198根錨桿。其中，大壩邊坡檢測297根，引水發(fā)電系統(tǒng)洞室及邊坡檢測3597根，泄洪放空系統(tǒng)洞室及邊坡檢測1158根，中期導流洞洞室及邊坡檢測149根。其主要問題是少數抽檢錨桿砂漿飽滿度低于規(guī)范或設計要求，在泄洪洞出口邊坡抽檢到2根錨桿長度小于設計要求，6根錨桿全空漿。

2.5.2 錨索孔

長河壩水電站右岸泄洪放空系統(tǒng)邊坡，共抽檢110個錨索孔錨固段單孔聲波測試。其中，8個錨索孔只進行了錨固段巖體灌前測試，102個錨索孔進行了灌后測試。

泄洪洞進口邊坡A區(qū)共測試45個錨索孔，高程分布為1825m～1880m，錨固段灌前平均聲波波速為2517m/s～3152m/s，錨固段灌后平均波速為2838m/s～4708m/s。其中，43個孔錨固段巖體灌后單孔聲波波速大于3000m/s，滿足設計要求；1孔(XJAMS－14，高程1825m)錨固段巖體灌后單孔聲波波速小于3000m/s(為2838m/s，無灌前)，1孔(XJAM8－6，高程1825m)錨固段巖體只進行灌前測試，灌前單孔聲波波速小于3000m/ s(為2815m/s)。

泄洪洞進口邊坡B區(qū)共測試42個錨索孔，高程分布為1770m～1820m，錨固段灌前平均聲波波速為2256m/s～2926m/s，錨固段灌后平均波速為2727m/s～4384m/s。其中，36個孔錨固段巖體灌后單孔聲波波速大于3000m/s，滿足設計要求；3孔(XJBMS10－14、XJBMS11－17、XJBMS11－20，高程1815m～1820m)錨固段巖體灌后單孔聲波波速小于3000m/s(為2727m/s～2994m/s)，3孔(XJBMS7－14、XJBMS7－15、XJBMS8－14，高程1800m～1805m)錨固段巖體只進行灌前測試，灌前單孔聲波波速小于3000m/s(為2769m/s～2887m/s)。

泄洪洞進口邊坡D區(qū)共測試23個錨索孔，高程分布為1755m～1830m，錨固段灌前平均聲波波速為2653m/s～2879m/s，錨固段灌后平均波速為3010m/s～3843m/s。其中，21個孔錨固段巖體灌后單孔聲波波速大于3000m/s，滿足設計要求；2孔(XJD2MS6－9、XJD2MS7－3，高程分布為1780m～1785m)錨固段只進行灌前測試，灌前單孔聲波平均波速小于3000m/s(為2846m/s～2879m/s)。

泄洪洞進口邊坡共進行了8個錨索孔全孔聲波測試，為護壁灌漿后測試。綜合分析可能邊坡中部存在一段較高波速的巖體，聲波速度在4000m/s～4700m/s，從邊坡頂部到底部埋深呈增加趨勢，水平埋深為42m～58m，長度約為10m。

長河壩水電站右岸泄洪洞進口邊坡共進行了12個鉆孔全景圖像測試，總體分析可得，進口邊坡巖體破碎與較破碎交替出現(xiàn)，裂隙較發(fā)育，以陡頃裂隙為主，在A區(qū)左下側、D2和C區(qū)存在局部較完整巖體，在空間(高程1740m～1830m)上大致呈現(xiàn)小傾角豎直帶狀，水平深度為46m～60m，與全孔聲波分析結果一致。

泄洪洞出口邊坡A區(qū)共測試18個錨索孔錨固段，錨固段灌后平均波速為3510m/s～4519 m/s，波速大于3000m/s，滿足設計要求。

泄洪洞出口邊坡B區(qū)共測試41個錨索孔錨固段。其中，2孔只進行了灌前測試，39孔進行了灌后測試。2個錨索孔錨固段灌前平均波速為3892m/s～4458m/s，波速大于3000m/s，滿足設計要求；38個錨索孔錨固段灌后平均波速為3391m/s～4513m/s，波速大于3000m/s，滿足設計要求；1個錨索孔由于上斜孔，無有效數據。

