補(bǔ)充勘探孔綜合檢測手段在復(fù)雜地質(zhì)條件下的運(yùn)用及分析

蔡 海 燕， 王 波

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

斜卡水電站位于四川省甘孜州九龍縣斜卡鄉(xiāng)，屬于高寒地帶，海拔3 100多m，極端最低氣溫為-15.6 ℃，最大風(fēng)速20.7 m/s，最大壩高110 m，壩頂高程3 168 m。

該電站地質(zhì)條件復(fù)雜，壩區(qū)內(nèi)右岸地質(zhì)條件以古老的松動(dòng)變形體為主，左岸地質(zhì)條件以傾倒體為主。壩區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為拉裂型裂隙和隨機(jī)分布的層間擠壓破碎帶，其巖層寬大、貫通性裂隙極為發(fā)育且分布極廣。大壩趾板揭露的巖石為變質(zhì)砂板巖夾少量板巖。

針對大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，為進(jìn)一步詳細(xì)探明地質(zhì)狀況，我們采用綜合檢測手段對補(bǔ)充地質(zhì)勘探孔進(jìn)行了檢測和分析，以作為前期地質(zhì)勘探資料的補(bǔ)充，從而為施工期正確處理和解決電站壩基張拉、貫通型裂隙防滲工程施工難度大等問題提供幫助，確定快速、高效、經(jīng)濟(jì)的施工方案，從而保證斜卡水電站按期或提前具備蓄水發(fā)電條件。

2 補(bǔ)勘孔的布置與施工

2.1 補(bǔ)勘孔的布置

在大壩左右岸共布置了12個(gè)帷幕灌漿補(bǔ)充勘探孔，其中左岸布置了5個(gè)，右岸布置了7個(gè)，補(bǔ)勘孔深度達(dá)1 665.66 m，孔深及工程量見表1。

2.2 補(bǔ)勘孔的施工

施工步驟及方法如下。

(1)施工準(zhǔn)備。包括進(jìn)行準(zhǔn)確的孔位放樣；

表1 補(bǔ)勘孔孔深及工程量統(tǒng)計(jì)表

(2)鉆孔。補(bǔ)勘孔采用XY-2型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，開孔孔徑為168 mm，終孔孔徑為91 mm，從上到下逐段進(jìn)行鉆孔，逐段安裝灌漿塞進(jìn)行灌注直至孔底，段長2～5 m；

(3)鉆孔檢測。包括孔斜測量、壓水試驗(yàn)和孔內(nèi)電視等，每段鉆孔完成后，對鉆孔孔斜進(jìn)行測量，然后對孔段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)，壓水試驗(yàn)結(jié)束后，待孔內(nèi)水澄清，用孔內(nèi)電視觀察孔內(nèi)的裂隙發(fā)育情況，確定砂漿配合比；

(4)灌注。與鉆孔施工交替進(jìn)行，每段鉆孔完畢，根據(jù)每段鉆孔的檢測結(jié)果確定灌注材料；鉆孔若有返水孔，則采用水泥漿灌注；鉆孔無返水孔時(shí)，則采用自密實(shí)砂漿灌注；

(5)灌注結(jié)束。每段灌注砂漿至孔口時(shí)停止灌注，待凝4 h后進(jìn)行掃孔并進(jìn)行灌后壓水，當(dāng)灌后該孔段壓水達(dá)到檢查標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行下段施工；當(dāng)灌后壓水達(dá)不到檢查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行砂漿灌注，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)；

(6)灌注效果檢查。全孔灌注完成后，待凝14 d，通過鉆孔取芯、分段壓水試驗(yàn)、灌后聲波檢測并通過孔內(nèi)電視對灌注效果進(jìn)行檢查；

(7)封孔。全孔灌注效果檢查合格后，采用全孔水泥漿灌注封孔，封孔灌注結(jié)束后，孔口抹平。

3 勘探成果

3.1 地質(zhì)情況

孔內(nèi)電視、砂漿灌注及取芯結(jié)果表明：此巖層的裂隙寬度大小不等(裂隙寬度范圍為0.1～300 cm，平均裂隙寬度為1 cm)，裂隙數(shù)量多(平均每m裂隙條數(shù)為2.1條)。孔內(nèi)電視拍攝到的裂隙情況見圖1。

