電磁波層析成像巖溶探測(cè)在防滲帷幕輔助勘察中的應(yīng)用

【摘要】巖溶問(wèn)題是水利水電工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，由于巖溶發(fā)育規(guī)律性差，在工程施工過(guò)程中一旦遇到溶洞，有可能造成可預(yù)見(jiàn)性的影響，巖溶處理措施及方案的制定需要有力的勘察基礎(chǔ)資料做支撐。本文結(jié)合工程實(shí)踐，通過(guò)電磁波層析成像（CT）方法，對(duì)巖溶隱患部位進(jìn)行精細(xì)探測(cè)，基本查清了巖溶發(fā)育情況，為巖溶處理提供了可靠的決策依據(jù)，為工程建設(shè)成本節(jié)約及進(jìn)度控制起到了重要的作用。

【關(guān)鍵詞】電磁波；層析成像；防滲帷幕；巖溶探測(cè)

1、引言

巖溶是早期可溶巖（常見(jiàn)為灰?guī)r石，白云巖，石膏等）在水力侵蝕搬運(yùn)作用下，逐漸溶解水流周圍巖石致使巖石溶解崩塌形成空腔的一種地質(zhì)現(xiàn)象，巖溶在我國(guó)廣泛存在。在可溶巖地區(qū)的水利工程勘察建設(shè)中，巖溶問(wèn)題是重大的地質(zhì)缺陷，其中巖溶管道對(duì)水庫(kù)蓄水成庫(kù)存在重大安全隱患。

為了保證水利工程建設(shè)的安全及巖溶封堵有效性，指導(dǎo)帷幕灌漿工作，通常需要引入一些巖溶探測(cè)方法進(jìn)行灌漿前排查和局部巖溶治理工作。電磁波層析成像巖溶探測(cè)技術(shù)既可對(duì)帷幕線進(jìn)行了灌漿前快速巖溶排查，又可以針對(duì)局部問(wèn)題進(jìn)行精確探測(cè)，是工程巖溶處理的有效輔助手段。

2、電磁波層析成像（CT）技術(shù)

層析成像技術(shù)源于醫(yī)學(xué)CT，利用射線掃描，對(duì)所得到的信息進(jìn)行反演計(jì)算，重建被測(cè)范圍內(nèi)物體參數(shù)分布性質(zhì)規(guī)律的圖像，從而達(dá)到圈定異常體位置的一種物理理論方法。地質(zhì)上根據(jù)所使用的物理場(chǎng)的不同，又分為彈性波層析成像和電磁波層析成像。

電磁波層析成像（CT）是一種主要利用電磁波射線能量衰減特性進(jìn)行探測(cè)的方法。原理為電磁波穿過(guò)完整地質(zhì)體時(shí)傳播速度快而場(chǎng)能衰減慢，而在破碎（如溶洞、斷層、夾層等）的地層介質(zhì)中的傳播速度慢而場(chǎng)能衰減快。

電磁波層析成像針對(duì)不同地層有不同穿透能力，使用時(shí)需要進(jìn)行實(shí)地的電磁波穿透試驗(yàn)，以選擇合理參數(shù)及采集觀測(cè)系統(tǒng)。常見(jiàn)采集方式有同步，扇形模式，及兩者組合模式，數(shù)據(jù)采集方式如圖2.1-1所示。測(cè)試成果的展示有二維剖面和三維組合兩種形式，二維剖面是現(xiàn)在工程測(cè)試普遍采用的測(cè)試方式，主要是反映巖溶在二維面中的位置和影響截面大小，其對(duì)巖溶的延展方向和空間大小變化提供更多的信息較少，多為巖溶普查，另一種是三維組合剖面，可以對(duì)特定區(qū)域的巖溶管道大小及走向獲得更多的信息。但有一定的限制條件，用于詳查

3、層析成像成果應(yīng)用實(shí)例

3.1 二維剖面應(yīng)用

圖3.1-1，為貴州省某已經(jīng)建成水電站上層右 岸防滲帷幕K上右0+388.5m～K上右0+403m段物探孔ZK1～ ZK2剖面的二維電磁波層析成像探測(cè)成果圖，由成果圖可知本剖面巖溶區(qū)發(fā)育樁號(hào)為K上右0+388.5m～K上右0+403m，發(fā)育高程為530m～539m，且?guī)r溶區(qū)為上大下小兩層結(jié)構(gòu)、斷面面積約71m2。除此外在帷幕樁號(hào)K上右0+391m～K上右0+401m之間，高程516m～521m之間也存在兩個(gè)小巖溶異常，推測(cè)可能為上層溶洞在側(cè)向向下發(fā)育再次穿過(guò)CT平面所致，施工方在帷幕樁號(hào)K上右0+396m位置實(shí)施鉆孔驗(yàn)證，鉆具在高程536m～529m發(fā)生掉鉆。掉鉆位置與探測(cè)成果揭示巖溶發(fā)育位置基本一致。

