物探检测技术在长河坝水电站中的应用

辛国平，由广昊，刘建坤

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072；2.四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，成都，610072)

物探检测技术在长河坝水电站中的应用

辛国平1，由广昊2，刘建坤1

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072；2.四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，成都，610072)

本文简要介绍钻孔全景图像、单孔声波、对穿声波、声波反射法、地质雷达检测、超声波混凝土测缺、超声波回弹等物探方法，在长河坝水电站各工程部位检测中的应用情况及效果评价等。

长河坝水电站 物探技术 应用

1 概述

长河坝水电站是大渡河流域水电梯级近期开发的大型水电工程之一，电站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境内，地处大渡河上游金汤河口以下约 4km～7km河段，距上游的丹巴县约85km，距下游的泸定县为50km，距成都约360km。长河坝水电站坝型为砾石土心墙堆石坝，坝址处控制流域面积56648km2，多年平均流量839m3/s。水库正常蓄水位1690m，正常蓄水位以下库容约10.15亿m3，总库容为10.75亿m3，调节库容为4.15亿m3，具有季调节能力。最大坝高240m，装机容量2600MW。输水建筑物布置在坝址左岸，主要由进水口、压力管道、尾水调压室和尾水洞等组成。三条泄洪洞布置于右岸，从左至右依次为深孔泄洪洞(以下称1＃泄洪洞)、1＃开敞式泄洪洞(以下称2＃泄洪洞)和2＃开敞式泄洪洞(以下称3＃泄洪洞)，三条泄洪洞大致平行布置。

根据大渡河长河坝水电站的工程特性，其主要地球物理检测内容有8个，包括:(1)固结灌浆质量检测效果；(2)帷幕灌浆质量检测效果；(3)地下厂房岩体松弛卸荷深度；(4)防渗墙质量检测；(5)锚杆及锚索锚固质量检测；(6)混凝土裂缝深度检测；(7)隧洞衬砌质量检测；(8)钢衬脱空检测。

2 物探解决方案

大渡河长河坝水电站主要工程地球物理问题物探解决方案，依据其地质特点及工程特性，解决这些问题需要11种工程物探方法。包括单孔声波、穿透声波、表面声波、声波双面斜测法、声波反射法、脉冲回波、钻孔全景图像、探地雷达法、锚杆质量检测、超声回弹混凝土强度检测、电测深(高密度电法)、地震测井等方法。

根据长河坝水电站工程特性结合需要解决的物探检测问题，分析各物探方法在长河坝电站的具体应用。

2.1 固结灌浆质量检测

测试固结灌浆前后岩体波速值或通过钻孔全景图像等，观测裂隙、裂缝的充填情况。主要进行单孔声波、跨孔声波、钻孔全景图像等物探检测，分析各类岩体波速提高情况，结合固结灌浆试验资料，配合设计、地质人员建立各岩级固结灌浆试验验收标准，综合评价岩体固结灌浆效果。

长河坝水电站建基岩体较破碎部位进行了大量的固结灌浆工作，主要在大坝两岸坡、泄洪放空系统边坡、泄洪洞、尾水洞、压力管道以及泄洪洞、引水洞进口基础等部位。

2.1.1 大坝两岸坡

长河坝水电站大坝左岸坝肩边坡固结灌浆，共进行了81个单元单孔声波测试，各单元灌前声波平均速度为 4033m/s～4798m/s，灌后为4484m/s～5024m/s，提高率为1.67% ～18.03%。右岸坝肩边坡共进行了74个单元单孔声波测试，各单元灌前声波平均速度为3732m/s～4794m/s，灌后为4369m/s～5056m/s，提高率为0.33% ～19.13%。

根据《四川省大渡河长河坝水电站大坝基岩地基固结灌浆施工技术要求》，长河坝水电站两岸坡固结灌浆灌后岩体平均声波速度及测点波速分布满足设计要求。

2.1.2 放空洞

放空洞进口塔基础固结灌浆目前进行了1～2单元的单孔声波测试，灌前各单元平均声波速度为 4441m/s～4656m/s，灌后为 4927m/s～5006m/s，提高率为7.5%～10.9%。

2.1.3 泄洪洞

1＃泄洪洞进口塔基础固结灌浆1～3单元，灌前各单元平均声波速度为4014m/s～4197m/s，灌后为 4364m/s～4486m/s，提高率为 6.86% ～9.61%。

1＃泄洪洞洞身各单元单孔声波平均波速灌前为3871m/s～4330m/s，灌后为4268m/s～4779 m/s，岩体灌后声波波速较灌前声波波速有所提高，提高率为7.4%～11.8%。

