水電水利工程巖體檢測技術的應用與發展

許海燕,裴 琳

(1.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072；2.四川中水成勘院工程勘察有限責任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

自改革開放以來，國家把開發西部地區水力資源提到了重要位置，尤其是在提出“西電東送”戰略以后，西南地區豐富的水力資源逐步得到開發利用。除長江干流上的三峽水電站外，在其支流雅礱江、大渡河、烏江上均已建成或正在建設巨大型水電站，黃河上游龍羊峽至青銅峽河段、瀾滄江、南盤江、紅水河均已建成或正在建設一批百萬千瓦以上的骨干水電站。經過多年的發展，我國水電建設取得了很大的成就,2004年水電裝機容量突破1億kW，占全國電力總裝機容量的1/ 4 ，提供了全國約1/ 5的電力需求。全國目前在建的大中型高壩、大庫水電站共180多座，總裝機容量為92 500 MW ,包括三峽22 400 MW(含計劃擴建的地下廠房電站4 200 MW) 、溪洛渡1 386 MW、龍灘5 400 MW、小灣4 200 MW、拉西瓦4 200 MW、瀑布溝3 600 MW、錦屏一級3 600MW、水布埡1 840 MW、彭水1 750 MW 等特大型水電站。

中國水能資源和水電工程建設主要集中在西南地區，這些大中型水電工程具有以下特點：(1)裝機容量大，最高超過12 000MW，發電效益顯著；(2)電站的壩型根據筑壩地點的特有條件而不同，主要有拱壩、堆石壩和重力壩三類，中小型水電工程以閘壩為主；(3)壩高大，壩高超過或接近300m的在建和擬建的巨型水電工程已有數座，大型工程的平均壩高接近200m；(4)絕大部分工程采用地下廠房，且具有大尺寸和大規模，地下廠房洞室高度已超過80m，平均在60m左右，跨度(寬)超過30m，平均在20m左右，長度超過400m，平均在280m左右；(5)水工隧洞和調壓室(井)亦具有越來越大的尺寸和規模，洞室或隧洞斷面尺寸超過20m，平均在12m左右，調壓室高度超過100m，平均在70m左右；(6)巖石工程邊坡高陡，工程邊坡(不含自然邊坡)高度最高超過500m，平均在200m左右，且大部分坡度接近直立；(7)土石方開挖工程量巨大，無論是地面工程還是地下工程，開挖方量最大已超過5 000萬m3，平均在2 000萬m3左右。

1.1 工程地質條件及重大地質問題

大中型水電工程不僅自身具有“高壩、大庫、高邊坡、大洞室、巨量開挖”的特點，而且還具有工程所處的西南地區河谷陡峻、地質環境復雜、地應力水平高、降雨充沛、地震烈度大、交通不便、生產生活設施不發達等區域特點，由此帶來了很多亟待解決的巖石力學課題和巖石工程問題。

我國西南地區總體上處于青藏高原的周邊地帶，伴隨青藏高原第四紀期間的快速隆升，這一地區受其影響最為強烈。高原隆升不僅塑造了這一地區高山峽谷的基本地貌形態和河谷的發育歷史，而且也決定了這一地區地殼的內動力條件、新構造運動及地震活動規律、地殼淺表層改造、第四紀沉積和剝蝕以及降雨分布，從而決定了中國西部地區與人類活動有關的地質環境的基本狀況。一方面，周邊河谷如瀾滄江、怒江、金沙江、雅礱江、大渡河、岷江等強烈快速下切，形成高原東側橫斷山系高山峽谷地貌景觀，河谷兩側高陡邊坡上大規模的崩塌、滑坡屢屢發生，且往往有超大型崩滑堵江斷流形成堰塞湖的事件；另一方面，周邊地區高地應力環境的出現及周邊斷裂體系如龍門山斷裂、鮮水河斷裂、安寧河-則木河-紅河斷裂等頻繁的新活動，使地殼內動力條件異常活躍，地震頻繁，因高地應力區河谷強烈下切卸荷而產生的大型卸荷淺表生時效變形結構也已被大量發現。這就是中國西部地質環境條件的基本格局，這樣的地質環境條件在全世界都是獨一無二的。

