鉆孔聲波及全景圖像在灌漿質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

余凱

摘要：本文以灌漿質(zhì)量檢測(cè)為實(shí)例，介紹了聲波成像和鉆孔全景成像原理，然后以某水電站灌漿為例子，通過單孔聲波測(cè)試結(jié)果，分析了破碎帶的大小范圍，并通過鉆孔全景成像驗(yàn)證了分析是否正確，確定了灌漿質(zhì)量的高低，為灌漿質(zhì)量檢測(cè)提供了依據(jù)。

Abstract： Based on the detection of grouting quality as an example， this paper introduces the principle of acoustic imaging and borehole panoramic imaging， and grouting of the hydropower station as example， through the single-hole sonic test results， analyzes the scope of the size of the fracture zone， and is verified by borehole panoramic imaging analysis is correct， the quality of grouting is determined，Provide the basis for the detection of grouting quality.

關(guān)鍵詞：?jiǎn)慰茁暡?；鉆孔全景圖像；灌漿

Key words： single-hole sonic；borehole panoramic imaging；grouting

中圖分類號(hào)：P631.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）26-0150-02

0 引言

灌漿質(zhì)量通常是對(duì)比灌漿前后聲波速度高低及變化值來進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過灌漿前后聲波和鉆孔全景圖像的結(jié)合分析，由聲波低速帶范圍能大致估算破碎帶的分布范圍，通過全款全景圖像能反過來驗(yàn)證低速帶范圍的推測(cè)是否正確，并能檢驗(yàn)灌漿后破碎帶是否減小，為灌漿效果提供依據(jù)。

1 檢測(cè)方法與技術(shù)

1.1 單孔聲波測(cè)試

聲波速度是反映巖體物理力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)，它與控制巖體質(zhì)量的一系列地質(zhì)要素有著密切關(guān)系，不僅取決于巖石本身的強(qiáng)度，而且當(dāng)聲波穿透裂隙巖體時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生不同的斷面效應(yīng)，導(dǎo)致波速降低。這種散射現(xiàn)象與巖體結(jié)構(gòu)的發(fā)育程度、組合形態(tài)、裂隙寬度及充填物質(zhì)有關(guān)。利用聲波資料可以劃分巖體質(zhì)量級(jí)別，圈定軟弱巖帶的空間分布形態(tài)。鉆孔聲波測(cè)試就是利用巖層聲速的差異，以水作為耦合劑將聲波由探頭的發(fā)射器傳向地層，又由地層傳到接收器，若沒有水或其它井液，聲波測(cè)井將無法進(jìn)行；當(dāng)鉆孔中有套管時(shí)，由于金屬套管的高速屏蔽而失去了探測(cè)地層的作用。測(cè)量點(diǎn)距為0.2m，自下而上逐點(diǎn)測(cè)量。單孔測(cè)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，在無套管并有水耦合的前提下進(jìn)行測(cè)試。

單孔聲波探測(cè)技術(shù)的基本原理是利用其發(fā)射頻率很高的聲波和超聲波，聲波通過洞中水向四周傳播，聲波在孔壁的巖體中產(chǎn)生的折射波以巖體波速沿著孔壁滑行，儀器中的兩個(gè)接收器換能器先后接受到沿著孔壁滑行的折射波。然后利用以下的公式能算出巖體中的波速：

VP=L/Δt

式中：VP為巖體的縱波速（m/s）；L為兩接收器換能器S1和S2的間距（m）；Δt為S1和S2間縱波的時(shí)差（s）。

目前在工程中單孔聲波測(cè)井兩接收器換能器的接收間距一般是0.2m。在實(shí)際測(cè)量中，在測(cè)井的孔徑變化不大的情況下，測(cè)得的聲波速度VP基本反映了在該段0.2m的巖體內(nèi)的平均速度。

1.2 鉆孔全景圖像

鉆孔全景圖像是一種通過電視信號(hào)成圖直接獲取地下信息的一種檢測(cè)方法，能取得精確和豐富的巖體資料，具有直觀性、精確性等優(yōu)點(diǎn)。它可以對(duì)深部巖體進(jìn)行評(píng)價(jià)，基本比通過鉆孔取芯得到的巖體的質(zhì)量要好；能夠劃分地層結(jié)構(gòu)；確定軟弱泥化夾層；檢查斷層、裂隙、破碎帶；觀察地下水活動(dòng)狀況位置等提供直觀的資料，同時(shí)通過獲得精確和直觀的鉆孔全景圖像信息，與地質(zhì)資料和鉆探等結(jié)合可以得出鉆孔取芯缺失部位的信息，還能彌補(bǔ)聲波測(cè)試結(jié)果。目前，該方法已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探和工程檢測(cè)中。