2＃泄洪洞洞身各单元单孔声波平均波速灌前为3847m/s～4736m/s，灌后为4218m/s～4884 m/s，岩体灌后声波波速较灌前声波波速有所提高，提高率为2.74%～12.6%。

2＃泄洪洞挑坎，平均单孔声波波速灌前为3961m/s，灌后为4376m/s，岩体灌后声波波速较灌前声波波速有所提高，提高率为10.48%。

3＃泄洪洞进口塔体基础固结灌浆2单元，平均单孔声波波速灌前为4197m/s，灌后为4652 m/s，提高率为11.1%。

3＃泄洪洞洞身无盖重固结灌浆试验区，进行了1个单元的单孔声波和全景图像测试，灌前各单元平均声波速度为4452m/s，灌后为4783m/s，提高率为7.43%。全景图像表明，试验区岩体较完整，裂隙以微张～张开为主，灌后岩体裂隙已填充水泥结石。

3＃泄洪洞洞身各单元单孔声波平均波速灌前为4105m/s～4878m/s，灌后为4617m/s～5155 m/s，岩体灌后声波波速较灌前有所提高，提高率为5.68%～13.3%。

2.1.4 引水洞

引水洞进口塔基础进行了23个单元的单孔声波测试，其中进行了1、3单元共3组试验区测试，试验区灌前各单元平均声波速度为4248m/s～4579m/s，灌后为4537m/s～4864m/s，提高率为2.7%～14.5%；1～16单元为有盖重固结灌浆，灌前各单元平均声波速度为3931m/s～4713m/s，灌后为4158m/s～5018m/s，提高率为2.19% ～18.4%；17～23单元无盖重固结灌浆灌后单孔声波平均速度为3760m/s～4296m/s。

2.1.5 尾水洞

2＃尾水洞进行了1个单元灌前灌后声波检测工作，平均单孔声波速度灌前为4660m/s，灌后为4915m/s，提高率为 5.5%；对穿声波灌前为4489m/s，灌后为4636m/s，提高率为3.3%。

2.2 帷幕灌浆质量检测

长河坝水电站帷幕灌浆质量检测，主要进行了钻孔全景图像测试，副防渗墙墙下帷幕进行了声波测试。

2.2.1 左右岸三角区帷幕

长河坝左右岸三角区帷幕及灌浆平硐帷幕钻孔全景图像测试成果表明，岩体较完整，局部裂隙发育，以缓倾角裂隙为主，部分裂隙可见水泥浆液充填。

2.2.2 副防渗墙

副防渗墙墙下基岩岩体较破碎，裂隙发育、以缓倾角为主。帷幕灌浆效果较好，裂隙普遍填充水泥结石；灌后声波波速较高，声波曲线起伏较小，平均声波波速一般在4670m/s～4990m/s。

2.3 回填灌浆检测

利用钻孔全景图像、地质雷达、垂直声波反射法，检测回填灌浆后混凝土与围岩之间是否存在不密实区及位置、规模等。主要针对洞室回填灌浆密实度进行检测，一般采用探地雷达法、垂直声波反射法，检测出回填灌浆不密实区和脱空区域的位置、规模等，为后期处理提供依据。

长河坝水电站主要进行了探洞回填钻孔全景图像检测工作及尾水洞衬砌回填地质雷达检测工作。

2.3.1 勘探平洞回填

XPD11勘探平洞回填效果检查共进行了13个钻孔全景图像测试。测试成果表明，探洞顶部部分位置存在0.3m～1.5m高度空腔，经灌浆处理后混凝土与基岩胶接密实。

XPD10－2勘探平洞灌前CZ4CW9－1－3－3钻孔全景图像表明，该孔岩体较完整，部分孔段缓倾角裂隙发育，23.3m～25.5m为探洞。其中，23.3m～23.5m为空腔，23.5m～25.5m为回填混凝土。

2.3.2 尾水洞回填灌浆

1＃尾水洞进行了0＋128m～0＋250m桩号段顶拱回填灌浆质量地质雷达检测工作。检测结果表明，顶拱及左右拱角存在轻微脱空和脱空异常。异常段长度占测试段长度的7.62%。

2.3.3 泄洪洞回填灌浆

1＃～3＃泄洪洞部分洞段顶拱回填灌浆后，进行了地质雷达检测。从检测结果来看，回填灌浆效果总体较好，2＃、3＃泄洪洞检查洞段未发现异常，1＃泄洪洞共发现5处异常，主要为脱空、轻微脱空和接触不密实。