從巖性上看，西南地區分布的地層除太古界和寒武系之外，各時代均有出露，其中以三疊系分布最廣，巖性主要是淺變質砂、板巖及其韻律層組合。這套地層厚度巨大，擠壓緊密，褶皺強烈，巖性分布復雜。從區域穩定性上看，西南地區主要斷裂大多形成于中生代，以北西向斷裂為主，第四紀早期構造運動較為強烈，北西向斷裂大多后期重新活動。從外動力地質現象上看，調水區外動力地質現象發育程度不均，具有平面分區、垂向分帶的特性，海拔4 300m以上為凍土冰緣地貌發育區，其下岸坡變形破壞現象如滑坡、崩塌、泥石流等較為發育。

目前，西南地區水電建設面臨的重大地質問題可以簡要歸納為以下四類：

(1)活斷層、高地震烈度和區域構造穩定性問題。西南地區活斷層多、規模大、活動強度高，大部分地區地震基本烈度在Ⅶ度或以上，局部地區強震周期短，里氏7級強震的周期有的不足百年。這些活躍的外動力因素不僅影響到場地的區域構造穩定性，對水電工程樞紐布置及建筑物本身也有直接或間接的影響。

(2)河谷高地應力及其導致的變形破裂。河谷地應力場的形成是在區域應力場環境條件的基礎上疊加河流侵蝕地質作用而產生的二次應力場。西南地區普遍存在較高的區域構造應力，加之河谷深切，岸坡陡峻，伴隨河谷下切過程應力場的釋放與調整所產生的邊坡巖體結構表生改造現象非常普遍，在錦屏、二灘、小灣、溪洛渡、向家壩、瀑布溝、銅街子等水電站均有典型表現。這個過程導致了壩址地質條件的復雜化和惡化，對高壩建設帶來一系列重大的工程地質問題，如高邊坡穩定性問題、繞壩滲漏問題、建基面選擇問題等。

(3)工程高邊坡穩定問題。西南地區河谷深切，臨河自然岸坡高達上千米，對200～300m級的高壩工程，人工開挖邊坡將達到200～500m，壩肩以上還可能存在數百米的自然高邊坡。這樣高度的復雜巖質高邊坡，其穩定性評價尤其是在工程環境下的穩定性評價，對目前的工程地質、巖石力學及計算分析理論方法與實踐都是一個極大的挑戰。

(4)大型地下洞室的圍巖穩定問題。由于地形、地質條件的限制以及出于工程施工的考慮，西南地區的絕大多數大中型水電工程都將發電廠房布置在地下，且大都具有超大尺度，如溪洛渡的主廠房跨度超過30m，錦屏一級的調壓室高度超過90m，加上前述的高地應力和復雜的地質構造等因素，由此帶來的圍巖穩定性問題十分突出。

1.2 水電工程物探和工程檢測

工程物探和工程檢測是水電水利工程地質勘察的重要手段，也是工程質量無損檢測的重要技術，具有快速、簡便、適用、有效、經濟等特點，目前已廣泛應用于在建和運行期的水電工程中。在施工期，天然地質環境及其水文地質、工程地質條件隨工程施工進度發生顯著變化，檢測和監測資料可反映各種自然因素和人為因素的綜合影響。通過對檢測和監測資料進行綜合分析，能了解建筑物場地水文地質、工程地質條件的變化和發展趨勢，驗證工程地質結論和工程處理效果。因此，檢測和監測資料是優化建筑物設計和施工的重要依據。

