新疆水利水电工程地质勘测的主要方法研究

2014-04-02赵晖

黑龙江水利科技 2014年11期

关键词：时应工程地质勘测

赵晖

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000)

0 前言

随着经济水平得不断提高，人们对水利水电工程建设质量提出了更高要求，作为水利水电工程建设的基础工作—地质勘测引起了工程建设者的广泛关注，尤其地质勘测技术成为业内人士探讨的热门话题。

当前，新疆地区的水利水电工程地质勘测采用的方法有工程钻探和山地勘探、遥感技术以及工程物探等方法，下面逐一对其进行探讨。

1 工程钻探和山地勘探方法

工程钻探仍是当前获得地质状况的有效方法，而在山地勘探的常用方法有竖井和平硐勘探［1］。经多年发展，钻探和勘探技术日益成熟而且不断出现新的技术，为水利水电工程地质勘测工作的顺利进行提供了坚实的保障。常用的方法有6 种:砂卵石层钻进技术、金刚石钻进技术、金刚石绳索取芯钻进技术、套钻技术、软弱夹层钻技术和大口径钻探技术。

1.1 砂卵石层钻进技术

砂卵砾石层因具有厚度大、埋藏深、结构复杂、质地坚硬等特点，一直是水利水电工程钻探面临的技术难题［2］。后经大量的研究和实践，研究出了SM植物胶和MY －1A 植物胶冲洗液金刚石钻进法，显著提高了砂卵石层钻进效率。

实际施工时将膨润土、水、碱、SM 植物胶按照一定的比例配置成冲洗液应用到钻进施工中，凭借其良好的润滑减阻、减震性能，能够有效防止孔壁坍塌和保护岩心的作用。

1.2 金刚石钻进技术

目前，水利水电工程地质勘测中金刚石钻进技术较为常用。结合大量地质勘测实践经验，为提高金刚石钻进效率，实际施工时应重点把握以下3 项内容:

1)结合岩石的风化程度选择合适的开孔钻头，通常情况下开孔时使用0.3 ～0.5 m长的岩芯管进行施工。随着钻孔深度的增加，为避免孔倾斜应适当增加岩芯管长度。开孔钻进时应使用麻花钻，钻进到达风化岩石时应使用短岩芯管长取粉管钻进，以及时将岩粉捞取出来［3］。

2)确定下套管层数时应综合考虑孔深和孔径情况，并且套管不能弯曲，各部位连接应牢固。同时，使用水泥或黏土将套管口封闭严密，以防止岩粉进入套管，给钻进工作造成干扰［4］。

3)下钻时经过掉块或孔口管换径位置时应缓慢下钻，遇阻时应轻轻转动钻具，避免猛提和猛顿钻具。

1.3 金刚石绳索取芯钻进技术

该技术最大特点为能在不提钻的状况下，利用绳索将包含岩心的内管提到地面上，进而能够方便地采取岩芯［5］。因此被广泛应用到浅孔、深孔钻孔作业中。尤其在水利水电地质勘测过程中能有效避免孔壁掉块、坍塌情况的发生，能有效提高地质勘测效率。

1.4 套钻技术

利用套钻技术能有效地从软弱层带中获取原状岩芯，尤其在软弱或破碎夹层中能较好地保证岩芯质量。

具体施工时应做到:

1)在钻孔段的中心位置钻取36 ～46 mm直径大小的钻孔，当钻孔深度达到1 ～1.5 m时进行插筋并将黏结剂灌入其中。

2)等待黏结剂凝结后，使用直径110 mm孔径套取岩芯。主要因为在黏结剂的作用下插入的细钢管和岩芯凝结在一起，因此能完整的取出软弱夹层且能使其保持较好的原有状态。

该技术应用在众多的水利水电工程地质勘测中，取得了良好的效果。

1.5 软弱夹层钻技术

在软弱夹层中使用一般的金刚石钻进法施工成功率较低，为此应使用专门的技术以提高软弱夹层钻进效率［6］。

在软弱夹层钻进施工时通常使用软夹层钻技术，该技术运用的取芯钻具包括岩芯阻塞报警装置、扶正装置、悬挂装置等部件构成。同时还包括一些减少振动、免受挤压和冲刷的保护系统。经实践证明该技术在水利水电工程地质勘测中发挥巨大的经济效益。

1.6 大口径钻探技术

水利水电地质勘测中竖井的开凿很大程度上使用机械设备，一方面它能提高勘测施工效率，另一方面能降低劳动强度提高勘测作业安全系数，而且作业中能减小对岩体结构的影响［7－8］。

当前，大口径钻探技术使用的设备可开凿直径为800 ～1 200 mm的钻井，而且钻井深度可结合钻井方法调整，取芯操作时虽钻井直径不超过1 200 mm，但钻进深度可达50 ～60 m。如进行全断面钻进孔径为800 ～1 200 mm，孔深可超过100 m。