2.4 混凝土防渗墙质量检测

长河坝主、副防渗墙检测主要采用了跨孔声波、声波CT、钻孔全景图像等方法进行检测，检测结果为:

主防渗墙墙体声波测试成果表明，坝基主防渗墙混凝土浇筑较均匀，密实性较好，仅局部存在低波速异常，分布不连续、不集中。单孔平均声波速度4232m/s～4377m/s，墙体对穿声波平均波速在4200m/s～4547m/s，发现有15处混凝土声波波速低于设计值，声波波速为3594m/s～3779 m/s。其中，有4处缺陷经过灌浆处理后声波波速大于设计值。

钻孔全景图像资料反映，墙体混凝土总体浇注密实性较好，局部存在缺陷异常。其中，有3条5mm～15mm宽张开水平缝，一条闭合水平缝，一条竖向裂缝；2处混凝土离析。

主防渗墙墙体与基础接触部位声波波速较低，平均单孔声波波速2393m/s～4400m/s，平均对穿声波波速3330m/s～4242m/s；钻孔全景图像反映接触部位含浮渣，局部呈空腔。

副防渗墙通过单孔声波、对穿声波及CT成像成果综合反映坝基副防渗墙混凝土浇筑总体较均匀、密实性较好，仅局部存在低波速异常，分布不连续、不集中。单孔平均声波速度4322m/s～4470m/s，墙体对穿声波平均波速在4200m/s～ 4481m/s，发现16处声波速度低于3850m/s。

副防渗墙通过钻孔全景图像成果反映墙体混凝土总体浇注密实性较好，局部存在混凝土欠密实及混凝土夹泥。

副防渗墙墙体底部与基础接触部位单孔声波、对穿声波和个钻孔全景图像成果表明，基础接触部位一般接触较紧密、填充水泥结石，灌浆前声波波速一般较低，平均声波波速 3330m/s～4677m/s。

2.5 锚杆锚索锚固质量检测

对于锚杆锚索锚固质量检测，采取双管齐下的方案，首先是选择代表性地段对锚杆、锚索孔进行钻孔全景图像测试，观察孔中不良地质体的发育情况；其次是对锚杆锚索锚固质量进行声波无损检测，检测其长度、密实度和缺陷。

2.5.1 锚杆

长河坝水电站锚杆检测，共测试了5198根锚杆。其中，大坝边坡检测297根，引水发电系统洞室及边坡检测3597根，泄洪放空系统洞室及边坡检测1158根，中期导流洞洞室及边坡检测149根。其主要问题是少数抽检锚杆砂浆饱满度低于规范或设计要求，在泄洪洞出口边坡抽检到2根锚杆长度小于设计要求，6根锚杆全空浆。

2.5.2 锚索孔

长河坝水电站右岸泄洪放空系统边坡，共抽检110个锚索孔锚固段单孔声波测试。其中，8个锚索孔只进行了锚固段岩体灌前测试，102个锚索孔进行了灌后测试。

泄洪洞进口边坡A区共测试45个锚索孔，高程分布为1825m～1880m，锚固段灌前平均声波波速为2517m/s～3152m/s，锚固段灌后平均波速为2838m/s～4708m/s。其中，43个孔锚固段岩体灌后单孔声波波速大于3000m/s，满足设计要求；1孔(XJAMS－14，高程1825m)锚固段岩体灌后单孔声波波速小于3000m/s(为2838m/s，无灌前)，1孔(XJAM8－6，高程1825m)锚固段岩体只进行灌前测试，灌前单孔声波波速小于3000m/ s(为2815m/s)。

泄洪洞进口边坡B区共测试42个锚索孔，高程分布为1770m～1820m，锚固段灌前平均声波波速为2256m/s～2926m/s，锚固段灌后平均波速为2727m/s～4384m/s。其中，36个孔锚固段岩体灌后单孔声波波速大于3000m/s，满足设计要求；3孔(XJBMS10－14、XJBMS11－17、XJBMS11－20，高程1815m～1820m)锚固段岩体灌后单孔声波波速小于3000m/s(为2727m/s～2994m/s)，3孔(XJBMS7－14、XJBMS7－15、XJBMS8－14，高程1800m～1805m)锚固段岩体只进行灌前测试，灌前单孔声波波速小于3000m/s(为2769m/s～2887m/s)。