水工建筑物的穩定性分析是一個非常復雜的問題，它牽涉到諸多方面的因素，但基礎巖體的質量是首要的。巖體質量是由互相作用、互相影響、互相制約的若干地質要素組成，從而決定了巖體力學的內在品質。聲波速度與控制巖體質量的各種地質要素有著密切關系，與聲波速度密切相關的一系列量化指標均可作為衡量巖體質量的重要依據。在水電工程施工階段，采用聲波、鉆孔變模、鉆孔全景圖像、地震層析成像、地質雷達等物探方法，通過施工過程全程快速跟蹤系統檢測與信息反饋，及時、準確提供檢測資料，為工程竣工驗收提供基礎資料。

在水電工程施工階段邊坡、基礎和洞室開挖過程中，通過現場快速跟蹤檢測及時準確地提供大量真實可靠的檢測資料，在控制壩基開挖質量、指導地質缺陷處理、鑒定壩基巖體質量及正確合理選擇建基面、優化設計方案等方面將發揮重要作用。

固結灌漿是全面加強基礎巖體的完整性并提高整體變形模量的有效手段。壩基固結灌漿是一項重要的隱蔽工程，灌漿效果是否達到設計要求，必須采用科學的檢測手段加以檢測，采用聲波、鉆孔變模及鉆孔全景圖像綜合物探方法，通過灌漿施工全程跟蹤、快速檢測，獲取客觀準確的數據，評價灌漿效果，促進固結灌漿施工工藝的提高，為固結灌漿質量檢查驗收和設計調整灌漿參數提供依據。

對于高邊坡工程，通過物探檢測獲取巖體質量參數，詳細了解不良地質體(斷層破碎帶、富水帶、裂隙密集帶、軟弱夾層等)的分布情況，并結合開挖后地質編錄和其它監測資料，確定巖體松動過程與范圍，為設計制定支護方案提供定量依據。

地下洞室圍巖的物探檢測目的是復核地下廠房洞室圍巖分類，確定圍巖松弛范圍，通過長期聲波檢測，研究開挖后圍巖力學參數隨時間和施工開挖的變化情況；根據開挖揭示的地質情況、監測資料，配合分析地下廠房洞室群圍巖變形的破壞型式、深度范圍，為圍巖穩定性評價和圍巖加固支護動態設計提供依據。

1.3 水電工程物探檢測發展

近年來，水電工程巖體檢測技術隨著大中型水電工程的建設逐步發展。自1993年開始，在二灘水電站工程施工期間，結合現場施工及灌漿工藝流程，采用超聲波法、鉆孔電視、地震層析成像法等檢測技術，系統開展了壩基巖體開挖和壩基巖體固結灌漿質量檢測技術研究，首次將聲波檢測技術大量應用于開挖建基面巖體和壩基巖體固結灌漿質量的檢測中，很好地控制和保證了基礎的質量要求。在地下廠房大型洞室群開挖過程中，通過聲波測試、各向異性地震層析成像方法，查明洞室圍巖松弛深度。

在三峽工程施工檢測中，采用地震波和聲波進行建基巖體質量分級，探測建基巖體松弛層厚度和不良地質體的空間分布，確定可利用巖體的高程，評價和復核已開挖的建基巖體質量等；采用地質雷達探測壩基風化槽深度，查清風化夾層的范圍和走向。在臨時船閘中隔離墩和永久船閘中隔離墩，采用聲波、地震CT、電磁波CT等方法，查清爆破卸荷損傷帶，為中隔離墩穩定性評價提供巖體物理力學參數；對壩基巖體固結灌漿和帷幕灌漿采用單孔聲波和穿透聲波法，檢查灌漿效果。

在小灣水電站施工過程中，采用單孔聲波、穿透聲波、全孔壁數字成像、載荷試驗、鉆孔變模量測試、地震CT等方法，檢測爆破開挖質量，探測不良地質體的空間分布，確定可利用建基面高程，評價并復核已開挖成型的壩基巖體質量；通過長期觀測孔波速隨時間推移的變化規律，判斷壩基巖體卸荷松弛過程及深度；對比分析固結灌漿和帷幕灌漿前后測試成果，綜合評價灌漿質量和效果。

