應用超聲波法對圍巖松弛帶的探測

何國東（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

應用超聲波法對圍巖松弛帶的探測

何國東
（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

摘要：本次是針對貴州省烏江構皮灘水電站的右岸3#導流洞圍巖松弛帶的探測，右岸導流洞長達約800m，開挖斷面16×19m2，跨度達20m，高達25m，是洪水期間瀉洪主要設施之一，是大壩安全是一個保證。因導流洞所處的地質結構較為復雜，在施工階段出現多次塌方，經襯砌加固和灌漿處理后仍有部分地方出現塌方現象，不但直接造成巨大的經濟損失，而且在工程進度上推延了工期，其原因為施工爆破造成的巖石松弛和灌漿效果的不理想。為此，本文對該導流洞用超聲波法進行圈定巖石松弛帶，并評價灌漿效果，旨在為工程質量提供詳實依據。

關鍵詞：超聲波法；圍巖松弛帶；灌漿評價

一、地質概況及工作任務

貴州省烏江構皮灘水電站位于烏江中游貴州省遵義市余慶縣境內，電站為一等工程，主要永久性建筑物有混凝土拋物線型雙曲拱壩、左岸1#和2#導流洞、右岸3#導流洞、右岸電站廠房、左岸三級垂直升船機（緩建）等。

右岸3#導流洞開挖斷面面積為16×19m2，右岸導流洞長約800m，開挖斷面16×19m2，跨度達20m，高達25m。導流洞圍巖主要為P1m、P1q灰巖，S、O2b、O1m粉砂巖及粘土巖，灰巖分布洞段多屬Ⅱ、Ⅲ類圍巖，粘土巖等軟巖分布在下游及出口洞段，多屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖，穩定性差或較差。約占總洞段的20%~30%，洞軸線與地層走向近于正交。導流洞存在進出口邊坡、軟巖成洞及隧洞涌水等主要地質問題。所以本次工作主要是針對分布在下游及出口洞段（K0+708~K0+800），開挖后由于爆破等因素形成的松弛帶厚度進行補充探測，并對灌漿效果進行評價。

二、超聲波測量的工作方法及儀器的性能參數

本次工作是根據設計、施工、監理部門的意見，在右岸3#導流洞的K0+708、K0+720、K0+731斷面布置了8個灌漿聲波檢查孔。每個斷面計劃布置2~3個孔，鉆孔間距為5m，孔徑要求為48mm~50mm，孔深為20m，在洞室斷面上呈扇型分布。由于在施工過程中，造孔工作難度較大，施工部門根據各斷面根據具體情況，實際成孔孔徑為42mm，孔深5m-15m不等。

根據鉆孔聲波測試的要求，儀器必須具有精度高且具有實時監測波幅變化的功能，為了在采集過程中操作更加方便，減低人為因素的影響，儀器必須具備完全的一體化，集成高壓脈沖激勵、高速信號采集、聲參數的自動判讀、存貯、實時波形顯示、處理、分析、圖文打印、數據雙向通信等各種功能。武漢巖海公司制造的RS-ST01C型數字超聲波檢測儀具備上述的要求，該儀器的主要組成部分有：RS-ST01C主機、發射探頭和接收探頭、交流變壓器、電纜傳輸線等，孔內設備采用蘇州萬象電子器件有限公司生產的一發雙收干孔換能器（源距0.3m，間距0.2m），儀器在工作時將測量時的發射探頭發射的聲波到達第一個接收探頭和第二個探頭的振幅和時間記錄并儲存起來，而且還可以自動判讀兩探頭之間的時間差△t。如圖2—4所示，L=0.3m，I=0.2m。通過兩探頭之間的距離除以時間差△t，即可得到該段巖體的波速V，這里的V指的是縱波的速度。在目前的聲波探測中，因為縱波比較容易識讀，所以當前主要是利用縱波進行波速的測定的。

