水利工程地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)與方法研究

高正宏

（云南省文山州德厚水庫(kù)建設(shè)管理處 云南文山 663000）

水利工程地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)與方法研究

高正宏

（云南省文山州德厚水庫(kù)建設(shè)管理處 云南文山 663000）

地質(zhì)勘測(cè)是水利水電工程建設(shè)的必要構(gòu)成基礎(chǔ)之一，其勘測(cè)質(zhì)量?jī)?yōu)劣能夠?qū)λこ踢x址、建設(shè)規(guī)模及功能設(shè)計(jì)等產(chǎn)生直接影響。本文對(duì)常見(jiàn)的水利工程地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)與方法進(jìn)行了介紹，以期能為實(shí)際工作中合理選擇應(yīng)用勘測(cè)技術(shù)與方法、提高勘測(cè)水平和質(zhì)量提供參考。

水利工程；地質(zhì)勘測(cè)；技術(shù)；方法；研究

水利工程地質(zhì)勘測(cè)，是結(jié)合巖土力學(xué)、地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)等理論對(duì)水利工程地質(zhì)條件進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)與分析，為水利工程的選址、方案設(shè)計(jì)和施工措施提供合理的參考系數(shù)，提高水利工程運(yùn)行的可靠性和合理性，其對(duì)水利工程建設(shè)質(zhì)量的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)影響意義。近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)水利工程建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)的提高，使得水利工程地質(zhì)勘測(cè)的精度與深度等更為準(zhǔn)確、更具保障，但從整體而言，相對(duì)于其他發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)水利行業(yè)地質(zhì)勘測(cè)水平并不高，在一定程度上還存在地質(zhì)勘查時(shí)間周期長(zhǎng)、設(shè)備陳舊等問(wèn)題，未能較好地滿足水利工程設(shè)計(jì)、施工的需求。基于此情況，加強(qiáng)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)的研究，不斷創(chuàng)新勘測(cè)方法，對(duì)切實(shí)提高我國(guó)水利工程地質(zhì)勘測(cè)水平、促進(jìn)我國(guó)水利工程建設(shè)持續(xù)健康發(fā)展等具有非常重要的意義。

1 水利工程地質(zhì)測(cè)繪

工程地質(zhì)測(cè)繪是地質(zhì)勘測(cè)中最基本、最重要的勘測(cè)方式之一。通過(guò)對(duì)工程區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行大范圍的地質(zhì)調(diào)查能夠獲取真實(shí)可靠的第一手材料，同時(shí)以大量工程實(shí)踐、工程地質(zhì)學(xué)為基礎(chǔ)，分析并總結(jié)工程區(qū)域和工程地段內(nèi)地質(zhì)作用與地質(zhì)體在空間與時(shí)間層次的演化過(guò)程，對(duì)地下一定深度內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行判斷，查找并指出可能存在或發(fā)生的地質(zhì)問(wèn)題，以及時(shí)對(duì)其進(jìn)行深化、補(bǔ)充與協(xié)調(diào)，從而將其解決。其主要包括路線測(cè)繪法、實(shí)測(cè)剖面法和地質(zhì)測(cè)點(diǎn)法等。

2 水利工程地質(zhì)勘探

2.1 山地勘探

山地勘探的主要工作手段是采用人工或機(jī)械進(jìn)行開(kāi)挖深坑、深井或深槽探測(cè)工程區(qū)地質(zhì)情況。主要的山地勘探方式有探槽、豎井和平洞等。山地勘探可以直接進(jìn)行取樣、試驗(yàn)和觀察地質(zhì)現(xiàn)象，其應(yīng)用技術(shù)較為簡(jiǎn)單，但由于受可探范圍的限制，山地勘探一般適用于探測(cè)淺層地質(zhì)。

2.2 鉆探

鉆探是當(dāng)前工程勘察必不可少的方式之一，被廣泛應(yīng)用于水利工程特別是大中型水利工程地質(zhì)勘測(cè)工作中，較為常見(jiàn)的鉆探技術(shù)類型如下：①金剛石鉆進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)多應(yīng)用在巖心采集方面，其鉆探采集效率能夠提升至90%；②深厚砂卵石層鉆進(jìn)技術(shù)，代表工藝為MY-1及SM型植物膠體鉆進(jìn)工藝，在砂卵石鉆進(jìn)施工中，特殊沖洗液可對(duì)巖心表面發(fā)揮包裹作用，從而獲得與原位較為相似的夾泥層、夾巖層及柱狀巖心；③金剛石繩索取芯鉆探技術(shù)，該技術(shù)是小口徑金剛石鉆進(jìn)技術(shù)發(fā)展臻至成熟的標(biāo)志，它能夠利用繩索把內(nèi)管中的巖心提取到地面上，繩索取芯鉆探技術(shù)有利于延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命，可極大地節(jié)省輔助工作時(shí)間，對(duì)破碎、易坍塌地層的鉆探極為有效。