在錦屏一級水電站工程施工期間，對大壩基礎巖體爆破開挖進行爆前、爆后質量檢測，對大壩建基面巖體質量評價和固結灌漿檢查開展單孔聲波、對穿聲波、鉆孔變模、承壓板變形試驗、鉆孔全景圖像、長期觀測等系統檢測工作；針對地下廠房洞室群天然地應力高的特點，以聲波為主，輔以鉆孔全景圖像、鉆孔變模，并對檢測孔長觀監測，查明洞室圍巖松弛深度及其隨時間的變化；為查明洞室開挖圍巖巖體松弛深度、復核抗力體灌漿區域灌漿圍巖巖體質量，檢查固結灌漿質量，對左岸基礎處理工程進行了相應的聲波檢測、CT地震層析成像及鉆孔變模、鉆孔全景圖像方法等檢測工作。

在錦屏二級水電站超長引水隧洞施工過程中，采用了隧道地震地質超前預報、表面雷達地質超前預報、孔內雷達地質超前預報等方法。并應用于引水隧洞巖體質量檢測、松弛深度檢測、固結灌漿質量檢測、隧洞周邊不良地質體檢測、混凝土襯砌質量檢測、預應力錨索孔電視檢查，以及大流量出水段處理質量檢測等，主要采用單孔聲波、聲波CT、洞壁地震波、甚(超)高頻雷達檢測、鉆孔變模檢測和全景鉆孔電視檢查等方法。

溪洛渡水電站在施工過程中，對建基面各開挖梯段及時開展了聲波檢測、承壓板變形試驗、鉆孔變模、鉆孔全景圖像、長期觀測等系統的巖體質量檢測工作，根據建基面開挖已出露的地質情況，某些部位存在地質缺陷，為準確把握地質缺陷的空間分布和影響范圍，提出最佳的地質處理方案，在重點部位進行必要的巖體聲波測試；在壩基基礎固結灌漿及帷幕灌漿施工過程中，及時開展聲波、鉆孔變模及鉆孔全景圖像檢測工作，評價灌漿效果。

官地水電站大壩壩型為混凝土重力壩，在施工開挖過程中，對壩基建基面每一壩塊平臺及斜坡巖體開展了聲波、鉆孔變模、鉆孔全景圖像、長期觀測等系統巖體質量檢測工作；結合洞室施工開挖進程，利用布置在地下廠房三大洞室、尾水洞、泄洪洞等物探檢測斷面，及時開展常規聲波及長期觀測等工作，同時針對廠區出露地質構造，采用鉆孔全景圖像手段，追蹤斷層及其影響帶空間分布及延伸情況；在壩基基礎固結灌漿、洞室固結灌漿及帷幕灌漿施工過程中，對灌漿區及時開展聲波、鉆孔變模及鉆孔全景圖像檢測工作，評價灌漿效果。

在龍灘、拉西瓦、向家壩、瀑布溝、大崗山、福堂、天生橋、紫坪鋪等大中型水電工程施工期，都對壩基巖體、地下洞室圍巖、灌漿處理等進行了全面系統的檢測，為評價巖體質量、檢查基礎處理施工效果以及工程安全評價提供檢測成果。

2 大壩基礎巖體質量檢測

大壩建基面開挖后，壩基巖體的質量是保證大壩穩定和安全的基礎。在壩基開挖施工期間，為查明壩基爆破開挖后各部位卸荷松弛深度、巖體波速衰減情況以及松弛巖體隨時間變化過程，正確評價建基面巖體開挖卸荷松弛程度和巖體質量，為指導建基面施工開挖和巖體卸荷松弛加固設計提供直接依據；需對基礎巖體進行檢測，一般包括爆破松弛檢測、建基面巖體質量檢測、查明地質缺陷空間分布及性狀、測試巖體松弛時效變形特性、檢測壩基巖體固結灌漿及帷幕灌漿效果。

