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1、官地水电站地下洞室群物探检测技术官地水电站地下洞室群物探检测技术阮丁延阮丁延 （四川二滩建设咨询有限公司）（四川二滩建设咨询有限公司）摘要摘要 本文介绍官地电站地下洞室群多种物探技术的综合应用，为动态设计与安全施工提供了强有力的技术支持，积累了丰富的实践经验，可为类似工程借鉴。关键词关键词 地下洞室群 物探 综合应用1 1 概况概况官地水电站装机 2400MW（4600MW） ，地下发电厂房系统位于坝轴线下游右岸山体内，由引水洞（压力管道） 、主副厂房、主变室、尾调室、尾水洞等近 60 条隧洞立体交叉，构成错综复杂的地下洞室群。官地水电站地下洞室群出露上二叠统玄武岩组（P2） ，岩石坚硬性脆，
2、大量成岩原生节理和多次构造作用，使区内岩体错动带发育、节理裂隙广布。地下厂房三大洞室围岩主要为、类，成洞条件较好。但洞室多，规模大，布置复杂，缓倾错动带和构造裂隙随机分布，大致平行于边墙的陡倾裂隙区段性发育，局部存在不稳定块体，影响三大洞室边墙及顶拱的局部稳定。为了探测不良地质体分布，掌握岩体质量状况，评价工程施工质量，官地水电站地下厂房洞室群物探检测采用多种测试方法，包括单孔声波、钻孔全景图像、地震层析成像、地质雷达等，其中单孔声波和钻孔全景图像主要用于围岩爆破松驰深度和隧洞固结灌浆质量的检测，地震层析成像方法主要用于地下洞室群间岩墙、岩柱岩体质量检测；地质雷达检测主要用于隧洞回填灌浆效果和
3、混凝土质量检测。通过一系列物探检测与综合应用，为地下洞室群动态设计和安全施工提供了强有力的技术支持，积累了丰富实践经验。2 2 洞室围岩爆破松驰深度检测洞室围岩爆破松驰深度检测2.1 引水发电系统地下洞室群围岩爆破松驰圈引水发电系统地下洞室群围岩爆破松驰圈（1）爆破松驰深度检测方法官地水电站地下洞室群围岩爆破松驰卸荷深度的物探检测采用单孔声波法。其方法是沿着地下厂房、主变室、尾水调压室、引水隧洞、尾水隧洞等洞室轴线，选定多条典型检测断面，每个断面布置若于个测试孔，每个测试孔自孔底向孔口采用一发双收方式检测孔内各测点岩石弹性声波速度，最后根据单孔岩体声波波速曲线分布规律和波速突变界线，确定单孔岩
4、体爆破松驰深度。对多个测试孔单孔岩石爆破松驰深度的空间分布研究与综合，就可确定某个洞室围岩爆破卸荷松驰圈厚度。进一步结合地质勘测成果，还可分辨出不同类别岩体的松驰深度。官地水电站地下洞室群围岩爆破松驰卸荷深度的单孔声波法测线布置见表2.1-1，具体布设情况如下：对于地下厂房，按照安装间、1#4#机组、副厂房各布 1 个、共 6 个检测断面。每个断面布置 14 个声波检测孔，其中顶拱 2 个，为上斜孔，孔深 9m，上斜角度 30o45o；上下游边墙各 6 个，为下斜孔，孔深 20m，孔径大于 50mm，下斜角度 5o10o。对于主变室，按每 50m 布置 1 个声波检测断面、共布置 3 个断面。
5、每一断面布置 6 个声波检测孔，上下游边墙各布置 3 个，均为下斜孔，孔深为 9m，孔径大于 50mm，下斜角度 5o10o。对于尾水调压室，也按每 50m 布置 1 个声波检测断面、共布置 4 个断面。每一断面布置 12 个声波检测孔，上下游边墙各布置 6 个，均为下斜孔，孔深 15m，孔径大于 50mm，下斜角度 5o10o。对于 1#4#压力管道，在每条隧洞上平段和下平段共布设 3 个声波检测断面。每一断面布置 4 个声波检测孔，分布在两侧边墙上。每个声波检测孔为下斜孔，孔深为 9m，孔径大于 50mm，下斜角度 5o10o。对于 1#2#尾水洞，在主洞布设 4 个断面、 2 条支洞各布