3 地球物理勘探

物探技術(shù)在水利工程地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用表現(xiàn)為利用專用儀器設(shè)備對(duì)工程地質(zhì)物理場(chǎng)的分布狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)，分析并繪制數(shù)據(jù)曲線圖，從而對(duì)水文條件、地質(zhì)構(gòu)造、地層等進(jìn)行劃分。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：①可應(yīng)用于鉆孔中、水上、地面等；②設(shè)備相對(duì)輕便、利用率高；③能夠從不同方向構(gòu)建勘探線網(wǎng)，使之具有立體透視特征。但這類勘探方式容易受設(shè)備測(cè)量精度與非勘查對(duì)象的影響。物探技術(shù)及方法類型較多，較常見(jiàn)的如下：

3.1 電阻率法

該方法以人工建立的直流電場(chǎng)為基礎(chǔ)，以地面上的某點(diǎn)為對(duì)象測(cè)量水平或垂直向電阻率的波動(dòng)變化，以此為依據(jù)對(duì)地質(zhì)性狀進(jìn)行推斷。此法通常可解決如下幾類問(wèn)題：①勘查水層分布狀態(tài)；②勘查褶構(gòu)造處的地理狀態(tài)；③勘查風(fēng)化殼及覆蓋層厚度；④對(duì)不同的巖層性質(zhì)進(jìn)行確定與劃分；⑤查找古河道的空間位置。但在使用電阻率技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)之前，需明確其應(yīng)用條件：①勘查場(chǎng)地地形應(yīng)相對(duì)平緩，以方便布置機(jī)距范圍；②場(chǎng)地內(nèi)必須排除各類電磁干擾；③勘查場(chǎng)地內(nèi)需存在電性標(biāo)準(zhǔn)層，且與地層之間的傾斜角低于20°。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)是以超高頻電磁波作為探測(cè)場(chǎng)源，由一個(gè)發(fā)射天線向地下發(fā)射一定中心頻率的無(wú)載波電磁脈沖波，另一天線接收由地下不同介質(zhì)界面產(chǎn)生的反射回波，根據(jù)接收的回波旅行時(shí)間、幅度和波形等信息，可探測(cè)地下目的體的結(jié)構(gòu)和位置信息。地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)技術(shù)對(duì)地質(zhì)的辨識(shí)度較高，通常不會(huì)受地質(zhì)各向異性、水平層、屏蔽層等的影響，可廣泛應(yīng)用于溶洞、基巖強(qiáng)風(fēng)化帶埋深、覆蓋層較厚的區(qū)域。

3.3 地球物理析層成像技術(shù)（CT）

CT技術(shù)是利用已有的平洞或鉆孔，通過(guò)對(duì)采用一定發(fā)射和接收方式產(chǎn)生的透射波的采集和處理，反演孔洞間的波速值，并對(duì)期間巖體進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)的一種技術(shù)方法。該技術(shù)是進(jìn)行孔洞間巖體總體完整性勘測(cè)的主要技術(shù)方法之一，其能較大地降低質(zhì)勘探工作量，且能夠明顯提高巖體物理力學(xué)性質(zhì)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確程度。近年來(lái)，這一技術(shù)在一些大型水利工程中已越來(lái)越得到更多的應(yīng)用，例如在灰?guī)r地區(qū)采用CT技術(shù)探測(cè)分析巖完整性、溶隙及溶洞分布情況及發(fā)育規(guī)律等，從而更好地提出工程應(yīng)對(duì)措施。

4 野外試驗(yàn)

地質(zhì)野外試驗(yàn)，是利用一定的方法測(cè)試巖土的反應(yīng)或一些特定的物理力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而依據(jù)理論分析或經(jīng)驗(yàn)公式評(píng)定巖土體工程性能和狀態(tài)。水利工程中較為常見(jiàn)的野外試驗(yàn)有觸探試驗(yàn)、灌漿試驗(yàn)等巖土物理力學(xué)試驗(yàn)和地基處理試驗(yàn)。這些試驗(yàn)成果的精度和可靠性與試驗(yàn)儀器和設(shè)備的發(fā)展程度密切相關(guān)。

5 長(zhǎng)期觀測(cè)