泄洪洞出口邊坡C區(qū)共測試5個錨索孔，錨固段灌后單孔聲波平均波速為3760m/s～4165 m/s，波速大于3000m/s，滿足設計要求。

泄洪洞出口邊坡共進行了2個錨索孔和2個監(jiān)測孔全孔聲波測試，為護壁灌漿后測試。綜合分析可能邊坡中偏上游部的深部存在聲波速度較高的巖段，聲波速度在4600m/s水平埋深呈現(xiàn)沿斜下游方向增加，水平埋深為22m～43m，長度為從埋深到孔底。

長河壩水電站右岸泄洪洞出口邊坡根據任務要求和施工情況，共進行了12個鉆孔全景圖像測試，初步分析得出，邊坡的淺部巖體較破碎，深部巖體較完整；在邊坡上游側，高程1570m～1700m范圍內，較完整巖體埋深沿斜下游方向增加，從邊坡中上部到右下部的水平埋深為22m～46m，與全孔聲波分析結果一致；邊坡下游側測孔較少，僅能得出在下游側靠近中部，高程1610m～1660m范圍內水平埋深40m～50m處見較完整巖體

2.6 地震縱橫波測試

長河壩水電站大壩基坑覆蓋層共進行了45個單元灌后地震縱橫波測試，4個單元灌前、灌后地震縱橫波測試。灌前地震縱波速度為1384m/s～1520m/s，地震橫波速度為318m/s～338m/s；灌后地震縱波速度為1825m/s～2469m/s，地震橫波速度為584m/s～911m/s。

根據《四川省大渡河長河壩水電站大壩覆蓋層地基固結灌漿灌后技術要求》，灌后地震波測試要求縱波、橫波分別較灌后平均提高不低于40%和60%，且縱波波速不低于1600m/s，橫波波速不低于500m/s。

長河壩水電站大壩基坑覆蓋層地震縱橫波灌后平均速度滿足設計要求，由于灌前資料較少，故不能對提高率進行評價。

2.7 巖體質量檢測

長河壩水電站地下廠房、主變室、尾調室均進行了長觀孔的多次聲波測試。

地下廠房1491m高程長觀孔多次觀測聲波曲線形態(tài)基本一致，局部測試孔段巖體聲波波速出現(xiàn)小變化，長觀孔巖體聲波波速除孔口段松弛段外，基本無較大衰減。測試孔孔口段0～2m孔段1～5月期間，巖體聲波波速累計衰減率10%～15%；測試孔2m～5m孔段1～5月期間，巖體聲波波速累計衰減率2%～9%；測試孔5m～10m孔段1～5月期間，巖體聲波波速累計衰減率3%～6%；測試孔10m以上孔段1～5月期間，巖體聲波波速基本無衰減。

地下廠房1501m～1503m高程長觀孔多次觀測聲波曲線形態(tài)基本一致，局部測試孔段巖體聲波波速出現(xiàn)小變化，長觀孔巖體聲波波速除孔口段松弛段外，基本無較大衰減。測試孔孔口段0～2m孔段半月～7月期間，除CF1501－2S鉆孔聲波波速累計衰減率5.2%外，巖體聲波波速累計衰減率12%～28%；測試孔2m～5m孔段半月～7月期間，巖體聲波波速累計衰減率2% ～10%；測試孔5m～10m孔段半月～7月期間，巖體聲波波速累計衰減率0～8%；測試孔10m以上孔段半月～7月期間，巖體聲波波速基本無衰減。

主變室1489m高程長觀孔多次觀測聲波曲線形態(tài)基本一致，局部測試孔段巖體聲波波速出現(xiàn)小變化，長觀孔巖體聲波波速除孔口段松弛段外，基本無較大衰減。測試孔孔口段0～2m孔段半月～8月期間，巖體聲波波速累計衰減率7%～14%；測試孔2m～5m孔段半月～8月期間，巖體聲波波速累計衰減率10%～15%；測試孔5m～10m孔段半月～8月期間，巖體聲波波速累計衰減率5%～14%；測試孔10m以上孔段半月～8月期間，巖體聲波波速基本無衰減。

