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1工程概況
油菜河水庫位于貴州省安順市龍宮風境區上游9km,距安順市約13km,是安順市唯一的一座中型水庫,是一座集灌溉、發電、防洪、供水、養殖、旅游為一體的多功能綜合利用的龍頭水庫。該水庫是在強巖溶地帶堵洞筑壩建庫。水庫正常高水位1290m,總庫容5960×104m3,壩高41m,壩型為漿砌石單曲拱壩。發電引水隧洞洞軸線穿行于溶蝕洼地、峰叢洼地、峰林谷地之中,引水隧洞開挖至0+620時,掌子面突發涌泥現象,洞渣封堵施工面至樁號0+730m,在此過程中,施工方共計清理塌方淤泥1450m3以上,清理長度為100m(0+730~0+630樁號之間)。此后,掌子面再次突發涌泥現象,由于擔心掌子面再次發生涌泥現象產生較大的人員傷亡,目前處于停工狀態。經專家研究決定,初步采用改線方案。本次電磁波CT探測查明巖溶洼地新改線處巖溶發育情況。
2.1基本原理鉆孔電磁波CT技術基本原理借助于醫學CT技術。醫學CT技術是利用X射線掃描人體切面,經計算機處理顯示人體病灶的精確圖像。依據這一理論,當要研究兩鉆孔間巖體內構造時,在一鉆孔內發射電磁波,而在另一鉆孔內接收電磁波進行斷面掃描,經地球物理反演計算,就可重建目標體的二維圖像。井中電磁波CT層析資料的解釋基礎是基于不良地質體與其完整圍巖吸收系數的差異,而破碎帶、溶洞或溶蝕裂隙等都可以形成吸收系數差異較大的非均勻體,產生出局部高吸收系數異常,從形態和大小上易于識別。因此,跨孔電磁波透視在孔間可以較好地探測不良地質體,確定空間位置和形態。
2.2數據處理方法與技術資料處理是在微機上完成的,處理流程為:數據傳輸到計算機建立成像區域坐標系形成CT輸入數據層析反演成像成圖。1)CT輸入數據的形成。對每對跨孔剖面的原始數據輸入到微機,按建立的坐標系形成CT輸入數據文件。這次野外采集工作中,以孔口高程最高的孔為坐標原點,X軸沿水平方向為孔間水平距離,建立坐標系形成CT輸入數據。2)層析反演。CT輸入數據直接送至EM-SYS層析成像軟件處理流程中,進行電磁波層析反演,其計算過程如下:由電磁波理論知道,在各向同性均勻巖體中,當在一鉆孔中發射電磁波,另一鉆孔中接收電磁波時,若發射天線長度遠小于兩鉆孔間距離,則接收到的電磁波場強為:E=E0fS(θS)fr(θS)R-1.exp(-∫Lβdl)(1)式中:E0是發射擊天線初始輻射常數;E為相距R處接收到的電場強度;fS(θS)和fr(θS)分別是發射和接收天線的方向函數;θ為天線的輻射角度;L為射線路徑;dl為積分元;β為介質的吸收系數。經變換:InA=In[E0fSfr(ER)-1]=∫Lβdl(2)對于式(2)中的投影函數A進行圖像重建可求出目標函數β。具體算法即把圖像劃分成M個互不重疊的像元,以各像元內的重建結果組成數字圖像:∑DijXj=Yi式中:Dij為第i條射線在第j個像元中的長度;Yi為第i條射線迭代計算值與實測值之差;Xj為要求的第j個像元中的衰減系數β。上述方程實際上是求解一個大型稀疏矩陣議程組。具體算法有:反投影法(BPT)、代數重建法(ART)、聯立迭代重建法(SIRT)和正交變換投影法(LSQR)等等。本次反演方法為聯立迭代重建法。3)層析成像成圖。最終層析成果采用GoldenSurfer繪圖軟件,顯示每對跨孔聲波層析成像圖。層析結果采用統一格式成圖,在二維斷面上,發射孔孔口位于區域左側坐標原點,以孔口高程取代Z軸0點。水平方向X軸向右表示為跨孔水平距離。將層析反演輸出數據輸入至成圖軟件,形成二維區域網格化文件。然后再將網格文件送入成圖程序,獲得層析成像圖。
3工程地質物理勘探技術應用成果
評析經上述數據處理,結合鉆探、地質調繪成果得出本次物探解釋成果,現將本次物探勘察成果分述如下:
1)ZK1-ZK2剖面:本剖面見4處電磁波高吸率異常,其電磁波吸收系數均大于0.4dB/m,說明電磁波在穿透過程中急劇衰減,結合鉆探分析,推斷4處0.4~0.6dB/m的異常區域為節理裂隙發育帶,帶內巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區域為溶蝕裂隙發育帶,帶內巖體破碎,完整性差,局部形成小規模巖溶。由于異常主要集中在孔深25m以上,對隧道施工及安全運行影響較小。吸收系數小于0.3dB/m的區域巖體完整性較好。
2)ZK2-ZK3剖面:本剖面見3處電磁波高吸率異常,其電磁波吸收系數均大于0.4dB/m,說明電磁波在穿透過程中急劇衰減,結合鉆探分析,推斷2處0.4~0.6dB/m的異常區域為節理裂隙發育帶,帶內巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區域為溶蝕裂隙發育帶,帶內巖體破碎,完整性差,局部形成小規模巖溶。由于下部兩異常在新改線隧道附近,對隧道施工及安全運行有一定影響,因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數小于0.3dB/m的區域巖體完整性較好。
3)ZK4-ZK3剖面:本剖面見2處電磁波高吸率異常,其電磁波吸收系數均大于0.4dB/m,說明電磁波在穿透過程中急劇衰減,結合鉆探分析,推斷2處0.4~0.6dB/m的異常區域為節理裂隙發育帶,帶內巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區域為溶蝕裂隙發育帶,帶內巖體破碎,完整性差,局部形成小規模巖溶。由于下部異常在新改線隧道附近,對隧道施工及安全運行有一定影響,因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數小于0.3dB/m的區域巖體完整性較好。
4)ZK4-ZK5剖面:本剖面見4處電磁波高吸率異常,其電磁波吸收系數均大于0.4dB/m,說明電磁波在穿透過程中急劇衰減,結合鉆探分析,推斷4處0.4~0.6dB/m的異常區域為節理裂隙發育帶,帶內巖體完整性較差;本剖面未見大規模巖溶破碎帶發育。由于下部異常在新改線隧道附近,對隧道施工及安全運行有一定影響,因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數小于0.3dB/m的區域巖體完整性較好。
5)ZK5-ZK6剖面:本剖面見3處電磁波高吸率異常,其電磁波吸收系數均大于0.4dB/m,說明電磁波在穿透過程中急劇衰減,結合鉆探分析,推斷3處0.4~0.6dB/m的異常區域為節理裂隙發育帶,帶內巖體完整性較差;本剖面未見大規模巖溶破碎帶發育。由于下部異常在新改線隧道附近,對隧道施工及安全運行有一定影響,因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數小于0.3dB/m的區域巖體完整性較好。
4結語
綜上所述,工程地球物理勘探是當前工程建設行業的研究探討的熱點內容之一,工程地球物理勘探質量對于工程整體的安全性和耐久性有著明顯的影響,同時也是保證建筑主體工程施工進行的前提條件,應通過合理設計、規范勘探和嚴密監測等手段提高勘探建設水平,確保工程建設的質量,提高整體的穩固性,建設出人們滿意的工程項目,促進施工行業的蓬勃發展。
作者:江聲波單位:貴州省水利水電勘測設計研究院