爆破檢測一般按開挖單元或梯段布置爆破檢測孔，爆破檢測孔分爆前、爆后孔，檢測主要采用單孔聲波和對穿聲波方法，通過爆破前后聲波測試，確定壩基開挖后的爆破影響深度、應力釋放前后巖體質量變化，監測爆破參數的合理性。在壩基開挖最后一層爆破時，通過同一孔位距建基面1m部位的巖體爆前、爆后波速的衰減率，判斷基礎表面受爆破影響的程度，若衰減率大于10%，判斷為爆破破壞，為制定爆破技術方案和設計參數提供依據。

隨著壩基開挖，大面積巖體被揭示出來，給巖體質量準確評價提供了更為豐富的基礎資料。建基面巖體質量檢測的目的是探測不良地質體的空間分布，確定可利用建基面高程，評價并復核已開挖成型的壩基巖體質量。

在拱壩體型設計和壩體應力、變形計算分析中，對不同高程、不同部位巖體的變形模量有不同的要求。在壩基基礎開挖過程中，按不同高程、不同部位、不同巖性布置物探檢測孔，主要采用聲波、鉆孔變形模量、鉆孔全景圖像等物探方法，獲取巖體聲波速度、鉆孔變形模量、鉆孔全景圖像成果，建立壩基巖體聲波值與變形模量關系，配合水工設計、地質人員確定開挖后巖體的波速控制標準，提出壩基建基面的綜合質量控制標準。

巖體變形模量是水工設計和各項工程基礎變形穩定分析的重要力學參數之一，其大小與巖性、結構構造、風化卸荷等地質因素密切相關。這一力學參數目前主要是通過現場(剛性)承壓板法巖體變形試驗獲得。但該試驗方法對場地要求較高，儀器設備復雜且笨重，試驗周期長。

聲波技術的基本原理是利用固體介質受到動載荷的瞬間沖擊作用或反復振動作用時，在固體介質內產生動態應力，從而引起動態應變，并以波動的形式自震源向外傳播。與巖體變形模量一樣，聲波在巖體中傳播速度的大小受巖性、結構面的性質、數量，以及它們之間的組合關系、風化卸荷等因素影響。聲波速度的大小不僅反映了巖體的地質情況，同時也在一定程度上表現了巖體的力學性能。一般情況下，巖體變形模量高，聲波速度也高，這就為巖體變形模量與聲波速度建立相關關系提供了前提條件。

在水電工程施工中，常需要對建基面、地下洞室中工程巖體質量進行檢測復核，以驗證是否達到設計要求。由于施工干擾、施工進度等限制，施工期開展現場承壓板法巖體變形試驗難度很大，然而，進行聲波測試卻是一種簡單可行的方法。利用前期已建立起的巖體變形模量與聲波速度的相關關系，和現場測得的聲波速度，即可快速簡便地換算出巖體變形模量值，從而為工程施工提供快速、高效的服務。

壩基巖體開挖后，隨著時間的推移壩基巖體將持續產生不同程度的松弛，在壩基高地應力部位，建基面巖體卸荷松弛較大，嚴重影響壩基巖體的利用，開展壩基卸荷回彈變形過程和變形深度的研究，為掌握壩基巖體聲波速度隨時間推移的衰減規律，了解因壩基開挖所引起的應力重新分布狀態下巖體卸荷松弛影響深度、程度，壩基巖體聲波波速及質量隨時間推移的變化情況等，在大壩建基面布設聲波測試長觀孔，進行大壩建基面的時效松弛變化研究。根據測試結果所反映的壩基巖體隨時間推移波速衰減規律，判斷壩基巖體在應力重新分布影響下的卸荷松弛深度。

固結灌漿是全面加強基礎巖體的完整性并提高整體變形模量的有效手段。經灌漿處理后，被灌巖體的整體性、剛度和防滲性等方面均得到了不同幅度的提高，而對于處理效果必須采用科學的檢測手段加以控制，檢測結果作為指導施工、驗收、安全鑒定和今后運行期安全鑒定等提供必備的定量依據。