尾調室1512m高程長觀孔多次觀測聲波曲線形態(tài)基本一致，局部測試孔段巖體聲波波速出現(xiàn)小變化，長觀孔巖體聲波波速除孔口段松弛段外，基本無較大衰減。測試孔孔口段0～2m孔段1～9月期間，巖體聲波波速累計衰減率0～13%；測試孔2m～5m孔段1～9月期間，巖體聲波波速累計衰減率4%～7%；測試孔5m～10m孔段1～9月期間，巖體聲波波速累計衰減率4%～6%；測試孔10m以上孔段1～9月期間，巖體聲波波速基本無衰減。

2.8 混凝土質量檢測

長河壩水電站廠房進水口J2MS18－2錨墩進行了混凝土超聲回彈綜合法檢測工作，檢測結果表明平均強度為32.1MPa，最小值為29.6MPa，現(xiàn)齡期(測試時)混凝土強度為30.3MPa。

長河壩水電站大壩廊道及刺墻進行了聲波雙面斜測法裂縫檢測工作，化學灌漿前測試結果表明，廊道3＃裂縫未貫穿深度為50cm～150cm，多數位置已貫穿；6＃裂縫深度為33cm～150cm；12＃、17＃裂縫深度小于40cm。廊道外側18＃、19＃裂縫，測線通過樁號段裂縫深度較淺，多數裂縫深度小于10cm，僅3個位置裂縫深度在20cm～70cm。廊道外側21＃裂縫:①號測線裂縫深度較淺，為閉合裂縫；②、③號測線裂縫深度為110cm。廊道外側22＃、23＃裂縫深度為50cm～80cm。刺墻253、290樁號裂縫均為張開貫穿裂縫?；瘜W灌漿灌后測試結果表明，多數裂縫填充密實，灌漿效果較好，少數裂縫為有一定填充～填充基本密實。

長河壩水電站大壩廊道樁號縱0＋214m～縱0＋220m之間進行了雙面對測法混凝土密實度檢測，檢測結果為混凝土平均聲波速度在4034m/s～4448m/s之間，各測線聲波速度波動較小，測區(qū)混凝土除裂縫影響外，混凝土均勻、密實。

3 結語

物探技術經過近些年來的不斷進步與發(fā)展，已經逐漸在各種工程施工監(jiān)測中得到了大范圍的應用。在水利水電工程建設中，通過物探檢測手段，不僅能夠準確事前預判未知的地質情況，為工程設計提供有力支持，節(jié)省工期，節(jié)約投資，同時也能夠在工程質量過程控制與評價中發(fā)揮重要作用。但我們也必須看到，任何一種檢測技術都不是萬能的，在實踐中，用對、用好檢測方法，發(fā)揮各種檢測技術的優(yōu)勢，才能達到“事前預判、事中控制、事后評價”的目的。長河壩水電站開展的物探檢測方法眾多，針對不同的質量檢測問題，采取不同的物探方法，取得的檢測效果明顯。

〔1〕中國水利電力物探科技信息網.工程物探手冊.北京:中國水利水電出版社，2011.

〔2〕李張明，張建清，趙鑫鈺.三峽工程地球物理探測技術理論與實踐.長江出版社，2008.

〔3〕張建清，陳敏等.水電工程施工質量物探檢測方法應用效果綜述[J].水利技術監(jiān)督，2009，12(2).

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2095－1809(2016)05－0065－05

辛國平(1969－)，男，重慶市人，教授級高級工程師，主要從事物探技術與管理工作；

劉建坤(1975－)，女，黑龍江哈爾濱人，工程師，主要從事水電工程施工技術與管理工作；

由廣昊(1975－)，男，黑龍江佳木斯人，工程師，主要從事水電工程建設技術與管理工作。