6、 1 个断面、共 6条声波检测断面。每一断面布置 6 个声波检测孔，分布在两侧边墙上。每个声波检测孔为下斜孔，孔深为 9m，孔径大于 50mm，下斜角度 5o10o。表表 2.1-1 地下洞室群围岩松驰深度单孔声波法测线布置地下洞室群围岩松驰深度单孔声波法测线布置工程部位地下厂房主变室 尾水调压室压力管道尾水洞检测断面（条） 63 4 43 26检测孔数（个）61436412434266孔深顶拱9.0（m）边墙20.09.015.09.09.0（2）地下洞室群围岩爆破松驰深度检测成果官地水电站地下洞室群因开挖爆破和地应力释放造成围岩松驰，其松驰圈厚度根据单孔声波法检测成果如表 2.1-2 所示
7、。表表 2.1-2 洞室围岩爆破松驰深度检测成果洞室围岩爆破松驰深度检测成果围岩松驰平均深度（m）松驰圈岩体声波速度（m/s）检测部位地下厂房0.61.10.93.32799-577242132280-48683276主变室0.01.00.51.74128-501145163188-49303643尾水调压室0.61.70.72.13682-480842622264-362233121#压力管道0.71.50.92.33156-409237152987-380534782#压力管道0.62.82451-430932243#压力管道0.01.30.63.03504-518643252332-35
8、8931384#压力管道0.72.72519-445136171#尾水洞0.51.80.74.53528-450138162472-471735242#尾水洞0.53.12282-43963527平均值0.01.80.54.53700450031003600从表 2.2-2 可以看出，官地水电站地下洞室群玄武岩围岩松驰深度一般为0.53.0m，其中类围岩洞段松驰圈厚度 0.01.8m，松驰圈岩体平均声波波速为 37004500m/s；类围岩洞段松驰圈厚度 0.53.3m，局部受节理裂隙和/或断层错动带影响达 4.56.7m，松驰圈岩体平均声波波速为 31003600m/s。2.2 地下厂房洞室
9、围岩松驰圈的长效观测地下厂房洞室围岩松驰圈的长效观测（1）长效观测方法为了准确分析评价岩体松驰卸荷随时间的变化规律，按照设计技术要求，对地下厂房 6 个检测断面选定 2 级开挖层、3 个高程（EL1234.00m、EL1229.00m、EL1223.00m） 、16 个声波孔进行长期观测孔观测。具体观测方法是，主副厂房上、下游边墙开挖到长观孔位置后，及时进行观测孔的造孔和第一次单孔声波测试，其后，每半个月按照第一次测试的方法和要求进行多次定期观测，直至 3 个月后停止观测。（2）地下厂房洞室围岩松驰圈的长效观测成果通过 2 级开挖层、3 个高程、16 个声波长期观测孔观测成果统计，官地水电站地
10、下厂房围岩声波时效特性如表 2.2-1表 2.2-3。从表 2.2-1 可以看出，随着开挖暴露、地应力释放和应力调整的进行，地下厂房洞周岩体力学性能不断降低，声波波速不断衰减，且洞周松驰圈和局部裂隙发育地段波速衰减率大，平均值达 14.517.2%，松驰圈向内的较完整-完整岩体声波衰减率小，平均值仅 5.17.6% 。这表明长观孔声波波速时效性特性主要表现在围岩的浅层，对深层岩体影响较小，地下厂房长观孔多次观测声波曲线形态基本一致也得到印证。表表 2.2-12.2-1 地下厂房不同高程不同性状岩体松驰卸荷时间效应地下厂房不同高程不同性状岩体松驰卸荷时间效应 松驰圈向内岩体声波衰减率（%）检测部
11、位高程检测时段松驰圈岩体声波衰减率（%）局部裂隙发育段较完整-完整岩体EL1234.0m2008.4.15.-8.15.8.8-23.314.510.5-15.614.32.4-10.65.1EL1229.0m2008.7.8.-11.10.11.1-19.316.412.0-19.114.76.0-9.97.1EL1223.0m2008.9.28.-12.5.13.9-23.517.213.9-21.217.34.8-10.77.6从表 2.2-2 和表 2.2-3 还可以看出，第一长观检测间隔期（即厂房边墙开挖暴露半个月至 1 个月） ，孔口松驰段和局部裂隙发育地段的岩体波速衰减量占总衰减