总之，利用大口径钻探技术可通过孔壁和岩芯不但能观察地质风化、断层、透水性、岩性等状况，而且还可研究水文地质结构和岩体结构。

2 遥感技术勘测方法

遥感技术在水利水电工程地质勘测上的应用，大大提高了地质勘测的灵活性和准确性。依据遥感平台高度可将遥感勘测技术分为地面遥感、航空遥感和航天遥感3 种类型。

且利用该技术获得的陆地摄影照片、航片、卫星照片等材料均是真实自然景观的图像，因此能够较清晰、全面的反映出岩溶、泥石流、崩塌、滑坡等地质现象，同时还能从中观察出地质构造、地层岩性和地貌形态。

遥感勘测技术具有信息丰富、视野广阔、获得的影像具有一定周期性等优点，被广泛应用在水利水电工程地质勘测工作中。

2.1 研究区域构造稳定性

利用遥感技术能够获得大量的高质量线性构造信息，因此能够准确地反映出地貌形态、水系分布以及地质特征等信息，进而帮助地质勘测技术人员更好地研究水利水电工程周围地区构造格架，评估工程周边地区构造稳定性提供准确素材。

2.2 调查自然灾害

水利水电工程附近诸如泥石流、滑坡、崩塌自然灾害的调查是地质勘测工作的重要组成部分。针对该项内容的勘测如借助遥感技术提供的彩红外片或航卫片，结合现场勘查提供的资料进行全面的分析，能较详细的了解影响水利水电工程稳定性的自然灾害情况，对保证水利水电工程稳定性运行具有重要意义。

2.3 调查岩溶情况

遥感技术提供的影像材料尤其彩红外影像，能为分析水利水电工程岩溶情况提供准确参考。一方面从影像中能很好的判读岩溶地貌状况，另一方面能从介质红外光谱差异性上分析泉水和地下水分布信息。

国内很多水利水电工程地质勘测时，利用该方法研究岩溶及其渗漏问题取得较好效果。

2.4 地质测绘填图

地质测绘时要求在保证成图现场校准和确保野外工作量的基础上，提倡使用遥感图进行地质测绘。而且部分地区大比例尺工程地质图应首先考虑遥感成图。这些要求均在我国水利水电工程勘测相关文件中有所体现。

2.5 地质编录岩土工程开挖面

为更好的完成水利水电工程施工中存档备查、安全预报、反馈设计等环节工作，应借助遥感技术进行地质编录以指导水利水电工程地下工程开挖施工。

为此，我国相关研究部门，在完善高边坡快速地质编录系统的基础上，成功应用到水利水电工程项目中。

实际施工时结合使用数码摄像机，并进行现场采集和数据预处理，运用专门的软件系统进行处理后能够获得任意方位的线划图和连续的彩色影响。

2.6 研究防洪、水土保持情况

我国相关科研单位曾利用TM 卫片，对负责区域的水利水电工程附近的泥石流、滑坡情况进行解译，同时对其发育情况进行划分最终获得了区划图，并在此基础上提出了治理和建立预警系统意见，进而为负责区域的水利水电工程防洪、水土保持工作的开展提供价值较高的资料。

3 工程物探方法

我国水利水电工程地质勘测中工程物探方法的应用起步较晚，直到20个世纪90年代，一些研究单位中才配备管线仪、声波仪、透视仪、电法仪以及综合测井仪等设备，使地质勘测野外数据采集精度得到较大提高，一定程度上促进了我国地质勘测技术的发展。

3.1 地球物理层析成像技术

该技术借助已存在的钻孔或平洞，对发射和接受的投射波进行采集和处理，进而获得孔洞间波速值，最终对区间的岩体做出判断。

实际勘测施工中如未找到有效且经济的方法，采用该技术往往能取得较好的效果，它不但减少操作劳动量，而且还能提高岩体物理力学整体评价质量。

因此，我国非常重视该种技术在水利水电工程项目中的应用。

3.2 钻孔彩色电视系统

该系统在确定泥化夹层位置、形状和尺寸方面发挥重要作用。经过多年的发展钻孔彩色电视系统经过了a91mm、a53mm、50mm 阶段，其中a53mm 彩色电视系统中的钻孔在a56mm 金刚石钻孔基础上发展而来，50 mm的钻孔彩色电视系统为在地质勘测中更好的观察水平风钻情况研制而成，该系统中首次运用了CCD 光电耦合器件，具有性能稳定、集成度高、设计合理等优点。

在科技发展推动下，钻孔彩色电视系统融合了数字和图像处理技术，功能越来越强大，例如主机将录像机、监视器、控制器融合为一体，能接入口径不同的钻孔电视探头，不但实现了数字化压缩存储，而且为后期的处理提供较大便利。