锦屏二级水电站引水隧洞施工期地下水探测技术研究

'学兔兔www.xuetutu.com水利水电技术第42卷201i年第3期锦屏二级水电站引水隧洞施工期地下水探测技术研究苏利军，付成华(西华大学能源与环境学院，四川成都610039)摘要：锦屏二级水电站引水隧洞施工地质条件复杂、埋深大、洞线长、洞径大，高压集中涌水的预防与处理成为隧道超前地质预报的重中之重，应用地质雷达(GPR)技术进行地下水的超前探测预报不仅可行有效，且具有扫描速度快、操作简便、分辨率高、图像直观等优点。本文结合工程实际，分析了GPR进行地下水探测的基本原理和方法，并总结了局限性，可为GPR进行地下水探测的理论研究和工程应用提供一定的参考。关键词：锦屏二级水电站；引水隧洞；地下水；地质雷达；超前探测预报中图分类号：TV732+P641．7(271)文献标识码：B文章编号：1000—0860(2011)03—0016．04StudyongroundwaterdetectiontechnologyforconstructionofdiversiontunnelofJinpingHydropowerStationⅡSULijun．FUChenghua(EnergyandEnvironmentSchool，XihuaUniversity，Chengdu610039，Sichuan，China)Abstract：ThegeologicalconditionfortheconstructionofdiversiontunnelforJinpingHydropowerStationI1isquitecomplicat—ed，suchaslargeembeddeddepth，longtunnellength，bigtunneldiameter，andthenboththepreventionandtreatmentofthehighpressureandconcentratedwatergushingbecomesthemostimportantthing；forwhichtheapplicationofgroundpenetratingradar(GPR)tothegeologicaladvancedpredictionofgroundwaterisnotonlyfeasibleandeffective，butalsohasthemerits，i．e．highscanningspeed，simpleoperation，highresolution，visualimage，ete．Basedontherelevantengineeringpractice，thebasicprincipleandmethodofgroundwaterpredictionmadebyGPRareanalyzedhereinalongwiththesummarizationofitslimitations；whichcanprovideacertainreferenceforthetheoreticalstudyandengineeringapplicationconcerned．Keywords：JinpingHydropowerStationII；diversiontunnel；groundwater；groundpenetratingradar(GPR)；geologicalad—vancedprediction无疑使地下水的超前探测成为隧道施工安全的重要1引言保证。锦屏二级水电站引水系统由4条洞线平行的引GPR(地质雷达)是目前分辨率最高的工程地球水隧洞、1条排水洞、2条辅助交通洞组成。隧洞物理方法，常在工程质量检测、场地勘察中广泛应群横穿锦屏山，引水隧洞洞线平均长度为l6．67km，用⋯。由于隧道大都处于各种复杂的水文地质、工最大开挖洞径达13Ill，洞群沿线上覆岩体一般埋深程地质环境中，为了摸清和预知隧道前方的地质变化1500～2000m，最大埋深约为2525in，且多数洞段情况，减少和预防隧道开挖掘进过程中突涌水带来工为可溶岩。前期长探洞已出现瞬时涌水量达4．91nl／s程事故的发生，近年来经过广大物探工作者的积极探的出水点。从已贯通的交通洞出水点来看，随着隧道加深，遇到突然涌水的风险就相应加大，预测涌收稿日期：2010—09—05水量最大将达到7～8ITI／s，水压力高达8MPa。这作者简介：苏利军(1984一)，男，助理工程师，硕士研究生。16WaterResourcesandHydropowerEngineeringVoL42No．3 学兔兔www.xuetutu.com苏利军，等∥锦屏二级水电站引水隧洞施工期地下水探测技术研究索，使地质雷达在隧道超前预报中发挥出了重要作用，成为隧道超前预报的一种重要方法，尤其在探测＼夕地下水方面更是积累了许多经验，国外还少见此种用Ei．法一。2’2’2探测原理锦屏二级水电站引水隧洞区穿越三叠系中、上统的大理岩、灰岩、结晶灰岩及砂岩、板岩。中、下统图1界面反射图地层为变质程度不同的巨厚～厚层状碳酸盐岩地层以及绿片岩和变质火山岩地层，上统为一套碎屑岩地电常数的差异有关。当地质条件较好，入射波能量层。三叠系地层构成了引水隧洞的主要围岩，主要为在岩体中发生透射损失，反射回的能量应呈规律分锦屏山西侧(T1)、盐塘组(T2y)、杂谷脑组(T2z)、布。当地层中出现裂隙水、断层富水带、溶洞等情白山组(T2b)、三叠系上统(T3)。这些复杂的地质变况时，在此处出现不同介电常数变化面，表现在原化和岩溶地下水潜在地构成了复杂的地层系统，这些有信号中将叠加强度不同的反射信号，或在不应出地层系统的结构层却可以根据其电磁特性(如介电常现反射波处有反射信号，根据反射波位置、反射波数)的不同来区分，若电磁波在电磁特性不同的相邻的规律性和反射信号的强弱，就可以预测地下水的的结构层中传播时，就会在其界面间发生透射和反存在位置和含水量。电磁波在部分常见介质中的传射。水是自然界中常见的物质中介电常数最大、电磁播参数如表1所列。波速最低的介质，与岩土介质和空气的差异很大。因表1电磁波在部分常见介质中的传播参数此，应用电磁波在地层中的传播特性，判断地下水的存在是科学可行的。介质相对介电电导率n波速衰减系数s常数／ms·m／m-ns一／dB．m一电磁波在两种不同均匀介质分界面上的传播规律，主要遵循平面波反射定律和折射定律。，如图水8l0．50．0330．1空气1．O0O．301所示，人射波在界面所引起反射和折射，、和粘土5～402～1oo0O．06l～3000分别为人射角、反射角和折射角。占、、分别为灰岩7～81O一92．5×10—20．1～0．110．4～1衰减系数、相对介电常数和波阻抗。折射率方程式：页岩5～15l～l0oO．O9l～1o0石灰岩4～80．5～2O．120．41．r——一玄武岩810—20．15O．0l—ln=_=一=／——o另率匀网’rJ贞旺J贞／F|天，：：：。折射率与两边介质性质有关，lnut2l1混凝土6．40．12当>1时，>￡，l>2；n<1时，