声波法在某水电站发电洞爆破影响带检测中的应用

张於祥

（新疆水利水电勘测设计研究院物探队，新疆 昌吉 831100）

声波法在某水电站发电洞爆破影响带检测中的应用

张於祥

（新疆水利水电勘测设计研究院物探队，新疆 昌吉 831100）

简介声波法的原理，结合新疆某水电站工程实例，从野外工作、资料解释两个方面介绍了单孔声波法在水利工程隧洞爆破影响带检测中的具体应用。

声波法；声波速度；爆破影响带；岩体完整性

1 概况

新疆某水电站工程主要由拦河引水坝、导流兼泄洪冲砂洞、引水发电洞、电站厂房、尾水渠等组成，属中型Ⅲ等工程。工程引水发电洞位于河流左岸，隧洞洞径5 m，洞线地层产状为70°NW 15°～30°，洞线岩体片理较发育，岩性主要为灰色斜长二云母石英片岩，黑云母石英片岩，浅部弱风化岩体纵波速度一般在2 500～3 500 m/s，微风化～新鲜岩体纵波速度一般在4 500～5 500 m/s以上。施工开挖过程中受外力炸药等作用岩体发生塑性形变、完整性下降，为确定发电洞岩体纵波速度值及爆破影响带厚度，以便设计部门确定合理的衬砌厚度与锚杆长度，选用声波法对发电洞Ⅱ类围岩部分桩号段进行了检测。

2 工作原理

声波测井的理论根据是不同岩性和结构特征的岩体，具有不同的波速，通过发射探头向岩体发射弹性波，接收探头接收岩体中传播的弹性波记录下来，从而获得弹性波的传播时间及频谱特征，然后结合所测钻孔的地质特点对岩体进行工程地质评价（见图1）。声波法测试分为单孔和跨孔两种方法，本次主要介绍单孔法。单孔测试中探头为一发双收式，进行声波测试时，把探头放入钻孔中的测试位置，仪器的发射机通过发射探头发射超声波，经水的耦合，到达井壁沿井壁传到两接收换能器Ⅰ和Ⅱ，其初至时间分别为t1（μs）和t2（μs），这样根据两接收探头的距离，按（1）式算出测试点处的波速Vp。

图1 声波测井原理

式中：Vp——岩石波速；

L1——两接收换能器间距；

T——波传播的初至时间差。

爆破影响带测试中由于在岩体应力下降区岩体破碎完整性变差波速减小而在应力增强区岩体波速增大。因此，利用声波法测试隧洞岩体波速情况可以确定爆破影响带范围。

3 野外工作

野外工作采用单孔声波法测试，根据目的要求沿发电洞轴线左壁顺洞线方向，相隔20～40 m布置1测试孔，孔深4 m；并在0+816、1+233桩号洞的两肩、洞顶、两壁下脚处共布置12个测试孔（见图2）。为了测试工作，钻孔与洞壁之间夹角宜在50～100，钻孔中加水耦合，洞顶钻孔测试时需加止水塞。

图2 钻孔工作布置示意图

4 资料解释

钻孔波速采用时差法进行计算绘制波速曲线图，并根据波速的变化，得出爆破影响带厚度。依据《水电水利工程物探规程》DL/T5010-2005[1]中岩体完整性的划分标准对岩层进行分层解释，Vpr取值采用全部钻孔内波速相对较高且平稳段的波速值，Vpr取5 200 m/s，具体划分指标见表1。测试成果见图3～5，资料解释如下：

由图3可见：0+800～0+890桩号围岩爆破影响带厚度1.25～0.93 m，声波速度3 500～4 000 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 500～5 000 m/s）。0+890～1+030桩号围岩爆破影响带厚度0.92～1.02 m，声波速度3 800～4 400 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 500～5 000 m/s）。1+030～1+150桩号围岩爆破影响带厚度0.95～1.43 m，声波速度3 500～4 600 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 800～5 500 m/s）。

由图4可见：1+150～1+306桩号围岩爆破影响带厚度0.95～1.43 m，声波速度3 500～4 600 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 800～5 500 m/s）。1+306～1+400桩号围岩爆破影响带厚度0.95～1.0 m，声波速度3 800～4 600 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 700～5 200 m/s）。1+400～1+194桩号围岩爆破影响带厚度1.15～1.43 m，声波速度3 800～4 800 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 800～5 200 m/s）。

表1 岩体完整性划分波速指标

图3 0+800～1+150桩号段左壁测试成果图

图4 1+150～1+494桩号段左壁测试成果图

图5 0+816、1+233桩号横断面测试成果图

由图5可见：0+816桩号横断面围岩爆破影响带厚度1.25～1.5 m，声波速度3 600～4 500 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 800～5 100 m/s）。1+233桩号横断面围岩爆破影响带厚度1.06～1.37 m，声波速度4 300～4 600 m/s，岩体较完整（完整岩体声波速度4 800～5 200 m/s）。

5 结语

通过对以上测试成果分析得出：发电洞爆破影响带厚度总体在0.84～1.4 m，声波速度3 700～4 800 m/s，岩体较完整。单孔声波法对于爆破影响带测试具有简便、快捷、直观等优点。有利于设计部门更准确确定衬砌厚度、锚杆长度。

[1]DL/T5010-2005，水电水利工程物探规程[S].

（责任编辑：周 群）

Application of acoustic method in blasting affected zone examination for power tunnel of a hydropower project

ZHANG Yu-xiang
（Geophysical Prospecting Team of Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey&Design Institute，Cangji 831100，China）

A brief introduction was made on the principle of acoustic method.Take a hydropower project in Xinji⁃ang Uygur Autonomous Region as example，the author presented the application of single hole acoustic wave meth⁃od in blasting affected zone examination for hydraulic project in respects of field work and document explanation.

Acoustic method；acoustic velocity；blasting affected zone；integrity of rock mass

P631.5

B

1003-1510（2016）03-0074-03

2016-03-29

张於祥（1988-），男，江西于都人新疆水利水电勘测设计研究院物探队助理工程师，学士，主要从事水利水电工程物探勘察及物探检测工作。