聲納探測技術在工程勘察中的應用★

王衛國 田開洋 施燁輝 杜家佳 宋曉峰

(1.江蘇南京地質工程勘察院，江蘇 南京 210041；

2.江蘇省隧道與地下工程技術研究中心，江蘇 南京 210041； 3.南京帝壩工程科技有限公司，江蘇 南京 210032)

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聲納探測技術在工程勘察中的應用★

王衛國1,2田開洋1,2施燁輝1,2杜家佳3宋曉峰3

(1.江蘇南京地質工程勘察院，江蘇 南京 210041；

2.江蘇省隧道與地下工程技術研究中心，江蘇 南京 210041； 3.南京帝壩工程科技有限公司，江蘇 南京 210032)

結合西氣東輸三線東段工程勘察實際情況，根據地下含水層的滲流分布繪制了各種水文地質參數圖表的勘察要求，并采用聲納探測技術，對工程實際進行了勘察，實踐證明，聲納探測技術在工程勘察應用中切實可行，可以為工程設計與施工提供相關地質水文參數。

聲納，探測技術，工程勘察

1 工程概況[1]

西氣東輸三線東段工程起于西二線江西吉安分輸清管站，途經江西吉安、瑞金，福建龍巖、漳州、廈門、泉州、莆田，終點為福建福州，總長度為817km。擬勘察的晉江穿越位于福建省泉州南安市，屬于大型河流穿越工程，擬建鉆爆隧道水平長度440.36m，從晉江江底穿過，隧道兩端各布置豎井1口，采用豎井+平巷+豎井設計方式，隧道洞身凈斷面尺寸為3m×3m。

本次勘察工程屬于大型河流穿越工程，擬采用鉆爆隧道方式穿越。依據現場水文地質與工程地質設計的需要，詳細查明擬建場地的水文地質滲流運動形態，提供基坑設計與施工所需的水文地質參數與建議。

2 聲納探測技術基本原理[2]

聲納滲流探測技術是利用聲波在水中的優異傳播特性而實現對水流速度場的測量。如果被測水體存在滲流，則必然在測點產生滲流場，聲納探測器陣列能夠精細地測量出聲波在流體中能量傳遞的大小與分布，依據陣列測量數據的時空分布，即可顯示出滲流聲源發出的方向；同時利用滲流聲源方向上的聲納探測器T21與探頭頂部T12聲納探測器的距離和相位之差，建立連續的滲流場的水流質點流速方程。

(1)

其中，L為聲波在傳感器之間傳播路徑的長度;X為傳播路徑的軸向分量;T12，T21分別為從傳感器T12到傳感器T21和從傳感器T21到傳感器T12的傳播時間;U為流體通過傳感器T12，T21之間聲道上平均流速；所有量綱均采取國際單位，工程中應用時換算為m/d。

3 測量方法[3]

“三維流速矢量聲納測量儀”由測量探頭、電纜和筆記本電腦三部分組成(見圖1)。儀器測量之前，都是通過室內標準滲流試驗井，進行滲流參數標記后，才能進行現場滲流測量。野外試驗測量前，要對測量儀器通電預熱5min后，把測量探頭放入測量井孔內正式進行測量，測量的順序是自上而下，從地下水位以下開始測量，測量點的密度為1m，1個測點上的測量時間是1min，待60s測量完成后，測量數據自動保存在電子文檔中，再進行下一個點的測量，直到測量至孔底。

4 聲納法測量結果分析

根據南北4個鉆孔所揭露的水文地質形態以及對地下水滲流的測量結果分析可知，擬建工程場地上層覆蓋3m左右的填土層存在孔隙潛水，之下較完整的花崗巖基礎層存在裂隙水。

如圖2所示，為了工程中應用方便，將量綱單位轉換為m/d。測孔GJJZK5的平均滲透流速2.05E-4m/d，其中在15m,19m和27m三處出現了裂隙滲流，分別為：6.74E-4m/d，5.23E-4m/d和2.93E-3m/d。孔中地下水的滲流方向為NN132°～178°。

