物探技術(shù)在渡口壩水電站壩肩煤層采空區(qū)處理效果檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：文章闡述了渡口壩水電站拱壩兩岸壩肩MD2煤層及采空區(qū)處理效果檢測(cè)的原理、方法、技術(shù)及檢測(cè)孔位的布置。通過(guò)對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行單孔聲波測(cè)試、鉆孔電視錄像、彈性波CT成像等物探檢測(cè)，在檢測(cè)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)空洞等規(guī)模較大的地質(zhì)隱患，其處理質(zhì)量較好。

關(guān)鍵詞：渡口壩水電站；采空區(qū)處理；物探檢測(cè)；地質(zhì)隱患

1 概述

渡口壩水電站位于奉節(jié)縣境內(nèi)梅溪河中上游，是梅溪河第一級(jí)開發(fā)的水電工程，壩址控制流域面積764.9km2，多年平均流量18.2m3/s，年徑流量7.74億立方米。工程總體由大壩樞紐、引水建筑物和廠區(qū)建筑物三部分組成。大壩樞紐為混凝土雙曲拱壩，最大壩高108.5m。電站正常蓄水位575.00m，校核洪水位577.25m，相應(yīng)庫(kù)容分別為9254萬(wàn)立方米和9854萬(wàn)立方米。電站裝機(jī)兩臺(tái)，總?cè)萘?29.0MW。

壩址區(qū)主要地層巖性為：三疊系中統(tǒng)巴東組第三段（T2b3）、第四段（T2b4），三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）及第四系崩坡積與人工堆積、河流沖積層。大壩建于微風(fēng)化上部須家河組堅(jiān)硬砂巖，建基面高程470.00m。須家河組砂巖屬含煤地層，壩區(qū)煤層主要為呈透鏡狀、雞窩狀分布的薄煤層與煤線，一般厚0.01m～0.05m，局部可達(dá)0.20m～0.60m。因小煤窯開采，左右岸主要分布有開挖煤洞及MD2采空區(qū)。

2 設(shè)計(jì)處理方法

設(shè)計(jì)要求，MD2煤層采空區(qū)采用混凝土回填，通過(guò)回填灌漿和固結(jié)灌漿相結(jié)合的處理方法，防滲區(qū)域再進(jìn)行帷幕灌漿封閉。具體處理措施為：先順煤層層面按不同高程開挖灌漿平洞，其凈空斷面為2.0m×2.5m，然后在不同高程灌漿平洞中依次從低到高分別對(duì)采空區(qū)采用C20混凝土回填，然后沿順層進(jìn)行回填灌漿和固結(jié)灌漿，若為未采煤層，直接沿煤層進(jìn)行固結(jié)灌漿。

3 檢測(cè)方法與技術(shù)

3.1 檢測(cè)原理、方法與技術(shù)

3.1.1 單孔聲波測(cè)試

巖體聲波縱波速度與巖體彈性模量有較好的相關(guān)性，因此鉆孔聲波測(cè)試是最能直接反映孔壁介質(zhì)物理力學(xué)性能的一種檢測(cè)方法。通過(guò)巖體縱波速度的變化評(píng)價(jià)孔壁巖體強(qiáng)度的好壞，尤其是對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的反映特別明顯。測(cè)試時(shí)要求孔內(nèi)有水耦合，自下而上按點(diǎn)距0.2m連續(xù)測(cè)試，遇到節(jié)理、裂隙發(fā)育孔段可適當(dāng)加密點(diǎn)距。

3.1.2 鉆孔電視錄像

將檢查孔沖洗干凈，待井液清澈后，進(jìn)行全孔壁電視錄像，觀察孔壁情況。結(jié)合施工資料，分析煤層采空區(qū)回填及灌漿處理的效果。現(xiàn)場(chǎng)電視錄像時(shí)，井下探頭自上而下勻速連續(xù)觀察，安裝在孔口電纜滑輪上的光電計(jì)數(shù)器自動(dòng)進(jìn)行深度記錄，井下探頭獲取的圖像通過(guò)電纜傳輸至控制主機(jī)后，回放至電腦內(nèi)進(jìn)行編輯和合成。

3.1.3 彈性波CT成像

通過(guò)兩孔之間的彈性波射線成像，來(lái)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)鉆孔之間的施工地質(zhì)缺陷。實(shí)際工作時(shí)，則依據(jù)待查體的大小和儀器精度將探測(cè)剖面進(jìn)行有限元網(wǎng)格化，視每一個(gè)小網(wǎng)格內(nèi)物性是單體均勻的，根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)和測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)射線進(jìn)行追蹤，列出全部射線與所通過(guò)網(wǎng)格的距離和物性有關(guān)的大型多元線性方程組，采用數(shù)值迭代方法解析出每一網(wǎng)格單元的彈性波波速值，得到兩孔間彈性波波速值的二維分布圖。再根據(jù)該值與巖土體的物質(zhì)特性對(duì)應(yīng)關(guān)系，作出各種地質(zhì)解釋。現(xiàn)場(chǎng)采用等間隔布置激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，根據(jù)孔距及介質(zhì)對(duì)彈性波能量的吸收情況調(diào)整電火花的激發(fā)功率，最大發(fā)射電壓可以增到1萬(wàn)伏。

