【摘  要】本文介绍了利用钻孔声波测试与钻孔全景成像技术在某水电站前期工程勘察中的应用实例，并通过应用实例表明了这两种方法相结合在评价岩体质量方面可以取得良好的应用效果。

【关键词】声波速度;钻孔全景成像;水电站;工程勘察

0 前言

在水电站工程前期勘察中，为评价工作区域内岩体质量，钻孔声波测试和钻孔全景成像技术被大量应用，对水电站建设的后续工作顺利开展起到了重要作用。聲波速度是岩体物理力学性质的重要指标，与控制岩体质量的一系列地质要素有着密切关系。声波速度不仅取决于岩石本身的强度，而且当声波穿透裂隙岩体时，往往会产生不同程度的断面效应，导致波速降低。智能钻孔全景图像成像仪是一种能直观地下孔壁图像的检测设备。通过检测以视觉获取地下信息、钻孔孔壁岩层表面特征的原始图象，具有直观性、真实性等优点。

本文将介绍钻孔声波测试和钻孔全景成像技术在某水电站前期勘察中应用的实例及效果。

1 工程概况

本次物探工作区是一套较为特殊的岩石类型，混合岩化强烈，由片麻岩及混合片麻岩组成，声波速度为2200～6800m/s，地层不同成分、不同风化之间，声波速度存在较大差异，满足测试的地球物理条件。工作区域内布置一个孔深约为300米的钻孔ZK01，本次物探任务主要是对该钻孔进行声波速度测试和钻孔全景成像，以对岩体质量进行评价。

2 钻孔声波测试

钻孔声波测试主要包括单孔声波测试和对穿声波测试，本次物探工作是对ZK01钻孔进行单孔声波测试。

2.1工作原理

单孔声波测试反映的是沿孔深方向孔壁附近岩体波速值情况，就垂直孔而言，对缓倾角裂隙灯反映灵敏，是反映微观的、局部的测试结果。孔内一般采用以法双收装置，基本原理是利用声波在一定距离沿孔壁岩体滑行的时间来测定岩体的声波速度，根据发射器到两个接收换能器的纵波初至时间与及两个接收换能器间距（L），即可得到孔壁附近岩体的纵波速度值：

（2-1）

2.2 测试方法与技术要求

测试探头采用一发双收换能器，探头的直径为Ф45mm，两个接收换能器的距离为20cm，采样间隔0.8μs。钻孔声波速度测试仅适于在无套管并有水耦合的条件下进行，沿孔深每隔20cm进行一次数据采集，记录点设在两个接收换能器中间，钻孔声波曲线每一点的速度值，实际上是反映了在该深度上两个接收换能器之间孔壁岩体波速的平均指标。声波探头在孔中是以水为耦合介质，水的波速为1450m/s左右，低于岩体的速度，声波的传播路径是由发射换能器所激发的弹性波，经过水的耦合传递到孔壁岩体开始滑行，再经过水的耦合才到达每个接收换能器。

之所以采用一发双收装置，以两者的时差来计算速度，是为了在一定程度上克服波的射线经过耦合介质所带来的系统观测误差，从而保证测试成果尽可能地反映被测介质的真实波速，有利于体现岩体的力学特征。

3钻孔全景成像

智能钻孔全景图像方法，采用先进的DSP图像采集与处理技术，配合高效图像处理算法，可保证全景图像实时自动采集。全景视频图像和平面展开图像实时呈现，图像清晰逼真;系统高度集成，探头全景摄像，无须调焦，可对所有的观测孔（垂直孔、水平孔、斜孔、俯、仰角孔）进行360°全方位、全柱面的观测成像。野外数据采集操作方便，室内软件处理简介直观，可显示输出平面展开图、立体柱状图。