3.2 組合三維剖面應(yīng)用

圖3.2-1是江蘇某水庫(kù)工程帷幕樁號(hào)W1+104m～W1+152m段剖面XDK047～XDK049層析成像成果圖，其中XDK048施工過(guò)程中遇到巖溶無(wú)法鉆進(jìn)情況。根據(jù)探測(cè)成果圖揭示在帷幕樁號(hào)W1+104m～W1+152m，高程-23m～5m之間有多處電磁波高吸收異常區(qū)，異常區(qū)高程由樁號(hào)W1+152m向W1+104m逐漸降低。結(jié)合測(cè)區(qū)巖層產(chǎn)狀特征，推斷巖溶為順層發(fā)育，且此區(qū)域推斷為灌漿重點(diǎn)區(qū)域。

由于巖溶影響區(qū)范圍較大，現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工灌漿效果不明顯。帷幕設(shè)計(jì)部門為詳細(xì)探查巖溶發(fā)育特征，以有針對(duì)性的調(diào)整灌漿施工，分別增加勘探鉆孔XDK048乙、XDK048甲，電磁波層析成像

結(jié)合前期鉆孔分別對(duì)ZK048甲～XDK048乙、XDK048甲～XDK048上、XDK048甲～XDK048下，XDK048甲～XDK049、XDK048甲～XDK047、XDK048乙～XDK048上、XDK048乙～XDK048下，XDK048乙～XDK049、XDK048乙～XDK047共9個(gè)剖面進(jìn)行電磁波層析成像探測(cè)，探測(cè)二維成果圖如圖3.2-2所示。根據(jù)探測(cè)成果分析XDK048鉆孔周圍的巖體巖溶破碎異常發(fā)育，巖溶發(fā)育的在高程4m～-23m之間，其中XDK048乙～XDK048下、XDK048乙～XDK047兩個(gè)剖面巖溶分布較廣泛；其余七個(gè)剖面巖溶零星分布，高程-23m以下巖溶弱發(fā)育。

為推斷巖溶在帷幕線上的走向，通過(guò)將9個(gè)剖面進(jìn)行三維組合，組合圖如圖3.2-3所示。從三維組合圖上可分析出XDK048鉆孔附近區(qū)域的巖溶發(fā)育情況是：由XDK049向XDK047降低，巖溶管道較多穿過(guò)XDK047甲～XDK048、XDK048下～XDK048甲、XDK048乙～XDK047、XDK048下～XDK048乙四個(gè)電磁波探測(cè)剖面、而XDK048甲～XDK049、XDK048甲～XDK048上、XDK048乙～XDK049、XDK048乙～XDK048上四個(gè)電磁波探測(cè)剖面巖溶分布較少，且高程較高，由此推斷ZK048鉆孔附近區(qū)域巖溶通道的發(fā)育方向?yàn)闁|西向，如圖3.2-4所示。依據(jù)探測(cè)成果，設(shè)計(jì)部門調(diào)整灌漿孔排數(shù)由單排增加為三排（增加兩排加強(qiáng)帷幕），兩個(gè)月就處理完成遺留半年的工程巖溶問(wèn)題，給帷幕灌漿施工按期完成提供了時(shí)間保證。

圖3.2-5～圖3.2-7為測(cè)區(qū)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整后三排灌漿孔灌漿量成果圖，圖中紅色陰影區(qū)域?yàn)殡姶挪ㄌ綔y(cè)推斷的巖溶區(qū)的灌漿量特征圖，通過(guò)分析可知，探測(cè)到的巖溶異常區(qū)域灌漿量明顯大于其他區(qū)域灌漿量，巖溶區(qū)域灌漿量多數(shù)在2000—6000L/段，最多達(dá)到14443L/段。灌漿量較大位置與電磁波層析成像探測(cè)巖溶位置基本一致。

4、結(jié)語(yǔ)

1 電磁波層析成像技術(shù)（CT）在以上兩個(gè)巖溶地區(qū)防滲帷幕上的應(yīng)用取得了較好成果。

2 二維剖面反映測(cè)試剖面段面上的巖溶發(fā)育情況；借助三維組合剖面可以探測(cè)巖溶的空間發(fā)育情況。

3 電磁波穿透效果在不同地層有差異，測(cè)試前需進(jìn)行試驗(yàn)，小孔間距離有助于提高測(cè)試成果精度。

4 適宜的地質(zhì)條件及地球物理?xiàng)l件是取得本文成果的重要前提，不同客觀條件對(duì)探測(cè)成果有一定影響。

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作者簡(jiǎn)介：楊新明，（1981～ ），漢族，男，河北衡水武邑縣人，工程師，主要從事水利水電工程勘察及檢測(cè)工作。