表1 3#導流洞K0+709灌前、K0+708灌后巖石Vp值對比表

三、野外數據采集

在出野外進行數據采集之前，應當對儀器進行全面的檢查，確保儀器正常工作，傳輸線與儀器，傳輸線與傳輸線之間是否接好。具體方法是：將儀器各部件接好后，把探頭放進一個充滿水的豎直鋼管內，然后測量聲波在鋼管內傳播時的△t，在計算出聲波在鋼管內傳播的速度，用計算的速度與理論中聲波在鋼管中傳播的速度進行比較，如果兩者差距較大，則應對儀器進行檢查，直到證明儀器正常工作為止，如果兩者差距較小，則證明儀器正常工作。

表2 3#導流洞K0+719灌前、K0+720灌后巖石Vp值對比表

四、灌漿效果的分析

1樁號K0+708斷面灌漿檢查孔

樁號K0+708斷面共布置有2個聲波檢測孔，實際檢測2孔，分別位于斷面的左邊墻、頂拱。測試孔深13.6m~15.4m，孔徑42mm。為便于比較灌漿效果的好壞，選取距檢查孔最近的K0+709斷面灌前聲波測試孔與之對比。經統計分析后其Vp值列于表1所示。

2樁號K0+720斷面灌漿檢查孔

樁號K0+720斷面共布置有3個聲波檢測孔，實際檢測3孔，分別位于斷面的左邊墻、頂拱、右邊墻。測試孔深11.0m~15.4m，孔徑42mm。為便于比較灌漿效果的好壞，選取距檢查孔最近的K0+719斷面灌前聲波測試孔與之對比。經統計分析后其Vp值列于表2所示。

3樁號K0+731斷面灌漿檢查孔

樁號K0+731斷面共布置有2個聲波檢測孔，實際檢測2孔，分別位于斷面的左邊墻、右邊墻。測試孔深11.6m~14.0m，孔徑42mm。為便于比較灌漿效果的好壞，選取距檢查孔較近的K0+734斷面灌前聲波測試孔與之對比。經統計分析后其Vp值列于表3所示。

表3 3#導流洞K0+734灌前、K0+731灌后巖石Vp值對比表

五、研究結論

通過對烏江構皮灘水電站右岸3#導流洞松弛帶固結灌漿前后進行單孔聲波檢測，獲得了大量的測試資料，經認真處理分析、統計計算，得出以下結論：

（1）單孔聲波檢測成果表明，單孔聲波檢測能有效的反映導流洞圍巖質量和分布狀況。通過對巖體聲波速度的測定，計算聲波速度的變化率來圈定巖體松弛帶和評價巖體的灌漿效果。

（2）樁號K0+708、K0+720、K0+731斷面補充灌漿后聲波檢測資料（經與相鄰孔灌前資料對比）表明：補充灌漿后聲波Vp值均有一定提高，其幅度在2.2%~13.2%之間，經過與設計、施工和監理的討論研究，并結合芯樣抗壓試驗報告，對本次灌漿效果給予了肯定，同時對超聲波圈定松弛帶的有效性給予肯定。

（3）通過單孔聲波檢測過程的研究分析，發現單孔聲波檢測過程中存在的幾個問題：（a）聲波單孔檢測必須要打鉆孔，這務必在花費很大經濟和很多時間。（b）在所造的鉆孔當中，都是垂直向上或向上傾斜，加大了灌水困難程度，同時也影響探頭和水，水與巖石的耦合程度，導致聲波圖形上會出現無法識別的波形圖，影響檢測工作的質量。（c）單孔聲波檢測針對單孔周圍巖體的松動情況，不能對整個隧道巖體進行快速連續的檢測，因此單孔聲波檢測方法存在片面性，并和其它方法相比，檢測速度偏慢。

參考文獻

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[2]肖柏勛，劉方文.人工高坡爆破與卸荷松動層檢測的一種新方法[J].1999.

[3]陳宗成.工程巖石聲波探測技術[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A