本次钻孔全景图像测试使用的是HX-JD-02B 全高清智能钻孔电视成像仪和配套的处理软件。

4测试成果分析

本文仅对ZK01的160.0m～174.0m、240～254孔段的钻孔声波测试、钻孔全景成像测试成果进行分析，旨在展示这两种方法的实际应用的效果。

4.1岩体完成性系数

声波速度是反映岩体物理力学性质的重要参数，在工程实践中得到了广泛应用，岩体完整性系数Kv是划分岩体质量等级的重要指标，根据现场测得的钻孔声波速度资料，并结合类似工程资料，暂定完整岩块波速Vpr= 6500m/s，岩体完整性系数计算公式为：

（4.1-1）

其中：为岩体声波纵波波速，为岩石声波纵波波速。

岩体完整程度、完整性系数与声波速度对照表

根据《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287-2006）中的硐室围岩质量分级的规定，岩体按完整性系数Kv划分其完整程度。岩体完整程度、完整性系数与声波速度之间的对应关系见表4.1-1。

4.2 钻孔声波测试分析

ZK01钻孔160.0m～174.0m、240～254孔段声波测试成果图如图4.2-1所示：

工区内基岩为片麻岩及混合片麻岩组成。为便于对成果进行分析，结合钻孔全景图像，将ZK01钻孔的声波速度特征进行列表统计分析（见表4.2-1）。

某水电站ZK01钻孔160.0m～173.0m、240m～254m声波速度分段统计成果表

通过声波曲线图可见，ZK01钻孔164.0m～174.0m孔段声波曲线整体起伏不大，局部起伏大、成不规则的锯齿状的部分为裂隙发育较破碎岩体。240.0m～254.0m孔段声波曲线整体起伏不大，岩体完整性好。

（1）钻孔164.0～174.0m段，声波平均速度为5103m/s，岩体完整性系数为0.62，为较完整岩体，其中，164.4～166.8m段有一低波速段，声波平均速度为4170m/s，171.6～172.0m段有一低波速段，声波平均速度为4728 m/s;

（2）钻孔240.0～254.0m段，声波平均速度为5785m/s，岩体完整性系数为0.79，为完整岩体。

4.3 钻孔全景成像成果分析

ZK01钻孔160.0m～174.0m、240～254孔段全景成像测试典型图，如图4.3-1、图4.3-2所示：

图4.3-2  ZK01钻孔240.0m～254.0m全景成像典型图

钻孔全景图像解译成果分析见表4.3-1

某水电站ZK01钻孔160.0m～174.0m、240～254孔段全景图像测试解译成果

4.4 综合分析

ZK01钻孔基岩主要由片麻岩及混合片麻岩组成，根据现有物探资料，综合上述两种方法对ZK01钻孔160.0m～174.0m、240～254孔段进行分析：

（1）钻孔164.0～172.0m段，岩体声波平均速度为5103m/s，完整性系数0.62，岩体较完整，主要揭示了两处构造较发育区域，164.4～166.8m段发育一组裂隙，声波平均速度4170 m/s，171.6～172.0m段发育一组裂隙，声波平均速度4728 m/s，声波和钻孔全景图像解译成果对应关系较好。

（2）钻孔240.0～254.0m段，岩体平均波速为5785m/s，完整性系数为0.79，岩体完整，声波和钻孔全景图像解译成果对应关系较好。

5 结束语

本文通过钻孔声波测试及钻孔全景成像在ZK01钻孔的应用实例，展示了这两种方法相结合在评价岩体质量方面取得的较好效果，两种测试方法既相互补充，又相互验证。

须指出，任何单一的物探方法都有它的适用条件和局限性，在条件允许的情况下，采用多种物探方法的综合运用、结合各自技术优势，才能更快、更准确、更定量完成对目标体的测试工作。

参考文献：

[1] 雷宛，邓一谦，肖宏跃.工程与环境物探[M].北京：地质出版社，2007。

[2] 沙椿等.工程物探手册[M].北京：中国水利水电出版社，2011.03。

作者简介：

辜杰为（1984—），男，四川仁寿人，硕士，现从事勘探管理方面的工作。

（作者单位：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司）