圖1 孔內(nèi)電視拍攝到的裂隙情況

3.2 注水成果及透水率分析

3.2.1 注水成果

施工中，對部分鉆孔進(jìn)行了灌前注水，注水結(jié)果表明：其流量大，大部分無回水(表2)。

表2 灌前部分灌漿孔的注水結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.2.2 透水率

(1)補(bǔ)勘孔透水率頻數(shù)、頻率統(tǒng)計(jì)見表3。

孔深在0～40 m范圍內(nèi)，帷幕灌漿補(bǔ)勘孔壓水試驗(yàn)平均透水率為70.6 Lu；孔深在40～80 m范圍內(nèi)，平均透水率為45.4 Lu；孔深在80～120 m范圍內(nèi)，平均透水率為25.8 Lu；孔深在大于120 m范圍內(nèi)，平均透水率為67.8 Lu。 左岸施工的補(bǔ)勘孔GB5-1-5第027段次孔深為127.7～132.7 m，透水率為1 408 Lu，該部位可能存在寬大裂隙或空洞，從而造成透水率偏大，屬于異常現(xiàn)象。在將這一段排除、不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，在孔深大于120 m范圍內(nèi)，平均透水率為31.3 Lu。可見，以孔深80 m處為分界線，孔深在0～80 m范圍內(nèi)的平均透水率﹥孔深80 m以下的平均透水率。

從表2中可以看出，在透水率大于100 Lu的范圍內(nèi)，孔深大于80 m的部位出現(xiàn)了89次，無壓無回的孔段出現(xiàn)了75次，分別為47%、39%；孔深小于80 m的部位出現(xiàn)了64次，無壓無回的孔段出現(xiàn)了57次，頻率分別為41%、37%。

表3 補(bǔ)勘孔透水率頻數(shù)、頻率統(tǒng)計(jì)表

在透水率大于100 Lu的范圍內(nèi)，孔深小于80 m的部位出現(xiàn)的頻率比孔深大于80 m的地層高6%；出現(xiàn)無壓無回的段次高2%。

由此可以發(fā)現(xiàn)，孔深0～80 m孔段巖體破碎，發(fā)育有多條寬大、貫通性裂隙或構(gòu)造帶，可灌性比孔深大于80 m的部位好。

(2)透水率頻率曲線圖分析

補(bǔ)勘孔透水率頻率曲線見圖2。

圖2 補(bǔ)勘孔透水率頻率曲線圖

在10～50 Lu范圍內(nèi)，左岸透水率頻率曲線坡度最陡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于右岸在這個(gè)范圍內(nèi)出現(xiàn)的段數(shù)，上升幅度最大；而在大于100 Lu范圍內(nèi)，右岸透水率頻率曲線坡度最陡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于左岸在這個(gè)范圍內(nèi)出現(xiàn)的段數(shù)，上升幅度最大。

雖然左岸也有透水率大于100 Lu的段次出現(xiàn)，但其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于右岸的段數(shù)。可見，右岸地質(zhì)條件相對于左岸更復(fù)雜，發(fā)育有多條大裂隙或空洞。

3.3 單位注灰量及其頻率分布

補(bǔ)勘孔單位注灰量頻數(shù)、頻率統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 補(bǔ)勘孔單位注灰量段數(shù)、頻率統(tǒng)計(jì)表