在壩基基礎施工階段，結合現場施工及灌漿工藝流程，采用聲波、鉆孔變模及鉆孔全景圖像等方法，系統開展壩基巖體固結灌漿質量檢測。灌前檢測一般利用Ⅰ序孔，灌后檢測利用檢查孔，通過灌漿前后巖體波速及變模提高情況，建立鉆孔變模與鉆孔聲波相關關系，提出各巖級固結灌漿效果聲波檢測評價標準，綜合評價壩基巖體固結灌漿效果，達到了施工現場快速檢測的目的。

3 地下洞室物探檢測

3.1 大跨度、高邊墻地下洞室巖體質量檢測

由于水電工程地下洞室往往具有跨度大、邊墻高和地質條件復雜的特點，如何評價大跨度地下洞室的圍巖穩定，節約工程投資，成為目前巖石力學工程中需要解決的主要問題之一，也給巖石力學工程帶來了挑戰與研究機遇。準確把握圍巖基本參數、邊界條件以及初始條件(初始地應力)是確定相對較好的施工方案和支護設計參數的關鍵，通過建立施工期快速檢測、監測與反饋分析系統，分析研究在一定的工程措施下(爆破開挖、支護措施等)的輸出信息(應力、變形等)，間接地評價圍巖穩定性和支護作用，了解現場開挖和支護過程中的圍巖穩定性和支護措施的工作狀態信息。通過反分析研究這些信息，為修正開挖及支護參數提供依據，并反饋于施工決策和支持系統，修正和確定新的開挖方案和支護參數。這個過程可以隨開挖支護的施工循環進行，使施工過程得以不斷調整和優化，經濟安全地完成洞室施工。

地下洞室施工期快速檢測、監測與反饋分析是“動態設計”方法的一個重要環節，它在整個支護設計過程中具有重要作用。通過對地下廠房施工期檢測、監測反饋分析，逐層進行圍巖穩定性評價和后續開挖對圍巖影響的預測，為整個開挖過程中的設計支護參數的調整、施工開挖方案提供了重要的依據。

巖體結構是決定巖體完整性和圍巖變形破壞形式的主要因素之一，是圍巖類別劃分、支護型式確定的主要依據之一。因此，研究巖體結構類型與變形破壞形式及其兩者的關系對分析評價圍巖穩定性尤為重要。

影響圍巖穩定的主要因素包括巖體結構與圍巖類別、巖體應力、地下水、工程因素四個方面，因此，應從這些方面著手對各類圍巖的整體或局部穩定性進行定量或定性評價，以便采取相應的、合理的開挖方案和有效的支護措施加固圍巖，以充分發揮圍巖自身的承載能力，確保圍巖的穩定。

要查明這些地質條件，在定性評價巖體類別的基礎上，采用物探等手段定量對洞室巖體質量進行工程地質評價。

對于大型水電工程中高應力條件下大跨度地下洞室群，在開挖施工過程中高邊墻和頂拱經常發生較大的松弛變形，監測和檢測圍巖松弛變形深度及其變化極為重要。鉆孔聲波測試和鉆孔全景圖像測試是常用的物探檢測方法。

聲波測試孔一般按斷面布置，每個檢測斷面的鉆孔間距8～10m，在頂拱和拱肩布置檢測孔。對檢測孔進行定期測試，檢測圍巖波速隨開挖進行的變化情況，分析評價巖體松弛卸荷隨時間的變化規律。在定期完整的測試過程中應分析巖體松弛變化與施工過程的關系，為圍巖松弛分析評價提供準確、及時、完整的檢測資料。

通過對地下廠房松弛深度變化及聲波波速衰減率等因素的綜合統計分析，洞室圍巖時效特征表現為圍巖松弛深度與開挖的關系密切：隨地下廠房的開挖，測試孔孔口與底板的高差增加，巖體松弛深度明顯加劇；底板高程一定時，隨測試時間跨度的增加，巖體松弛深度稍有增加。總體來看，隨著時間推移和開挖的進行，地下廠房圍巖波速總體上呈降低趨勢，在巖墻淺部降低得尤為顯著。隨著開挖進行，圍巖卸荷松動越來越強烈，松弛深度增加明顯。

