综合物探在岩溶渗漏处理中的应用研究--孙永清

中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院综合物探在岩溶渗漏处理中的应用研究撰稿人：孙永清中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院论文摘要位于喀斯特地区的某电站长期以来存在严重的渗漏问题，造成巨大经济损失，本文通过分析渗漏形成的原因及表现形式，采用井温测试、流速测试、钻孔电磁波CT及录像综合利用的方式进行渗漏探查，取得了显著的效果,对目前的病（险）库渗漏处理有重要参考意义。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院论文主要内容1.引言2.工作方法与技术3.地质概况4.工作布置及各方法探查重点5.结论中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院1．引言该电站位于喀斯特地区，多年平均流量44.9m3/s。在勘测阶段，由于各种历史原因，对发育复杂的岩溶问题未能完全查明；在施工阶段，由于各种原因未能完成设计的防渗面貌，且大部分是在蓄水后甚至在蓄水情况下以会战的形式完成，以及当时的施工技术、建筑材料和施工时间的限制等，造成电站建成后水库深岩溶严重渗漏。初期渗漏量约20m3/s，约占多年平均流量45%，虽经两次库内渗漏堵洞取得一定效果，目前渗漏量仍为17m3/s左右。为从根本上解决渗漏问题，拟采用物探详细探明可疑渗漏带，指导渗漏处理。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院2．工作方法与技术渗漏通道孔隙水渗漏通道裂隙水渗漏通道岩溶管道水渗漏通道渗漏原因筑坝技术（质量）缺陷引起的坝区渗漏地质原因引起的绕坝渗漏井温测试流速测试钻孔CT钻孔录像中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院2.1井温测试2．工作方法与技术水库在没有集中渗漏的状态下，地下水只发生渗流，形成渗流温度场，即背景温度场。当局部区域存在集中渗漏情况下，形成渗漏温度场，即异常温度场：离渗漏区域越近，温度变化越大，与背景温度场异常越明显，反之温度变化越小，与背景温度场越接近。当勘探钻孔终孔达一定时间后，孔内井液温度稳定，通过测试钻孔井液温度体现围岩体温度，进而判断是否存在集中渗漏通道，这就是井温探测查漏的原理。通过井温可以查明孔隙渗漏和裂隙渗漏的部位，根据地质情况，分析发生渗漏的主要岩层及裂隙。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院2.2流速测试2．工作方法与技术与地下温度场类似，当水库堤坝在没有集中渗漏的状态下，地下水只发生渗流，流动速度缓慢而稳定，当局部区域存在集中渗漏通道的情况下，地下水必然集中向渗漏通道流动，并且流速增大。通过测试钻孔中地下水的流速情况，来反映岩层渗漏和岩溶管道渗漏的强弱。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院2.3钻孔电磁波CT2．工作方法与技术根据惠更斯原理，对于配置半波偶极子天线的电磁波仪，其场强可表达为：)(0feEERRRDEE)ln(3)ln(2)ln(0通过对大量实测场强（射线对）进行采集、反演，即解方程组：][][][DA可以得到孔对之间电磁波视吸收系数分布图。通过钻孔电磁波CT查明断面中含水裂隙、破碎带、岩溶管道等地质异常体，进而判断渗漏通道发育情况，并为大型岩溶管道处理提供依据。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院2.4钻孔录像2．工作方法与技术钻孔录像以视觉感获取地质信息，该方法通过对孔壁的录像能直接了解钻孔岩体完整性、软弱夹层、裂隙、岩溶发育以及充填情况，作为其它方法的辅助来分析地质情况，当井温测试、流速测试、钻孔CT测试发现异常时，更可以佐证异常的可靠性。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院3．地质概况①∈1钙质、砂质、泥质页岩夹泥质条带灰岩，其为隔水层，限制了渗漏出口的范围。②∈2+3薄至中厚层白云岩，为水库部分地段渗漏的主要地层之一。③P12厚层、中厚层灰岩，为坝基及绕坝渗漏的主要地层之一。④P13中厚层至厚层灰岩，底部为中厚层含燧石条带灰岩，为坝基及绕坝渗漏的主要地层之一。⑤P2砂页岩夹燧石结核灰岩及煤层。其为隔水层，限制了右岸的渗漏范围。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4．