鉆孔全景圖像方法采用DSP圖像采集與處理技術(shù)，配合高效圖像處理算法，實(shí)時(shí)采集孔內(nèi)全景圖像，并可將輸出結(jié)果輸出成圖。

2 檢測(cè)區(qū)基巖巖石物性參數(shù)

在某水電站前期的地質(zhì)調(diào)查及物性參數(shù)的調(diào)查中，確定了該水電站左右岸所涵蓋的巖體依次為角礫集塊熔巖、含斑玄武巖、致密狀玄武巖、斑狀玄武巖。根據(jù)引發(fā)水電系測(cè)試區(qū)已有的聲波資料揭示，角礫集塊熔巖聲波速度主要分布在4000～5200m/s之間；含斑玄武巖聲波速度主要分布在4200～5400m/s之間；致密狀玄武巖聲波速度主要分布在4400～5800之間；斑狀玄武巖聲波速度主要分布在4300～5700m/s之間。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 灌漿前聲波測(cè)試曲線

通過對(duì)觀測(cè)孔進(jìn)行聲波灌漿前測(cè)試后如圖1所示，得到該觀測(cè)孔灌漿前的不同深度的原始聲波曲線。通過對(duì)聲波原始的曲線進(jìn)行解釋，可以進(jìn)行巖體分類、分段和評(píng)價(jià)。

由圖可見在0～10m的區(qū)間內(nèi)，巖體的完整性好，聲波波形平緩。在10m以上，聲波速度有兩個(gè)大范圍跳動(dòng)的區(qū)間，第一個(gè)區(qū)間是在10.5m～14m左右，第二個(gè)區(qū)間是在16.5～19.5左右。由于彈性波速度與巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造有著密切關(guān)系，分布的斷層和節(jié)理裂隙，改變了巖體結(jié)構(gòu)，波速隨巖體結(jié)構(gòu)的類型不同而有所差異。彈性波速度與巖體的風(fēng)化、卸荷關(guān)系較為明顯，波速隨著風(fēng)化強(qiáng)度、卸荷深度和蝕變程度的減弱而提高。彈性波速度與地應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，高應(yīng)力區(qū)巖體結(jié)構(gòu)緊密，波速也高；應(yīng)力釋放后卸荷巖體結(jié)構(gòu)松弛，波速隨之降低。彈性波速度與地下水狀況的關(guān)系，表現(xiàn)為水飽和的巖體波速較高，干燥的巖體波速偏低?？傊瑥椥圆ㄋ俣扰c巖體質(zhì)量的關(guān)系具有一定的規(guī)律，波速隨巖體質(zhì)量的優(yōu)劣存在著可量化的級(jí)差。因此，這兩個(gè)聲波波速大范圍跳動(dòng)的區(qū)間的巖體應(yīng)是風(fēng)化、卸荷或蝕變程度較高的區(qū)間。

3.2 灌漿前鉆孔全景圖像分析

測(cè)試孔WD16-P03鉆孔全景圖像部分區(qū)段圖像由圖2所示。由圖2可以看出：該測(cè)試孔11.1～11.8m，12.5～14m，17.3～17.17.8m處為破碎帶，破裂明顯，巖體的完整性較差，與圖2的聲波曲線分析結(jié)論一致。

通過對(duì)同一測(cè)試孔的鉆孔全景圖像的分析，不但直接反應(yīng)了地下巖體的情況，而且證明了聲波測(cè)試方法的準(zhǔn)確性。

3.3 灌漿前和灌漿后聲波測(cè)試曲線（圖3）

通過灌漿前與灌漿后的聲波曲線可以看出，與灌漿前相比，灌漿后聲波速度大小跳動(dòng)的范圍減小，在4.5～8m之間灌漿后的速度得到了一定的提升，在10～14m之間灌漿后速度得到了極大的提升。灌漿后觀測(cè)孔的聲波平均速度較灌漿前升高，灌漿前聲波的平均速度為4786m/s，灌漿后聲波的平均速度為5182m/s，說明了灌漿效果十分明顯。

4 結(jié)論

通過對(duì)某水電站巖體單孔聲波的測(cè)試資料的處理和分析，掌握了破碎帶的大致范圍和規(guī)模，并通過鉆孔全景圖像，印證了破碎帶的存在與規(guī)模。同時(shí)說明了可以通過聲波曲線和鉆孔全景圖像來確定地下巖體的灌漿的效果。

參考文獻(xiàn)：

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