3.2 中小地下洞室巖體質量檢測

地下洞室開挖后，破壞了巖體原有的平衡條件，導致巖體內的應力重新分布，在洞壁周邊的巖體將出現應力釋放的松弛帶。物探檢測洞室松弛圈可了解洞室圍巖應力下降帶的范圍，查明洞壁巖體的松弛厚度，測定松弛、未松弛巖體的彈性力學參數。

水電工程中小洞室主要是引水隧洞、導流洞、泄洪洞、尾水洞等，一般洞線較長。洞室松弛檢測斷面一般按一定間距布置，或根據地質條件分巖級布置典型斷面，根據斷面大小布置4～6個檢查孔，采用鉆孔聲波和鉆孔全景圖像等方法查明圍巖松弛深度，為支護設計和固結灌漿設計提供定量依據。

洞室松弛深度檢測采用單孔聲波法，通過獲取的巖體聲波速度，對隧洞洞壁表淺層因爆破和應力松弛所造成的巖體破壞情況進行分析，以較好地掌握隧洞開挖后圍巖的松弛變形情況，為設計確定各洞段固結灌漿孔的深度提供依據。

一般認為，巖石的密度越大、孔隙率越低，其聲速越高；聲速還隨著巖石所受壓力(小于巖石強度)的增大而增大。洞室圍巖松動帶的特點是應力松弛、結構松動；壓密帶的特點是應力升高、結構緊密；穩定帶的特點是應力與結構狀態都保持不變。所以在對圍巖松動帶深度進行劃分時，既要根據聲波速度變化情況，又要依據圍巖的結構特征，按巖級、構造、風化卸荷、巖爆等地質單元進行分類統計、分析。

4 高邊坡巖體物探檢測

在水電工程建設中，邊坡穩定問題是經常遇到的。特別是修建大型水電工程時，大壩壩址往往選在高山河谷地帶，不可避免地會遇到大量邊坡工程。水電工程邊坡主要有兩類，即人工邊坡和天然邊坡。人工邊坡主要是指工程施工開挖形成的邊坡，主要有大壩壩肩開挖邊坡，地下洞室(地下廠房、引水隧洞、廠房尾水隧洞、泄洪隧洞、導流隧洞、交通洞等)進、出口邊坡，地面廠房邊坡，引水渠道、溢洪道及道路邊坡等。天然邊坡是指工程興建前就存在、未受到人類活動影響，但工程興建后受工程影響，存在穩定問題的邊坡，主要有兩類：一類是水庫庫區內的邊坡和陡崖，由于受水庫蓄水的影響，常常發生水庫滑坡和陡崖崩塌；另一類是水電站泄洪霧化區天然邊坡，在電站運行期大壩、溢洪道或泄洪洞泄洪時，受泄洪霧化降雨的影響可能失穩的邊坡。

與公路邊坡、鐵路邊坡、礦山邊坡、民用建筑物邊坡相比，水電工程邊坡往往規模巨大、地形地質條件復雜、技術難度大、工程風險高，邊坡的穩定直接決定著工程修建的可行性，影響著工程的建設投資和安全運行。水電工程邊坡主要有以下特點：邊坡高陡、規模巨大、邊坡使用期長、治理安全標準高、邊坡的穩定性至關重要、邊坡地質條件復雜。邊坡工程涉及各種類型巖土體，有覆蓋層邊坡、堆積體邊坡，有巖石邊坡、巖土體混合邊坡。邊坡工程與地下水關系密切，地下水往往是影響邊坡穩定的主要因素。