JJSJ1孔的滲透流速測量平均滲透流速2.86E-5m/d，其中在19m處出現了3.78E-5m/d的裂隙滲流水。孔中地下水的滲流方向為NN157°～205°。

JJSJ3孔的滲透流速測量平均滲透流速2.11E-5m/d，其中在19m處出現了2.38E-5m/d的裂隙滲流水。孔中地下水的滲流方向為NN157°～169°。

JJSJ6孔的滲透流速測量平均滲透流速5.06E-5m/d，其中在30m處出現了9.33E-5m/d的裂隙滲流水。孔中地下水的滲流方向為NN272°～316°。

北岸三孔平均滲透流速顯示GJJZK5最大、JJSJ1次之、JJSJ3最小，根據三孔平均滲透流速7.12E-5m/d計算的豎井斷面(12.5m×40m)天然動儲量為47.76m3/d。南岸JJSJ6孔平均滲透流速5.06E-5m/d，天然動儲量為33.84m3/d。

GJJZK5孔平均滲透系數是4.10E-3m/d,JJSJ1孔的平均滲透系數是5.72E-4m/d,JJSJ3孔的平均滲透系數是4.22E-4m/d,JJSJ6孔的平均滲透系數是1.27E-3m/d。

滲透流速沿深度分布曲線見圖3。

四測孔位置均選擇在采石場內，其巖芯的采取率都很高，巖性不甚發育，但巖石裂隙發育的特點是水平與垂直的裂隙較明顯。雖然巖石的滲透特性屬弱透水，透水量很少，但個別屬裂隙滲透巖層，其水流的導通性較好，特別是到了雨季，或者是與地表水相通的情況，如管道在晉江水下隧道施工，透水量可能較大，應引起重視。通過測量與計算，北岸三孔出現最大的裂隙滲透系數Kb=0.667m/d，裂隙等效水力隙寬Bk=2.83E-3m。若晉江江底隧道施工期間按1條繞隧道周圍的裂隙，通過河流水體壓力水頭和裂隙滲透系數與裂隙等效水力隙寬計算得出1條裂隙的滲漏水量37.44m3/d。

根據TB10049—2004鐵路工程水文地質勘察規程附錄B，采用水平巷道地下水動力學法及古德曼公式，對隧道豎井排水量進行估算。通過水文地質聲納滲流的測量，結合4個測量孔的滲透流速和滲透系數兩條沿孔深分布曲線，計算出測孔斷面上的天然動儲量(天然滲透流速乘以測量孔的過水斷面)和靜儲量(導水系數乘以開挖斷面的長度)見表1。

表1 南北豎井單日排水量 m3

5 結語

輸油管道過江隧道工程，是國家重大建設項目，探明類似建設工程地下水文地質情況，更加真實地測量出有地表水與地下水共同參與的水文地質形態與參數，將對江底穿越工程的設計與施工有重大的參考價值和指導意義。通過本工程應用表明，利用水文地質鉆孔進行聲納滲流的探測技術，能夠更為精確、高效地表示地下水文特征，效果明顯。

[1]中石油管道局.西氣東輸三線天然氣管道東段干線(吉安—福州)工程初步設計工程說明文件.

[2]譚界雄,杜國平,高大水,等.聲納探測白云水電站大壩滲漏點的應用研究.人民長江,2012(1):36-37,54.

[3]湯國毅,杜國平,王衛國,等.淺層地熱能勘察和評估應用研究.地質學刊,2011(3):307-310.

Sonardetectiontechnologyintheapplicationoftheengineeringsurvey★

WangWeiguo1,2TianKaiyang1,2ShiYehui1,2DuJiajia3SongXiaofeng3

(1.Jiangsu Nanjing Geological and Prospecting Institute, Nanjing 210041， China;2.Tunnel and Underground Engineering Technology Research Center of Jiangsu Province, Nanjing 210041, China3.Nanjing Diba Engineering Technology Co., Ltd, Nanjing 210032, China)

Basedoneastsectionoftheline3of“West-EastGasTransmissionProject”practicalsituation,accordingtothesurveyrequirementsofhydro-geologicalparameterschart,theengineeringpracticewascarriedoutbythesonardetectiontechnology.Practicehasprovedthatthesonardetectiontechnologyappliedinengineeringinvestigationcanprovidetherelatedgeologicalhydrologyparametersforengineeringdesignandconstruction.

sonar,detectiontechnology,engineeringsurvey

1009-6825(2015)21-0041-02

2015-05-19★：江蘇省地質礦產局科研項目(2013-科研-02)

王衛國(1974- )，男，高級工程師，注冊巖土工程師

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