工作布置及各方法探查重点该电站坝址处于深山峡谷及岩溶强烈发育区，其陡峭的地形限制了在地面进行物探作业的条件，各种物探方法均在帷幕灌浆隧洞内利用物探钻孔（先导孔）进行。沿帷幕线布置钻孔，孔间距20m～30m，孔底超过帷幕底线（隔水层），对各孔进行连续电磁波CT扫描、井温测试、流速测试及钻孔录像。通过电磁波CT测试，查明帷幕线上存在的较大规模的岩溶管道、溶蚀破碎带等集中渗漏通道，为渗漏处理关键部位提供依据；通过井温测试、流速测试查明分散渗漏部位，并辅以钻孔录像确定渗漏处理重点部位。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.1井温测试4．工作布置及各方法探查重点井温异常中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.1井温测试4．工作布置及各方法探查重点中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.1井温测试4．工作布置及各方法探查重点在钻孔明显有（溶蚀）裂隙的部位，井温明显有异常，多数表现为井温比周围井温偏低，个别异常部位偏高，说明井温异常的部位存在地下水渗漏活动，个别井温异常的部位，钻孔录像并无明显（溶蚀）裂隙发育，说明同时可能存在孔隙水渗漏形式，针对井温存在异常的区域，在进行渗漏处理时应加强关注。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.2流速测试4．工作布置及各方法探查重点孔号孔口高程（m）高程区间（m）水温流速（m/s）流向备注LT011075.5992.1～992.5高异常＜0.02S45°W990.1～990.6高异常＜0.02S40°W951.8～953.2低异常＜0.02S46°W943.5～945.0低异常＜0.02S43°W………………LT081042.1902.3～908.5无异常0.02～0.04S46°WLT111033.8982.5～995.6无异常0.02～0.04S45°WLT131038.21019.0～1023.8低异常0.04～0.07S39°WLT141033.21039.6～1044.6低异常0.03～0.06S48°WHT041064.9956.2～957.2高异常＜0.02S42°WHT051081.0971.0～971.8低异常＜0.02S47°W963.7～963.8低异常＜0.02S48°W………………中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.2流速测试4．工作布置及各方法探查重点对各孔水位线以下进行连续流速测试，按水温及流速统计异常区间。根据统计结果，一般在流速明显偏高的异常部位，井温变化也较明显，而在部分井温变化存在异常的部位，流速并未分辨出是否出现异常，流速对于非岩溶管道水的敏感程度，并未达到预想中的效果，这受制于目前精微流速测试仪的技术局限。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.3电磁波CT4．工作布置及各方法探查重点导流洞a1423910118657基础拱桥112131415412356789101116171412131518III-3溶洞中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院4.3电磁波CT4．工作布置及各方法探查重点由电磁波CT成果可知，帷幕线上可能渗漏通道为局部溶蚀、破碎岩体、裂隙的分散渗漏与岩溶管道渗漏相结合的方式，并于下游出水点处集中排泄。针对帷幕线上溶洞规模较大、埋深较深的岩溶管道（编号为Ⅲ-3溶洞）进行了立体式加密CT探测，确定管道的规模大小及走向，对溶洞进行重点处理。中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院5．结论1.该工程采用多种物探方法进行渗漏探查，取得了非常好的效果，既查明了以孔隙水、裂隙水渗漏为主要表现形式的溶蚀、破碎带等，又查明了以岩溶水渗漏为主要形式的溶洞，为渗漏处理提供了可靠依据。2.井温、流速测试可以查明孔隙水、裂隙水渗漏通道，通过分析孔内渗漏部位，综合预测分散渗漏关注区域；钻孔电磁波CT可以查明孔间溶蚀、破碎带、洞溶等渗漏通道；在需要确定渗漏通道时，可以辅以钻孔录像，直观分析异常原因。3.多种方法综合利用，可以发挥各种方法的优点，弥补单一方法的局限性。各种方法对不同渗漏通道的敏感程度不同，使得探查结果中不同方法之间并不能完全相互印证，但这也正好体现各种方法的扬长避短、优势互补的特点。致谢谢谢各位前辈、同仁！祝大家在贵阳过得愉快！