泄洪洞进口边坡D区共测试23个锚索孔，高程分布为1755m～1830m，锚固段灌前平均声波波速为2653m/s～2879m/s，锚固段灌后平均波速为3010m/s～3843m/s。其中，21个孔锚固段岩体灌后单孔声波波速大于3000m/s，满足设计要求；2孔(XJD2MS6－9、XJD2MS7－3，高程分布为1780m～1785m)锚固段只进行灌前测试，灌前单孔声波平均波速小于3000m/s(为2846m/s～2879m/s)。

泄洪洞进口边坡共进行了8个锚索孔全孔声波测试，为护壁灌浆后测试。综合分析可能边坡中部存在一段较高波速的岩体，声波速度在4000m/s～4700m/s，从边坡顶部到底部埋深呈增加趋势，水平埋深为42m～58m，长度约为10m。

长河坝水电站右岸泄洪洞进口边坡共进行了12个钻孔全景图像测试，总体分析可得，进口边坡岩体破碎与较破碎交替出现，裂隙较发育，以陡顷裂隙为主，在A区左下侧、D2和C区存在局部较完整岩体，在空间(高程1740m～1830m)上大致呈现小倾角竖直带状，水平深度为46m～60m，与全孔声波分析结果一致。

泄洪洞出口边坡A区共测试18个锚索孔锚固段，锚固段灌后平均波速为3510m/s～4519 m/s，波速大于3000m/s，满足设计要求。

泄洪洞出口边坡B区共测试41个锚索孔锚固段。其中，2孔只进行了灌前测试，39孔进行了灌后测试。2个锚索孔锚固段灌前平均波速为3892m/s～4458m/s，波速大于3000m/s，满足设计要求；38个锚索孔锚固段灌后平均波速为3391m/s～4513m/s，波速大于3000m/s，满足设计要求；1个锚索孔由于上斜孔，无有效数据。

泄洪洞出口边坡C区共测试5个锚索孔，锚固段灌后单孔声波平均波速为3760m/s～4165 m/s，波速大于3000m/s，满足设计要求。

泄洪洞出口边坡共进行了2个锚索孔和2个监测孔全孔声波测试，为护壁灌浆后测试。综合分析可能边坡中偏上游部的深部存在声波速度较高的岩段，声波速度在4600m/s水平埋深呈现沿斜下游方向增加，水平埋深为22m～43m，长度为从埋深到孔底。

长河坝水电站右岸泄洪洞出口边坡根据任务要求和施工情况，共进行了12个钻孔全景图像测试，初步分析得出，边坡的浅部岩体较破碎，深部岩体较完整；在边坡上游侧，高程1570m～1700m范围内，较完整岩体埋深沿斜下游方向增加，从边坡中上部到右下部的水平埋深为22m～46m，与全孔声波分析结果一致；边坡下游侧测孔较少，仅能得出在下游侧靠近中部，高程1610m～1660m范围内水平埋深40m～50m处见较完整岩体

2.6 地震纵横波测试

长河坝水电站大坝基坑覆盖层共进行了45个单元灌后地震纵横波测试，4个单元灌前、灌后地震纵横波测试。灌前地震纵波速度为1384m/s～1520m/s，地震横波速度为318m/s～338m/s；灌后地震纵波速度为1825m/s～2469m/s，地震横波速度为584m/s～911m/s。

根据《四川省大渡河长河坝水电站大坝覆盖层地基固结灌浆灌后技术要求》，灌后地震波测试要求纵波、横波分别较灌后平均提高不低于40%和60%，且纵波波速不低于1600m/s，横波波速不低于500m/s。

长河坝水电站大坝基坑覆盖层地震纵横波灌后平均速度满足设计要求，由于灌前资料较少，故不能对提高率进行评价。

2.7 岩体质量检测

长河坝水电站地下厂房、主变室、尾调室均进行了长观孔的多次声波测试。

地下厂房1491m高程长观孔多次观测声波曲线形态基本一致，局部测试孔段岩体声波波速出现小变化，长观孔岩体声波波速除孔口段松弛段外，基本无较大衰减。测试孔孔口段0～2m孔段1～5月期间，岩体声波波速累计衰减率10%～15%；测试孔2m～5m孔段1～5月期间，岩体声波波速累计衰减率2%～9%；测试孔5m～10m孔段1～5月期间，岩体声波波速累计衰减率3%～6%；测试孔10m以上孔段1～5月期间，岩体声波波速基本无衰减。

