新疆水利水電工程地質勘測的主要方法研究

趙 暉

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊830000)

0 前 言

隨著經濟水平得不斷提高，人們對水利水電工程建設質量提出了更高要求，作為水利水電工程建設的基礎工作—地質勘測引起了工程建設者的廣泛關注，尤其地質勘測技術成為業內人士探討的熱門話題。

當前，新疆地區的水利水電工程地質勘測采用的方法有工程鉆探和山地勘探、遙感技術以及工程物探等方法，下面逐一對其進行探討。

1 工程鉆探和山地勘探方法

工程鉆探仍是當前獲得地質狀況的有效方法，而在山地勘探的常用方法有豎井和平硐勘探［1］。經多年發展，鉆探和勘探技術日益成熟而且不斷出現新的技術，為水利水電工程地質勘測工作的順利進行提供了堅實的保障。常用的方法有6 種:砂卵石層鉆進技術、金剛石鉆進技術、金剛石繩索取芯鉆進技術、套鉆技術、軟弱夾層鉆技術和大口徑鉆探技術。

1.1 砂卵石層鉆進技術

砂卵礫石層因具有厚度大、埋藏深、結構復雜、質地堅硬等特點，一直是水利水電工程鉆探面臨的技術難題［2］。后經大量的研究和實踐，研究出了SM植物膠和MY －1A 植物膠沖洗液金剛石鉆進法，顯著提高了砂卵石層鉆進效率。

實際施工時將膨潤土、水、堿、SM 植物膠按照一定的比例配置成沖洗液應用到鉆進施工中，憑借其良好的潤滑減阻、減震性能，能夠有效防止孔壁坍塌和保護巖心的作用。

1.2 金剛石鉆進技術

目前，水利水電工程地質勘測中金剛石鉆進技術較為常用。結合大量地質勘測實踐經驗，為提高金剛石鉆進效率，實際施工時應重點把握以下3 項內容:

1)結合巖石的風化程度選擇合適的開孔鉆頭，通常情況下開孔時使用0.3 ～0.5 m長的巖芯管進行施工。隨著鉆孔深度的增加，為避免孔傾斜應適當增加巖芯管長度。開孔鉆進時應使用麻花鉆，鉆進到達風化巖石時應使用短巖芯管長取粉管鉆進，以及時將巖粉撈取出來［3］。

2)確定下套管層數時應綜合考慮孔深和孔徑情況，并且套管不能彎曲，各部位連接應牢固。同時，使用水泥或黏土將套管口封閉嚴密，以防止巖粉進入套管，給鉆進工作造成干擾［4］。

3)下鉆時經過掉塊或孔口管換徑位置時應緩慢下鉆，遇阻時應輕輕轉動鉆具，避免猛提和猛頓鉆具。

1.3 金剛石繩索取芯鉆進技術

該技術最大特點為能在不提鉆的狀況下，利用繩索將包含巖心的內管提到地面上，進而能夠方便地采取巖芯［5］。因此被廣泛應用到淺孔、深孔鉆孔作業中。尤其在水利水電地質勘測過程中能有效避免孔壁掉塊、坍塌情況的發生，能有效提高地質勘測效率。

1.4 套鉆技術

利用套鉆技術能有效地從軟弱層帶中獲取原狀巖芯，尤其在軟弱或破碎夾層中能較好地保證巖芯質量。

具體施工時應做到:

1)在鉆孔段的中心位置鉆取36 ～46 mm直徑大小的鉆孔，當鉆孔深度達到1 ～1.5 m時進行插筋并將黏結劑灌入其中。

2)等待黏結劑凝結后，使用直徑110 mm孔徑套取巖芯。主要因為在黏結劑的作用下插入的細鋼管和巖芯凝結在一起，因此能完整的取出軟弱夾層且能使其保持較好的原有狀態。