帷幕灌漿補(bǔ)勘孔單位注入量為695.1 kg/m，其中分布在小于10 kg/m范圍內(nèi)的頻率為24%。因右岸進(jìn)行了73段次灌注砂漿，故在表3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，這73段按注灰量為0 kg進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致在小于10 kg/m的范圍內(nèi)出現(xiàn)段數(shù)84次，實(shí)際出現(xiàn)段數(shù)為11次，頻率應(yīng)為3%；在10～50 kg/m范圍內(nèi)的頻率為3%；在50～100 kg/m范圍內(nèi)的頻率為4%；在100～300 kg/m范圍內(nèi)的頻率為17%；在300～600 kg/m范圍內(nèi)的頻率為24%；在大于600 kg/m范圍內(nèi)的頻率為27%。補(bǔ)勘孔的單位注入量主要集中在小于300～600 kg/m、大于600 kg/m三個(gè)范圍內(nèi)。

左岸補(bǔ)勘孔單位注入量為422.4 kg/m，主要集中在300～600 kg/m范圍內(nèi)，共占左岸施工總段數(shù)的39%。右岸補(bǔ)勘孔單位注入量為891.6 kg/m，主要集中在大于600 kg/m的范圍內(nèi)，共占右岸施工總段數(shù)的34%。左岸單位注入量比右岸少52.6%。

補(bǔ)勘孔單位注灰量頻率曲線見圖3。

圖3 補(bǔ)勘孔單位注灰量頻率曲線圖

從單位注灰量頻率曲線圖中可以看出，在小于100 kg/m的范圍內(nèi)，左、右岸曲率相近；在100～600 kg/m范圍內(nèi)，左岸頻率曲線上升幅度明顯大于右岸，坡度最陡；在大于600 kg/m的范圍內(nèi)，右岸頻率曲線上升幅度明顯大于左岸，坡度最陡。

可見，右岸地質(zhì)條件比左岸差，與壓水試驗(yàn)成果相符。

3.4 灌漿過程中特殊情況的分析

(1)灌注砂漿情況分析。

根據(jù)壓水試驗(yàn)成果，對于透水率無窮大的補(bǔ)勘孔孔段，采用自密實(shí)砂漿灌注后待凝4 h后再掃孔后采用水泥漿液灌注的方式。

左岸補(bǔ)勘孔施工過程中未采用自密實(shí)砂漿進(jìn)行灌注，而右岸地質(zhì)條件差，施工的補(bǔ)勘孔中有73段次采用自密實(shí)砂漿進(jìn)行灌注，有4個(gè)補(bǔ)勘孔孔口段采用砂漿灌注且部分灌注砂漿的段次連續(xù)，推測右岸巖體破碎，存在較大的裂隙或空洞。

右岸補(bǔ)勘孔共灌注砂漿256.89 m3。砂漿灌注結(jié)束后復(fù)灌水泥漿時(shí)共灌注灰量254.11 t。可見，右岸地質(zhì)條件復(fù)雜，采用砂漿能夠?qū)⒋罅严痘蚩斩刺畛滹枬M，但對于縫寬小于3 mm的裂隙填充效果不明顯。采用水泥漿液灌注后，漿液充分填充到砂漿未灌至的地方，對灌漿質(zhì)量的提高有極大的幫助。補(bǔ)勘孔灌注砂漿情況統(tǒng)計(jì)見表5。

表5 補(bǔ)勘孔灌注砂漿情況統(tǒng)計(jì)表

(2)透水率小、但單位注入量大的孔段分析。

在補(bǔ)勘孔施工過程中，約有6%的孔段進(jìn)行壓水試驗(yàn)時(shí)透水率小于40 Lu，但灌漿時(shí)單位注灰量達(dá)到1 t/m。部分特殊孔段的統(tǒng)計(jì)情況見表6。

表6 部分透水率小、但單位注入量大的孔段統(tǒng)計(jì)表

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋和杆省挝蛔⒒伊烤鶠楸戎店P(guān)系。在壓力、段長一定的情況下，透水率僅與流量有關(guān)系，受時(shí)間長短影響小；而單位注灰量則與注入量有關(guān)系，為累積值，受時(shí)間長短影響大；進(jìn)行壓水試驗(yàn)時(shí)壓力相對較小，通過裂隙的流量相對較小。而進(jìn)行灌漿時(shí)壓力相對較大，漿液在大壓力作用下可能將細(xì)微裂隙撐開，將漿液充分填充至裂隙中。

