综合物探在坝线选取中的应用分析

综合物探在坝线选取中的应用分析

黄晓应1赵恒2纪新帅2

1.四川中水成勘院工程物探检测有限公司四川成都610072

2.华电金沙江上游水电开发有限公司叶巴滩分公司四川成都610041

摘要：金沙江上游某水电站工程规模大，河谷狭窄，工程技术难度教大，水工设计将选定坝线作为可研阶段勘探工作的重点。上坝线和下坝线岩体质量不一，本文将从物探角度结合钻孔声波、全景图像角度，对钻孔的岩体纵波速度、岩体完整系数、钻孔裂隙产状等角度综合对比分析，给出物探角度对两坝线选取的分析结果，为地质、水工设计提供科学数据支撑。

关键词：钻孔声波；全景图像；裂隙产状；坝线；对比分析；

1引言

水电是最洁净的绿色能源，对能源结构调整，减少二氧化碳排放具有重要作用；水电又是可再生能源，是大自然赋予人类的物质财富，是对越来越少的石化能源的重要补充，如不及时利用，随即就自然失去。水电工程除提供大量清洁能源外，还可以通过水库调节作用，合理配置水资源，变水患为水利，减轻洪涝水旱灾害损失及其生态危害。水电建设对改善当地基础设施建设、拉动就业、促进城镇化发展都具有积极作用，具有发电、防洪、供水、航运、灌溉、保护环境、促进移民脱贫致富和地方经济社会发展等综合效益，水电开发经济意义重大。

金沙江上游海拔一般在两千甚至三千米以上，地表植被一般不发育，居住人口较少，开发的难度主要是交通不便，辅助道路修建投资成本过高。然而正是因为水电建设，才得以打通藏区与内地的大联通，带动经济的大发展。梯级水电的开发会起到联动效益，不但可避免因单一水库而产生大的库区消落带，进一步减少对生态环境的影响，而且保证了高水头发电，使水电装机得到最大的利用。

金沙江上游某水电站根据国家发展和改革委员会水电前期工作计划安排，2004年现场查勘选点，2006年水电水利规划设计总院组织有关部门和有关省（区）的代表对金沙江上游河段进行了现场查勘。2007年完成《金沙江上游河段水电规划报告中间成果》咨询。2011年国家发展改革委在北京通过了金沙江上游水电规划报告审查会议，同年完成《金沙江波罗水电站工程场地地震安全性评价》报告。2012年国家发改委下发《关于金沙江上游水电规划报告的批复》（发改办能源《2012》2008号）确认规划方案并提出下步工作意见，同年通过规划环评审查意见（环审[2011]243号）及规划报告批复意见的要求。

声波速度是岩体物理力学性质的重要指标，与控制岩体质量的一系列地质要素有着密切关系。声波速度不仅取决于岩石本身的强度，而且当声波穿透裂隙岩体时，往往会产生不同程度的断面效应，导致波速降低。声波速度资料可定量划分岩体质量级别，裂隙密集带及软弱夹层的空间分布。智能钻孔全景图像图像仪是一种能直观地下孔壁图像的检测设备。通过检测以视觉获取地下信息，直观性、真实性的记录钻孔孔壁岩层表面特征的原始图象，对划分地层结构、确定软弱泥化夹层，检测断层、裂隙、破碎带，观察地下水活动状况位置等。读取钻孔电视图像中各裂隙的产状、裂隙张开度。

2工程概况

金沙江上游某水电站系金沙江上游干流四川省白玉县和西藏自治区江达县境内，金沙江川、藏界河藏曲河口上、下游5公里河段，坝区水面高程约2890m。坝段为典型的高山峡谷地貌，河谷呈“V”型谷。两岸地形对称，基岩裸露，地形陡峭。坝段河道顺直，河谷狭窄，河面宽约50m。坝区基岩为三叠系中统，岩性主要为白云质细晶灰岩夹少量大理岩，坝址区岩溶不发育，坝段内无区域性断层通过。工作区段地形陡峻，有施工公路相通，坝址区距317国道约60km，距西藏自治区的江达县约70km，交通较为方便。

上坝线河谷呈深切“V”形峡谷，枯水期河水面高程约2889m，水面宽约44m，正常蓄水位2989m高程相应谷宽约290m，现代河床覆盖层一般厚5~10m。坝址区出露Pt2xnb中厚层厚层白云质细晶大理岩、大理岩化灰岩，其中Pt2xnb⑶为厚层状岩体，Pt2xnb⑵为中厚层状岩体，均属中硬岩类。坝址两岸岸坡陡峻，上坝线上游侧左岸中下部为崩坡积堆积体，厚度一般5~10m。下游侧岩体一般无强风化。

下坝线河谷呈深切“V”形峡谷，枯水期河水面高程约2889m，水面宽约56m，正常蓄水位2989m高程相应谷宽约190m，现代河床覆盖层一般厚5~10m。两岸基岩裸露，岸坡陡峻，临河坡高＞500m。左岸高程3100m以下自然坡度65°，高程3100～3210m自然坡度40～45°，右岸高程3000m以下自然坡度60°，高程3000～3210m自然坡度30～50°。出露Pt2xnb中厚层厚层白云质细晶大理岩、大理岩化灰岩，其中Pt2xnb（1）为厚层状岩体，属中硬岩类。岩层产状N20～40°W/NE∠65～75°。坝址两岸岸坡陡峻，岩体一般无强风化。