高邊坡涉及的工程地質問題，不僅成為工程可行性決策的重要控制因素，而且在很大程度上影響著工程投資、施工運行安全及工程運行效益。

水電工程的水庫庫岸、壩肩邊坡、電站廠房邊坡、管道邊坡、隧洞進出口邊坡、溢洪道邊坡、引水渠道邊坡等，都是在各個設計階段中經常遇到的巖石高邊坡問題，其穩定分析與評價關乎工程建設的安全、經濟效益和進度，同時也是復雜的巖石力學綜合問題。邊坡的失穩是各種內、外地質因素綜合作用的結果：地形地貌條件反映了邊坡的應力狀況和臨空狀況；巖體的地層巖性及其物理力學性質、構造特點、風化卸荷特征等是影響邊坡穩定的內在因素；地表水與地下水的作用往往成為邊坡穩定的關鍵因素，邊坡現今變形現象是邊坡穩定性的直觀反映。

在中、高地應力巖石高邊坡中，隨著施工開挖的進程，巖體表部荷載卸除，邊坡或地下洞室圍巖臨空面產生向外的回彈變形，巖體應力調整，淺表部的應力降低而向深部轉移，同時巖體內原有的裂隙開度增大，細微裂隙進一步擴展，并伴隨產生新的裂隙，這就是巖體開挖的卸荷松弛現象。巖體開挖卸荷松弛會增加邊坡或地下洞室圍巖的變形，并隨時間有所增長，同時還會降低巖體質量，弱化相應的變形和強度參數，對此若認識不足或控制不當將會對邊坡穩定、圍巖穩定、變形控制及大壩建基面巖體質量產生不利的影響甚至導致工程事故。

巖體力學參數是影響邊坡穩定性的主要因素之一,準確確定邊坡巖體力學參數是進行邊坡穩定性分析的關鍵環節和基礎性工作。在邊坡開挖施工過程中，結合水電工程邊坡特點，利用邊坡錨桿、錨索孔及施工洞室布置物探檢測工作，采用聲波、鉆孔全景圖像、地震層析成像等物探方法，通過獲取巖體聲波速度，確定錨固端巖體類別、開挖松弛深度、風化卸荷帶和軟弱帶空間展布及延伸方向，為制定邊坡支護方案、調整設計參數、動態設計提供定量依據。

西南地區河谷深切，岸坡外動力地質作用強烈，坡體結構復雜，地震層析成像(地震CT)測試技術的普及應用，為坡體結構定量研究提供了快速有效的研究手段。

在錦屏一級水電站經勘探揭示左岸坡體內發育有深部裂縫，為準確掌握深部裂縫在坡體內的空間發育分布特征，沿不同方向的平硐進行了地震層析成像(地震CT)測試(見圖1)。

圖1 錦屏一級水電站地震層析成像成果

根據平硐CT圖像分析：(1)破裂帶巖體傾向坡外，進一步證實它們是追蹤NE向傾向坡外地構造裂隙發展而成的；(2)裂縫大多未貫通，明顯受層面限制，宏觀上呈臺階狀展布；(3)破裂帶之間保留有不同厚度的相對完整的板梁。

岸坡巖體的上述分帶特征，為變形破裂范圍確定、已有的變形破裂跡象及其機制類型的判定、岸坡演化趨勢及其在不同條件下岸坡穩定性狀況評價提供了重要依據。同時在穩定性評價中，充分考慮了變形破裂體發展階段和組合結構面的貫通情況，分別賦予不同的參數，更好地反映了實際情況。

5 結束語

近年來，工程巖體檢測技術廣泛應用于大中型水電工程中。自1993年開始，在二灘水電站壩基開挖過程中，結合現場施工及灌漿工藝流程，系統地開展了壩基巖體質量及固結灌漿效果、拱壩混凝土澆筑質量的檢測及技術研究工作，對工程質量控制起到了十分重要的作用，為安全鑒定提供了必要的基礎資料。近些年，在小灣、錦屏、溪洛渡等大中型水電站主體工程中物探檢測技術得到廣泛應用，為壩基基礎、地下洞室、邊坡等工程部位巖體質量評價、基礎處理、制定開挖方案、動態設計提供定量依據。

隨著西部水電建設大力發展，為了更好地為水電工程服務，針對工程特點及難點，還需要深入研究物探檢測技術，開展新方法、新技術研究工作，讓工程巖體物探檢測技術更具生命力。

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