該技術應用在眾多的水利水電工程地質勘測中，取得了良好的效果。

1.5 軟弱夾層鉆技術

在軟弱夾層中使用一般的金剛石鉆進法施工成功率較低，為此應使用專門的技術以提高軟弱夾層鉆進效率［6］。

在軟弱夾層鉆進施工時通常使用軟夾層鉆技術，該技術運用的取芯鉆具包括巖芯阻塞報警裝置、扶正裝置、懸掛裝置等部件構成。同時還包括一些減少振動、免受擠壓和沖刷的保護系統。經實踐證明該技術在水利水電工程地質勘測中發揮巨大的經濟效益。

1.6 大口徑鉆探技術

水利水電地質勘測中豎井的開鑿很大程度上使用機械設備，一方面它能提高勘測施工效率，另一方面能降低勞動強度提高勘測作業安全系數，而且作業中能減小對巖體結構的影響［7－8］。

當前，大口徑鉆探技術使用的設備可開鑿直徑為800 ～1 200 mm的鉆井，而且鉆井深度可結合鉆井方法調整，取芯操作時雖鉆井直徑不超過1 200 mm，但鉆進深度可達50 ～60 m。如進行全斷面鉆進孔徑為800 ～1 200 mm，孔深可超過100 m。

總之，利用大口徑鉆探技術可通過孔壁和巖芯不但能觀察地質風化、斷層、透水性、巖性等狀況，而且還可研究水文地質結構和巖體結構。

2 遙感技術勘測方法

遙感技術在水利水電工程地質勘測上的應用，大大提高了地質勘測的靈活性和準確性。依據遙感平臺高度可將遙感勘測技術分為地面遙感、航空遙感和航天遙感3 種類型。

且利用該技術獲得的陸地攝影照片、航片、衛星照片等材料均是真實自然景觀的圖像，因此能夠較清晰、全面的反映出巖溶、泥石流、崩塌、滑坡等地質現象，同時還能從中觀察出地質構造、地層巖性和地貌形態。

遙感勘測技術具有信息豐富、視野廣闊、獲得的影像具有一定周期性等優點，被廣泛應用在水利水電工程地質勘測工作中。

2.1 研究區域構造穩定性

利用遙感技術能夠獲得大量的高質量線性構造信息，因此能夠準確地反映出地貌形態、水系分布以及地質特征等信息，進而幫助地質勘測技術人員更好地研究水利水電工程周圍地區構造格架，評估工程周邊地區構造穩定性提供準確素材。

2.2 調查自然災害

水利水電工程附近諸如泥石流、滑坡、崩塌自然災害的調查是地質勘測工作的重要組成部分。針對該項內容的勘測如借助遙感技術提供的彩紅外片或航衛片，結合現場勘查提供的資料進行全面的分析，能較詳細的了解影響水利水電工程穩定性的自然災害情況，對保證水利水電工程穩定性運行具有重要意義。

2.3 調查巖溶情況

遙感技術提供的影像材料尤其彩紅外影像，能為分析水利水電工程巖溶情況提供準確參考。一方面從影像中能很好的判讀巖溶地貌狀況，另一方面能從介質紅外光譜差異性上分析泉水和地下水分布信息。

國內很多水利水電工程地質勘測時，利用該方法研究巖溶及其滲漏問題取得較好效果。

2.4 地質測繪填圖

地質測繪時要求在保證成圖現場校準和確保野外工作量的基礎上，提倡使用遙感圖進行地質測繪。而且部分地區大比例尺工程地質圖應首先考慮遙感成圖。這些要求均在我國水利水電工程勘測相關文件中有所體現。