地下厂房1501m～1503m高程长观孔多次观测声波曲线形态基本一致，局部测试孔段岩体声波波速出现小变化，长观孔岩体声波波速除孔口段松弛段外，基本无较大衰减。测试孔孔口段0～2m孔段半月～7月期间，除CF1501－2S钻孔声波波速累计衰减率5.2%外，岩体声波波速累计衰减率12%～28%；测试孔2m～5m孔段半月～7月期间，岩体声波波速累计衰减率2% ～10%；测试孔5m～10m孔段半月～7月期间，岩体声波波速累计衰减率0～8%；测试孔10m以上孔段半月～7月期间，岩体声波波速基本无衰减。

主变室1489m高程长观孔多次观测声波曲线形态基本一致，局部测试孔段岩体声波波速出现小变化，长观孔岩体声波波速除孔口段松弛段外，基本无较大衰减。测试孔孔口段0～2m孔段半月～8月期间，岩体声波波速累计衰减率7%～14%；测试孔2m～5m孔段半月～8月期间，岩体声波波速累计衰减率10%～15%；测试孔5m～10m孔段半月～8月期间，岩体声波波速累计衰减率5%～14%；测试孔10m以上孔段半月～8月期间，岩体声波波速基本无衰减。

尾调室1512m高程长观孔多次观测声波曲线形态基本一致，局部测试孔段岩体声波波速出现小变化，长观孔岩体声波波速除孔口段松弛段外，基本无较大衰减。测试孔孔口段0～2m孔段1～9月期间，岩体声波波速累计衰减率0～13%；测试孔2m～5m孔段1～9月期间，岩体声波波速累计衰减率4%～7%；测试孔5m～10m孔段1～9月期间，岩体声波波速累计衰减率4%～6%；测试孔10m以上孔段1～9月期间，岩体声波波速基本无衰减。

2.8 混凝土质量检测

长河坝水电站厂房进水口J2MS18－2锚墩进行了混凝土超声回弹综合法检测工作，检测结果表明平均强度为32.1MPa，最小值为29.6MPa，现龄期(测试时)混凝土强度为30.3MPa。

长河坝水电站大坝廊道及刺墙进行了声波双面斜测法裂缝检测工作，化学灌浆前测试结果表明，廊道3＃裂缝未贯穿深度为50cm～150cm，多数位置已贯穿；6＃裂缝深度为33cm～150cm；12＃、17＃裂缝深度小于40cm。廊道外侧18＃、19＃裂缝，测线通过桩号段裂缝深度较浅，多数裂缝深度小于10cm，仅3个位置裂缝深度在20cm～70cm。廊道外侧21＃裂缝:①号测线裂缝深度较浅，为闭合裂缝；②、③号测线裂缝深度为110cm。廊道外侧22＃、23＃裂缝深度为50cm～80cm。刺墙253、290桩号裂缝均为张开贯穿裂缝。化学灌浆灌后测试结果表明，多数裂缝填充密实，灌浆效果较好，少数裂缝为有一定填充～填充基本密实。

长河坝水电站大坝廊道桩号纵0＋214m～纵0＋220m之间进行了双面对测法混凝土密实度检测，检测结果为混凝土平均声波速度在4034m/s～4448m/s之间，各测线声波速度波动较小，测区混凝土除裂缝影响外，混凝土均匀、密实。

3 结语

物探技术经过近些年来的不断进步与发展，已经逐渐在各种工程施工监测中得到了大范围的应用。在水利水电工程建设中，通过物探检测手段，不仅能够准确事前预判未知的地质情况，为工程设计提供有力支持，节省工期，节约投资，同时也能够在工程质量过程控制与评价中发挥重要作用。但我们也必须看到，任何一种检测技术都不是万能的，在实践中，用对、用好检测方法，发挥各种检测技术的优势，才能达到“事前预判、事中控制、事后评价”的目的。长河坝水电站开展的物探检测方法众多，针对不同的质量检测问题，采取不同的物探方法，取得的检测效果明显。

〔1〕中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册.北京:中国水利水电出版社，2011.

〔2〕李张明，张建清，赵鑫钰.三峡工程地球物理探测技术理论与实践.长江出版社，2008.

〔3〕张建清，陈敏等.水电工程施工质量物探检测方法应用效果综述[J].水利技术监督，2009，12(2).

P631∶TV7

B

2095－1809(2016)05－0065－05

辛国平(1969－)，男，重庆市人，教授级高级工程师，主要从事物探技术与管理工作；

刘建坤(1975－)，女，黑龙江哈尔滨人，工程师，主要从事水电工程施工技术与管理工作；

由广昊(1975－)，男，黑龙江佳木斯人，工程师，主要从事水电工程建设技术与管理工作。