3.2 檢測(cè)孔位布置

檢查孔布置原則：由于主要檢查拱壩兩岸壩肩MD2煤層及采空區(qū)處理的施工質(zhì)量，因此，檢查孔分布在兩岸壩肩位置（左岸1#～3#壩段，右岸15#～17#壩段）的建基面范圍及壩后坡（結(jié)構(gòu)受力區(qū)），左右岸各布置9個(gè)孔。鉆孔深度要求穿過(guò)MD2煤層采空區(qū)，按照兩岸煤層出露高程以及彈性波CT成像的基本要求，左、右岸鉆孔的孔底高程分別按498.00m和493.00m控制。物探檢測(cè)按照先孔內(nèi)電視錄像，后單孔聲波測(cè)試，最后孔間彈性波CT成像的作業(yè)順序進(jìn)行。

4 檢測(cè)成果及分析

4.1 單孔聲波測(cè)試

兩岸壩肩MD2煤層及采空區(qū)處理效果檢查布置鉆孔18個(gè)，均進(jìn)行了單孔聲波測(cè)試。根據(jù)單孔的聲波縱波波速分析，波速最小值范圍為2299m/s～3448m/s，平均值為2789m/s；波速最大值范圍為5000m/s～5140m/s，平均值為5111m/s；波速平均值范圍為4373m/s～4622m/s，平均值為4473m/s。通過(guò)聲波波速統(tǒng)計(jì)分析，波速大于4000m/s的測(cè)點(diǎn)占86.57%，小于3000m/s的測(cè)點(diǎn)僅占0.56%，測(cè)區(qū)巖體質(zhì)量較好。根據(jù)單孔聲波曲線形狀、波速平均值，以及測(cè)試孔內(nèi)能灌滿水等情況綜合分析，測(cè)試區(qū)間內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的空洞，孔壁巖體較完整或完整，煤洞采空區(qū)已經(jīng)回填密實(shí)。低速點(diǎn)主要出現(xiàn)在節(jié)理、裂隙發(fā)育以及薄層煤線出露的位置。

4.2 孔內(nèi)電視錄像

孔內(nèi)電視錄像全部覆蓋拱壩兩岸壩肩MD2煤層及采空區(qū)18個(gè)檢查孔，共計(jì)檢測(cè)1263.9m。從鉆孔電視錄像揭露情況來(lái)看，測(cè)試區(qū)間內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的空洞，孔壁巖體較完整或完整，煤洞采空區(qū)已經(jīng)回填密實(shí)。其中，有12個(gè)孔可見采空區(qū)內(nèi)的回填混凝土，填充的混凝土厚度約0.4m～2.9m，膠結(jié)較密實(shí)，局部可見少量氣孔。有6個(gè)孔煤層未開采，可見薄層的煤線，厚度一般約0.3m～0.6m，主要分布在下游壩后坡。

4.3 彈性波CT成像

對(duì)兩岸18個(gè)檢查孔進(jìn)行孔間穿透彈性波CT成像，每對(duì)剖面覆蓋的射線不少于700條，共22400條射線，左右岸各完成CT剖面16對(duì)，共32對(duì)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)鉆孔之間的巖體進(jìn)行高精度成像，圈定規(guī)模較大的空洞、煤層低速體等地質(zhì)隱患。經(jīng)過(guò)CT剖面的成像資料分析，波速大于4000m/s的比例占到了85%以上，說(shuō)明穿透成像的剖面之間巖體相對(duì)較完整。低速異常普遍規(guī)模較小，分布零散，主要為節(jié)理裂隙、采空區(qū)回填混凝土相對(duì)較薄弱的上下接觸界面（尤其是上界面）以及煤層的反映，成像的32對(duì)剖面之間未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模空洞等地質(zhì)隱患。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)渡口壩大壩兩岸壩肩MD2煤層及采空區(qū)處理進(jìn)行單孔聲波測(cè)試、鉆孔電視錄像、彈性波CT成像等物探檢測(cè)，在鉆孔檢測(cè)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)空洞等規(guī)模較大的地質(zhì)隱患，處理質(zhì)量較好。目前，該電站已投入運(yùn)行，其運(yùn)行情況與檢測(cè)結(jié)論相吻合。此物探檢測(cè)技術(shù)為大壩兩壩肩MD2煤層及采空區(qū)處理質(zhì)量提供了有力保障，在同類工程中有一定的借鑒意義。

作者簡(jiǎn)介：楊聃（1977-），男，漢族，浙江麗水人，高級(jí)工程師，緊水灘水力發(fā)電廠渡口壩項(xiàng)目總工程師。