12、量的 5481%，平均达 68%。因此，地下厂房边墙开挖后，特别是 1 个月以内，及时进行系统锚喷支护，对于约束边墙浅表层松驰圈岩体变形是有利的，对于防止局部破碎岩体性状恶化、进而提高边墙稳定性也是有利的。表表 2.2-22.2-2 地下厂房不同时间不同性状岩体松驰卸荷时间效应地下厂房不同时间不同性状岩体松驰卸荷时间效应 松驰圈向内岩体 不同性状岩体松驰圈 局部裂隙发育段较完整-完整岩体声波总衰减率（A）（%）9.6-15.217.213.9-21.217.34.8-10.77.6第一间隔期声波衰减率（A1）（%）.2.8-15.711.76.6-14.510.31.2-4.12.51第一间隔
13、期声波衰减比例（A1/A）（%）68.059.533.0表表 2.2-32.2-3 地下厂房不同时间不同深度岩体松驰卸荷时间效应地下厂房不同时间不同深度岩体松驰卸荷时间效应 岩体不同深度（m）0.0-2.02.0-4.04.0-6.06.0-21.0声波总衰减率（A）（%）6.5-29.015.75.1-15.210.37.4-10.88.35.5-8.16.7第一间隔期声波衰减率（A1）（%）0.4-20.0.8.22.3-7.13.41.4-4.02.71.1-3.32.0第一间隔期声波衰减比例（A1/A）（%）52.033.033.030.03 3 尾水调压室超前地质物探测试尾水调压室超
14、前地质物探测试尾水调压室顶拱层中导洞开挖揭示出 fxt01 错动带，随着顶拱层两侧扩挖，fxt01 错动带全部暴露。其产状为 N2030E/SE1025，出露在厂横 0-048厂横 0+142 的顶拱、拱座，延伸长度大于 190m，错动带波状起伏，带宽 1050cm ，由压碎岩、糜棱角砾岩、石英碎块、断层泥组成，断层次生泥连续分布，一般厚 110cm。根据断面擦痕和切错关系，fxt01 错动带水平错距 2530cm。由于该错动带规模大，延伸长，产状平缓，错动破碎带宽，带内普遍夹泥，岩石力学性状差，与其他节理裂隙在尾调室不同洞段组合可形成不稳定块体而发生掉块和塌方，对尾调室顶拱和边墙的稳定造成较
15、大威胁，错动带 fxt01分布见图 3.1-1。图图 3.1-1 尾水调压室顶拱尾水调压室顶拱 fxt01 错动带地质素描图错动带地质素描图为了查明已在顶拱和上下游拱座大范围出露的缓倾角错动带 fxt01 沿走向和倾向的延伸情况，在第一层底板 EL1242.00m 靠下游边墙厂横 0+035.00厂横 0+120.00 一线，布置 4 个垂直向下、孔深 9m 的测试孔，和在下游边墙 EL1243.00m、厂横 0+035.00厂横 0+120.00 一线，布置 4 个孔深 15m 的水平测试孔，采用单孔声波测试和钻孔全景图像方法进行超前地质物探勘测。经物探检测，在垂直孔向下 0.001.00m
16、 追踪到近水平产出、宽约 1.0m 的 fxt01 错动带，其岩体破碎，孔壁掉块，波速在 30003500m/s 之间；在水平孔孔内 7.014.3m 一段也追踪到 fxt01 错动带和其他宽大裂隙，其波速为 25004000m/s。为了探明尾水调压室顶拱向上岩体是否存在长大缓倾角错动带等地质不良结构面，在第一开挖层顶拱中心线厂横 0-052.00厂横 0+155.00 之间，布置8 个垂直向上、孔深 9m 的测试孔，和利用厂横 0+088.50厂横 0+127.00 顶拱至下游拱座间的 11 个预应力锚索孔，采用单孔声波测试和钻孔全景图像方法进行超前地质物探勘测。经物探检测，尾水调压室顶拱向上 915