從表6中可以看出，灌注時(shí)間均在2 h以上，而灌漿最大壓力為1.5 MPa。可見，灌注時(shí)間長是出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要因素。

3.5 補(bǔ)勘孔巖芯

左岸施工的5個(gè)補(bǔ)勘孔巖芯取芯率集中在60%～70%，獲得率集中在47%～54%，RQD集中在30%～45%，巖芯完整性較差，多為柱狀巖芯，巖芯長度為13～19 cm，部分巖芯長度達(dá)80 cm。柱狀巖芯截面為圓形，部分為楔形，少量巖芯截面存在銹染。

右岸施工的7個(gè)補(bǔ)勘孔巖芯取芯率集中在40%～50%，獲得率集中在20%～35%，RQD集中在10%～24%，巖芯完整性差，巖體破碎，多為碎塊狀巖體，直徑為2～4 cm。

與右岸相比，左岸巖芯較完整，地質(zhì)條件相對較好。右岸巖芯破碎，地質(zhì)條件差，與壓水試驗(yàn)成果及灌漿成果相符。

3.6 孔內(nèi)電視

補(bǔ)勘孔中的GB9-2-2孔局部孔段孔內(nèi)電視圖像見圖4。

3.7 聲波成果

利用地球物理測試手段進(jìn)行了檢測。采用CE-9201型聲波測試儀和DZQ24型地震儀在水耦合下進(jìn)行了單孔的聲波測試和兩孔之間巖體的地震波 CT測試。單孔聲波測試采用自下而上逐點(diǎn)檢測，點(diǎn)間距為20 cm，測試探頭采用一發(fā)雙收裝置，發(fā)射與接收換能器均在同一孔中。地震波CT測試采用12道串狀檢波器，測試時(shí)，在一孔不同位置設(shè)置檢波器，其間距為1 m；在另一個(gè)孔的不同位置設(shè)置激發(fā)點(diǎn)，其間距為2 m。完成一側(cè)孔激發(fā)后，兩孔互換，其結(jié)果見圖5。由該組聲波測試結(jié)果可見，整體速度分布范圍為1500～4800m/s。大部分速度色譜成紅色-淺紅色，速度大于3500m/s；左側(cè)上部和右側(cè)下部局部速度偏低，為2600～3300m/s。說明此補(bǔ)勘孔周圍巖層完整性一般，局部存在巖體破碎或強(qiáng)風(fēng)化巖體，應(yīng)采用壓漿處理。

圖4 補(bǔ)勘孔局部孔內(nèi)電視圖

圖5 部分孔段聲波CT速度分布色譜圖

4 結(jié) 語

通過對斜卡水電站復(fù)雜地質(zhì)條件下采用孔內(nèi)攝像(孔內(nèi)電視)、聲波測試等綜合勘探手段，使勘探施工在看得見的條件下進(jìn)行，對勘探手段是一次新的探索，具有重大工程推廣價(jià)值，同時(shí)亦為斜卡水電站壩趾帷幕灌漿施工順利實(shí)施提供指導(dǎo)依據(jù)，可為今后的帷幕灌漿工程提供重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

因此，在今后遇到類似或其它地質(zhì)條件下進(jìn)行勘探時(shí)，可以借鑒同類綜合勘探手段及方法并應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，適宜加密加深勘探孔；第二，采用取芯、注水、灌注自密實(shí)砂漿、注水泥漿、孔內(nèi)攝像(孔內(nèi)電視)、聲波測試等多種勘探手段相結(jié)合；第三，在施工過程中，及時(shí)整理、分析勘探資料并完善勘探手段。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡勝華，黃智勇，董建軍，等，著. 注漿法[M]. 北京：中國水利水電出版社，2006.

作者簡介:

蔡海燕(1977-)，男，四川巴中人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；王 波(1974-)，男，四川內(nèi)江人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.