物探在水电站岩塞爆破工程勘察中的应用

闫占豹，郭志阳，杨 帆，刘 凯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

物探在水电站岩塞爆破工程勘察中的应用

闫占豹，郭志阳，杨 帆，刘 凯

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

中水东北勘测设计研究有限责任公司在岩塞爆破工程的设计上积累了丰富的经验。通过工程物探可有效提高勘察效率和精度，为岩塞爆破的设计及施工提供丰富准确的勘察资料。文中依托刘家峡水电站排沙洞及净水厂输水隧洞的岩塞爆破勘察，讲述了工程物探方法中的钻孔数字成像及电磁波CT的应用效果。

岩塞爆破；工程物探；钻孔数字成像；电磁波CT

1 概 况

刘家峡水电站位于黄河上游，是西北电网中的大型骨干电站。自1969年4月第一台机组发电以来，发挥了巨大的经济效益及社会效益。为了解决刘家峡水电站坝前泥沙淤积问题，于2015年完成了洮河口排沙洞的建设。排沙洞岩塞爆破口位于洮河出口，最大水深70 m，最大淤泥层厚30 m，勘察难度较大。为了提高勘察效率及精度，在排沙洞岩塞口的勘察中采用了钻孔数字成像方法，取得了良好的效果。在2016年的兰州市水源地净水厂输水隧洞的岩塞口的勘察中，仍采用了钻孔数字成像方法，同时为了查明两个钻孔之间的地质情况，又采用孔间电磁波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。它通过仪器观测地下岩土层的物性参数差异，来直接或间接确定地下地质体的范围及特征。工程物探是解决地质问题的一种现代化的勘察方法，方法较多，在水利水电工程勘察中常用的有电法勘探，地震勘探，地质雷达，层析成像，弹性波测试等。对于不同的地质体，应根据物性差异选择相应的物探方法。在刘家峡水电站的岩塞爆破勘察中，采用的主要是钻孔数字成像和电磁波CT的物探方法。

3 钻孔数字成像应用效果

3.1 钻孔数字成像原理

钻孔数字成像原理是采用井下全景摄像机摄取孔壁四周图像，采用先进的DSP图像采集与处理技术，实时地采集、处理、保存得到由磁北开始顺时针方向展开的全孔壁连续的数字图像，图像自左到右与钻孔0°～360°孔壁相对应，图像上可清晰的观察岩层的节理、裂隙、断层、薄层等地质现象，并可精确量取结构面的倾向、倾角，裂隙的宽度等数据。

3.2 排沙洞岩塞口F7断层勘察结果

排沙洞岩塞口的主要任务是查明F7断层的位置及产状，通过在6个钻孔中进行钻孔数字成像观测，得到F7断层钻孔数字成像成果，见表1。通过表1，可精确追踪断层在岩塞口的位置及产状。

3.3 净水厂输水隧洞岩塞口勘察结果

净水厂输水隧洞岩塞口的主要任务是查明岩塞口的结构面位置及产状，破碎带的位置及规模，共在10个钻孔中进行了钻孔数字成像工作。钻孔数字成像的统计成果为：岩塞口节理裂隙较发育，部分层理张开。裂隙平均发育密度为1.72条/m。主要裂隙倾向为Ⅱ、Ⅳ象限，其中Ⅱ象限主要为层理发育，倾向多在118°～148°，倾角在∠22°～∠46°，Ⅳ象限为本区主要节理发育，倾向多在322°～351°，倾角在∠20°～∠35°及∠51°～∠72°。多数节理裂隙宽度在0.2～1.0 cm之间。破碎带及节理密集带宽度多在18.1～133.3 cm之间，10个钻孔中破碎带及节理密集带总宽度为989.3 cm，占测试孔段的3.39%。

表1 F7断层钻孔数字成像成果表

通过钻孔数字成像的统计成果，可查明岩塞口结构面的类型、位置及产状，破碎带的位置及发育程度。

4 电磁波CT应用效果

4.1 电磁波CT原理

电磁波CT法是利用电磁波在两个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强大小，使用计算机层析成像技术，反演两孔间地下地质体对电磁波吸收系数分布的一种地下地球物理勘探方法。

电磁波在地下传播过程中，由于地质体吸收了一部分电磁波能量而使场强减小，减小程度与地质体视吸收系数βs的大小成正比。由于不同物理性质的地质体βs值之间存在差异，可以采用水平同步及全孔定点扇形扫描观测方式，可获得不同位置上（深度上）的场强Er资料，并使用计算机层析成像方法反演两孔间的地下地质体的吸收系数分布图。依据图上βs的大小和等值线的位置、形态、结合地质及钻孔资料推测地下构造破碎带的位置、规模及产状。

4.2 净水厂输水隧洞岩塞口勘察结果

通过在净水厂输水隧洞岩塞口的ZK04-ZK05，ZK05-ZK06的2对钻孔中进行电磁波CT工作，得到了一幅βs等值线剖面。

根据剖面图，可划分剖面上的正常区，βs＞0.2，图中绘制成白色及灰白色部分，及异常区，βs＞0.2，图中绘制成的灰黑色部分，结合各钻孔的平面位置及地质资料，可推测两孔间构造破碎带的产状及规模，达到追踪构造破碎带的目的。

5 结 语

刘家峡水电站岩塞爆破为世界上淤泥层最厚的高水头大型岩塞爆破，岩塞体爆破体量大，深厚淤泥层多年固结，爆破技术复杂，施工难度大。对于岩塞口的勘察来说，具有勘察难度大，精度要求高的特征。根据勘察的目的及精度要求，在钻探的基础上，针对性的采用了物探方法中的钻孔数字成像及电磁波CT工作，快捷精确查明了岩塞口处结构面、断层破碎带等地质体的位置、产状及规模，为爆破设计及施工提供了丰富准确的地质信息，取得了良好的应用效果。

［1］黄绍钧等.水下岩塞爆破技术［M］.水利电力出版社，1993.

［2］顾孝同.国内工程CT技术的发展与应用［J］.工程地球物理学报，2009，18（1）：99-109.

［3］付晖.电磁波CT在水利水电工程岩溶探测中的应用［J］.人民长江，2003，34（11）：26-27.

1002－0624（2016）09－0046－02

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2016-05-09