長(zhǎng)期觀測(cè)在水利工程地質(zhì)勘測(cè)中是一項(xiàng)很重要的工作，工程地質(zhì)條件的某些要素特別是物理地質(zhì)作用，都有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)生、發(fā)展和消亡的過(guò)程，部分動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)營(yíng)力隨時(shí)間推移將不斷地明顯變化，尤其在工程活動(dòng)影響下某些因素和現(xiàn)象將發(fā)生顯著變化而影響工程的安全、穩(wěn)定和正常運(yùn)行，這時(shí)僅靠一般的勘察和試驗(yàn)手段不足以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和判斷復(fù)雜地質(zhì)作用對(duì)工程使用年限的影響，這就需要長(zhǎng)期觀測(cè)工作。

6 “3S”技術(shù)應(yīng)用

水利工程地質(zhì)勘測(cè)的“3S”技術(shù)即全球定位技術(shù)（GPS）、遙感技術(shù)（RS）和地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）。目前，“3S”已被廣泛應(yīng)用于水利是工程地質(zhì)勘測(cè)中。

6.1 全球定位技術(shù)（GPS）

GPS技術(shù)能夠精確的衡量某觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。相比于傳統(tǒng)測(cè)量方式，GPS技術(shù)具有較強(qiáng)的可操作性，對(duì)不同觀測(cè)站點(diǎn)之間的通視功能并無(wú)特殊要求。同時(shí)，該技術(shù)能夠?qū)⒊掷m(xù)觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)資料直接鍵入計(jì)算機(jī)的自動(dòng)分析系統(tǒng)中進(jìn)行分析與處理。對(duì)水利工程而言，GPS技術(shù)的應(yīng)用對(duì)高程控制方面的跨河、跨溝后水準(zhǔn)難以傳遞問(wèn)題提供了有效的解決辦法。使用GPS技術(shù)在進(jìn)行勘察區(qū)控制點(diǎn)較少的區(qū)域或在山區(qū)、林區(qū)等通視條件差、觀測(cè)條件受限區(qū)域的工程地質(zhì)勘測(cè)時(shí)，能夠明顯縮短現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間，且測(cè)量精度也相對(duì)較高。

6.2 遙感技術(shù)（RS）

RS可有效拓寬地質(zhì)測(cè)繪的覆蓋范圍，增強(qiáng)選址的精準(zhǔn)度，減少工作負(fù)擔(dān)，促進(jìn)工作效率的提升，被廣泛應(yīng)用于水利水電工程中有關(guān)重大工程地質(zhì)問(wèn)題及相關(guān)的環(huán)境等問(wèn)題的調(diào)查與研究。經(jīng)RS所反饋的圖像，可按照比例要求將其繪制成立體圖像，能夠翔實(shí)、真切地剖析巖石性質(zhì)、隧洞、地貌特點(diǎn)等信息。其技術(shù)特點(diǎn)具體表現(xiàn)在如下幾方面：

（1）能夠調(diào)查巖溶地質(zhì)情況。通過(guò)RS，尤其是彩虹外影像技術(shù)能夠?qū)r溶水文地質(zhì)條件進(jìn)行充分的調(diào)查，對(duì)不同類型的巖溶地貌特點(diǎn)進(jìn)行判讀，同時(shí)，還可利用其與介質(zhì)紅外光譜的不同之處，對(duì)地下泉水分布及水源分布進(jìn)行精確判斷。

（2）調(diào)查水庫(kù)滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。RS技術(shù)利用彩虹外片可對(duì)水庫(kù)周邊區(qū)域可能出現(xiàn)的滑坡、坍塌等自然地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查，評(píng)價(jià)并計(jì)算滑坡體的分布、穩(wěn)定性及數(shù)量。

（3）分析區(qū)域構(gòu)造的穩(wěn)定特性。因RS技術(shù)對(duì)大量線性構(gòu)造信息的獲取較為方便，可較為翔實(shí)地辨析區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)、水系分布特點(diǎn)等，對(duì)評(píng)價(jià)及確定工程區(qū)域穩(wěn)定性和斷裂體系活動(dòng)有重要的影響作用。

6.3 地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)

GIS技術(shù)可自動(dòng)制作平面圖、柱狀圖、剖面圖和等值線圖等工程地質(zhì)圖件，同時(shí)還具有處理圖形、圖像、空間數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間分析等問(wèn)題的功能，將GIS技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)信息管理和制圖輸出是近幾年水利工程地質(zhì)勘察行業(yè)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

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TV221.1

A

1004-7344（2016）07-0128-02

2016-2-20

高正宏，男，工程師，1995年參加工作，多年來(lái)一直從事水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工管理、建設(shè)管理等工作。