应用超声波法对围岩松弛带的探测

何国东（核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

应用超声波法对围岩松弛带的探测

何国东
（核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

摘要：本次是针对贵州省乌江构皮滩水电站的右岸3#导流洞围岩松弛带的探测，右岸导流洞长达约800m，开挖断面16×19m2，跨度达20m，高达25m，是洪水期间泻洪主要设施之一，是大坝安全是一个保证。因导流洞所处的地质结构较为复杂，在施工阶段出现多次塌方，经衬砌加固和灌浆处理后仍有部分地方出现塌方现象，不但直接造成巨大的经济损失，而且在工程进度上推延了工期，其原因为施工爆破造成的岩石松弛和灌浆效果的不理想。为此，本文对该导流洞用超声波法进行圈定岩石松弛带，并评价灌浆效果，旨在为工程质量提供详实依据。

关键词：超声波法；围岩松弛带；灌浆评价

一、地质概况及工作任务

贵州省乌江构皮滩水电站位于乌江中游贵州省遵义市余庆县境内，电站为一等工程，主要永久性建筑物有混凝土抛物线型双曲拱坝、左岸1#和2#导流洞、右岸3#导流洞、右岸电站厂房、左岸三级垂直升船机（缓建）等。

右岸3#导流洞开挖断面面积为16×19m2，右岸导流洞长约800m，开挖断面16×19m2，跨度达20m，高达25m。导流洞围岩主要为P1m、P1q灰岩，S、O2b、O1m粉砂岩及粘土岩，灰岩分布洞段多属Ⅱ、Ⅲ类围岩，粘土岩等软岩分布在下游及出口洞段，多属Ⅳ、Ⅴ类围岩，稳定性差或较差。约占总洞段的20%~30%，洞轴线与地层走向近于正交。导流洞存在进出口边坡、软岩成洞及隧洞涌水等主要地质问题。所以本次工作主要是针对分布在下游及出口洞段（K0+708~K0+800），开挖后由于爆破等因素形成的松弛带厚度进行补充探测，并对灌浆效果进行评价。

二、超声波测量的工作方法及仪器的性能参数

本次工作是根据设计、施工、监理部门的意见，在右岸3#导流洞的K0+708、K0+720、K0+731断面布置了8个灌浆声波检查孔。每个断面计划布置2~3个孔，钻孔间距为5m，孔径要求为48mm~50mm，孔深为20m，在洞室断面上呈扇型分布。由于在施工过程中，造孔工作难度较大，施工部门根据各断面根据具体情况，实际成孔孔径为42mm，孔深5m-15m不等。

根据钻孔声波测试的要求，仪器必须具有精度高且具有实时监测波幅变化的功能，为了在采集过程中操作更加方便，减低人为因素的影响，仪器必须具备完全的一体化，集成高压脉冲激励、高速信号采集、声参数的自动判读、存贮、实时波形显示、处理、分析、图文打印、数据双向通信等各种功能。武汉岩海公司制造的RS-ST01C型数字超声波检测仪具备上述的要求，该仪器的主要组成部分有：RS-ST01C主机、发射探头和接收探头、交流变压器、电缆传输线等，孔内设备采用苏州万象电子器件有限公司生产的一发双收干孔换能器（源距0.3m，间距0.2m），仪器在工作时将测量时的发射探头发射的声波到达第一个接收探头和第二个探头的振幅和时间记录并储存起来，而且还可以自动判读两探头之间的时间差△t。如图2—4所示，L=0.3m，I=0.2m。通过两探头之间的距离除以时间差△t，即可得到该段岩体的波速V，这里的V指的是纵波的速度。在目前的声波探测中，因为纵波比较容易识读，所以当前主要是利用纵波进行波速的测定的。

表1 3#导流洞K0+709灌前、K0+708灌后岩石Vp值对比表

三、野外数据采集

在出野外进行数据采集之前，应当对仪器进行全面的检查，确保仪器正常工作，传输线与仪器，传输线与传输线之间是否接好。具体方法是：将仪器各部件接好后，把探头放进一个充满水的竖直钢管内，然后测量声波在钢管内传播时的△t，在计算出声波在钢管内传播的速度，用计算的速度与理论中声波在钢管中传播的速度进行比较，如果两者差距较大，则应对仪器进行检查，直到证明仪器正常工作为止，如果两者差距较小，则证明仪器正常工作。

表2 3#导流洞K0+719灌前、K0+720灌后岩石Vp值对比表

四、灌浆效果的分析

1桩号K0+708断面灌浆检查孔

桩号K0+708断面共布置有2个声波检测孔，实际检测2孔，分别位于断面的左边墙、顶拱。测试孔深13.6m~15.4m，孔径42mm。为便于比较灌浆效果的好坏，选取距检查孔最近的K0+709断面灌前声波测试孔与之对比。经统计分析后其Vp值列于表1所示。

2桩号K0+720断面灌浆检查孔

桩号K0+720断面共布置有3个声波检测孔，实际检测3孔，分别位于断面的左边墙、顶拱、右边墙。测试孔深11.0m~15.4m，孔径42mm。为便于比较灌浆效果的好坏，选取距检查孔最近的K0+719断面灌前声波测试孔与之对比。经统计分析后其Vp值列于表2所示。

3桩号K0+731断面灌浆检查孔

桩号K0+731断面共布置有2个声波检测孔，实际检测2孔，分别位于断面的左边墙、右边墙。测试孔深11.6m~14.0m，孔径42mm。为便于比较灌浆效果的好坏，选取距检查孔较近的K0+734断面灌前声波测试孔与之对比。经统计分析后其Vp值列于表3所示。

表3 3#导流洞K0+734灌前、K0+731灌后岩石Vp值对比表

五、研究结论

通过对乌江构皮滩水电站右岸3#导流洞松弛带固结灌浆前后进行单孔声波检测，获得了大量的测试资料，经认真处理分析、统计计算，得出以下结论：

（1）单孔声波检测成果表明，单孔声波检测能有效的反映导流洞围岩质量和分布状况。通过对岩体声波速度的测定，计算声波速度的变化率来圈定岩体松弛带和评价岩体的灌浆效果。

（2）桩号K0+708、K0+720、K0+731断面补充灌浆后声波检测资料（经与相邻孔灌前资料对比）表明：补充灌浆后声波Vp值均有一定提高，其幅度在2.2%~13.2%之间，经过与设计、施工和监理的讨论研究，并结合芯样抗压试验报告，对本次灌浆效果给予了肯定，同时对超声波圈定松弛带的有效性给予肯定。

（3）通过单孔声波检测过程的研究分析，发现单孔声波检测过程中存在的几个问题：（a）声波单孔检测必须要打钻孔，这务必在花费很大经济和很多时间。（b）在所造的钻孔当中，都是垂直向上或向上倾斜，加大了灌水困难程度，同时也影响探头和水，水与岩石的耦合程度，导致声波图形上会出现无法识别的波形图，影响检测工作的质量。（c）单孔声波检测针对单孔周围岩体的松动情况，不能对整个隧道岩体进行快速连续的检测，因此单孔声波检测方法存在片面性，并和其它方法相比，检测速度偏慢。

参考文献

[1]M.G.克尔兹.测井分析中的图象处理[M].1996.

[2]肖柏勋，刘方文.人工高坡爆破与卸荷松动层检测的一种新方法[J].1999.

[3]陈宗成.工程岩石声波探测技术[M].北京：中国铁道出版社，1990.

中图分类号：P631

文献标识码：A