3勘探工作布置

上坝线坝址区中心距离下坝线坝址区中心直线距离895米，为了更好开展勘探工作，掌握上、下坝线坝址区地质的情况，对上坝线坝址区进行网格化，各布置横向和纵向勘探线。其中横向布置横1~横6共6条勘探线，每条横向勘探线间距100米；纵向布置左坝1~左坝6、右坝1~右坝6、河床布置溢1~溢5共17条纵向勘探线，每条纵向看下间距20米。钻孔布置原则为靠近坝址中心、于每条纵向勘探线与横向交叉线处布置钻孔，其他区域依靠平硐勘探。

图3-1上坝线勘探工作平面布置图

图3-2下坝线勘探工作平面布置图

对下坝线坝址区网格化，共布置4条横向勘探线，横e~横g勘探线间距为50米、横g与横h勘探线间距为120米；纵向未布置勘探线。依照拱坝坝址区左右岸坝肩、坝基的范围对钻孔进行布置，布置原则为靠近左右岸坝肩、坝基等中心线；其他区域利用平硐勘探。上、下坝线坝址区钻孔布置详见图3-1、3-2。

4钻孔声波勘探成果分析

按照风化、卸荷类型对上、下坝线钻孔声波进行钻孔的分段综合统计分析，结合钻孔声波曲线成果图（图4-1），对上、下坝线区钻孔平均声波速度、完整性系数Kv以及声波速度概率分布特征进行综合对比分析。分析结果得出钻孔声波各项参数与岩性、风化程度关系密切，规律性较强，上、下坝线声波速度具有随风化程度减弱而递增的趋势。在建基面开挖过程中，建基面需开挖至基岩面，因此论文不对覆盖层比较讨论。

对比1：上坝线弱风化、微新岩体平均声波速度为5600m/s、5947m/s，下坝线弱风化、微新岩体平均声波速度为5395m/s、5876m/s，上坝线弱风化、微新岩体平均声波速度优于下坝线（见表4-1）。

表4-1上、下坝线钻孔声波速度、Kv、概率分布特征对比统计表

对比2：上坝线弱风化、微新岩体完整系数Kv分别为0.74、0.84，下坝线弱风化、微新岩体完整系数Kv分别为0.69、0.82；坝线岩体完整程度优于下坝线；

对比3：上坝线弱风化、微新岩体大于5000m/s概率分别为84.32%、98.31%，下坝线弱风化、微新岩体大于5000m/s概率分别为76.47%、95.90%；声波速度大值概率分布上坝优于下坝线（见图4-2）。

图4-1上、下坝线典型钻孔声波速度曲线成果图

图4-2上、下坝线钻孔声波速度概率分布图

5钻孔全景图像勘探成果分析

结合钻孔分段参数对上、下坝线钻孔全景图像裂隙平均间距、裂隙平均宽度、裂隙最集中方位角、倾角、裂隙间距分布率和裂隙宽度分布率共6个方面综合统计，再结合钻孔全景图像（图5-1）和全孔壁裂隙曲线成果图（图5-2）进行综合对比分析。在建基面开挖过程中，建基面需开挖至基岩面，因此论文不对覆盖层讨论。

表5-1上、下坝线钻孔全景图像裂隙统计成果对比表

图5-1上、下坝线全景图像典型图片

对比1：上坝线弱风化、微新岩体裂隙平均间距分别为0.31m、0.36m，下坝线弱风化、微新岩体裂隙平均间距分别为0.30m、0.55m；上坝线弱风化、微新岩体裂隙平均间距＜0.5m的概率为77.6%、60.3%，下坝线弱风化、微新岩体裂隙平均间距＜0.5m的分布概率为74.1%、52.2%；下坝线岩体裂隙平均间距大于上坝线，上坝线岩体裂隙平均间距＜0.5m的分布概率大于上坝线，总体上说上坝址优于下坝址。

对比2：上坝线弱风化、微新岩体裂隙平均宽度分别为22.06mm、6.64mm，下坝线弱风化、微新岩体裂隙平均宽度分别为28.15mm、16.75mm；山坝线岩体裂隙平均宽度小于下坝线；上坝线弱风化、微新岩体裂隙平均宽度＜5mm的分布概率为69.7%、83.6%，下坝线弱风化、微新岩体裂隙平均宽度＜5mm的分布概率为25.9%、47.7%；上坝线岩体裂隙平均宽度小于下坝线，上坝线岩体裂隙平均宽度＜5mm的分布概率小于下坝线，总体上说上坝址优于下坝址。

对比3：上坝址裂隙最集中方位角55°、下坝址裂隙最集中方位角41°，上坝址裂隙倾角63°、下坝址裂隙倾角73°；上、下坝址的裂隙方位角、倾角基本一致。

图5-2上、下坝线全孔壁数字全景图像裂隙曲线成果图

6结语

利用综合物探手段对金沙江上游某水电站上、下坝线的钻孔平均声波速度、完整性系数Kv以及与声波速度概率分布特征，全景图像裂隙平均间距、裂隙平均宽度、裂隙最集中方位角、倾角、裂隙间距分布率和裂隙宽度分布率等方面的综合对比分析，为电站的坝线完善基础资料，为后续坝型和枢纽布置方案提供科学依据。

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作者简介：黄晓应（1984-3），男，二级项目经理（工程师），现从事水利水电工程坝体检测工作。E-mail:104793082@qq.com