2.5 地質編錄巖土工程開挖面

為更好的完成水利水電工程施工中存檔備查、安全預報、反饋設計等環節工作，應借助遙感技術進行地質編錄以指導水利水電工程地下工程開挖施工。

為此，我國相關研究部門，在完善高邊坡快速地質編錄系統的基礎上，成功應用到水利水電工程項目中。

實際施工時結合使用數碼攝像機，并進行現場采集和數據預處理，運用專門的軟件系統進行處理后能夠獲得任意方位的線劃圖和連續的彩色影響。

2.6 研究防洪、水土保持情況

我國相關科研單位曾利用TM 衛片，對負責區域的水利水電工程附近的泥石流、滑坡情況進行解譯，同時對其發育情況進行劃分最終獲得了區劃圖，并在此基礎上提出了治理和建立預警系統意見，進而為負責區域的水利水電工程防洪、水土保持工作的開展提供價值較高的資料。

3 工程物探方法

我國水利水電工程地質勘測中工程物探方法的應用起步較晚，直到20個世紀90年代，一些研究單位中才配備管線儀、聲波儀、透視儀、電法儀以及綜合測井儀等設備，使地質勘測野外數據采集精度得到較大提高，一定程度上促進了我國地質勘測技術的發展。

3.1 地球物理層析成像技術

該技術借助已存在的鉆孔或平洞，對發射和接受的投射波進行采集和處理，進而獲得孔洞間波速值，最終對區間的巖體做出判斷。

實際勘測施工中如未找到有效且經濟的方法，采用該技術往往能取得較好的效果，它不但減少操作勞動量，而且還能提高巖體物理力學整體評價質量。

因此，我國非常重視該種技術在水利水電工程項目中的應用。

3.2 鉆孔彩色電視系統

該系統在確定泥化夾層位置、形狀和尺寸方面發揮重要作用。經過多年的發展鉆孔彩色電視系統經過了a91mm、a53mm、50mm 階段，其中a53mm 彩色電視系統中的鉆孔在a56mm 金剛石鉆孔基礎上發展而來，50 mm的鉆孔彩色電視系統為在地質勘測中更好的觀察水平風鉆情況研制而成，該系統中首次運用了CCD 光電耦合器件，具有性能穩定、集成度高、設計合理等優點。

在科技發展推動下，鉆孔彩色電視系統融合了數字和圖像處理技術，功能越來越強大，例如主機將錄像機、監視器、控制器融合為一體，能接入口徑不同的鉆孔電視探頭，不但實現了數字化壓縮存儲，而且為后期的處理提供較大便利。

3.3 高密度電法勘探

高密度電法工作依據的原理仍包含在電阻率法的范疇之內，不過其將地震勘探數據采集方法引入進來。

進行野外實際勘測時能將所有電極設置在測點上，并利用電測儀和程控電極開關的轉換實現數據的及時采集，同時將采集的數據進行處理進而獲得地電剖面圖。該方法融合了計算機和現代電子技術，能顯著提高地電數據采集效率。

4 總 結

地質勘測質量對水利水電工程的長期運營具有重要影響，尤其地質結構較復雜地區，相關部門應結合地質結構特點，采取針對性方法以提高地質勘測數據準確性和完整性，為水利水電工程建設和運營提供良好的信息支撐。

［1］李榮偉，侯恩科. 水利水電工程地質勘測的主要方法及其發展［J］. 四川水力發電，2007，26(06):89 －92.

［2］郭允霞. 水利水電工程地質勘測探討［J］. 民營科技，2011(01):171.

［3］路晶. 水利水電工程地質勘測的主要方法及其發展［J］.中國新技術新產品，2011(12):65.

［4］楊富民. 淺析西藏地區水利水電工程地質勘測與環境問題［J］. 西藏科技，2011(09):68 －69.

［5］彭偉，徐磊，徐陵陵. 水利水電工程地質勘測新方法的應用與展望［J］. 企業導報，2012(10):282 －283.

［6］徐偉偉. 水利水電工程地質勘測方法與技術應用［J］. 科技創新與應用，2012(27):211.

［7］趙龍. 淺談水利水電工程地質勘測方法與技術應用［J］.中國水運:下半月，2013，13(05):167 －168.

［8］鐘太權. 水利水電工程地質勘測技術分析［J］. 中國高新技術企業，2010(18):81 －83.