一种泄洪系统围岩松动圈检测方法与流程

1.本发明属于工程施工检测技术领域，具体涉及一种泄洪系统围岩松动圈检测方法。


背景技术：

2.某水电站枢纽工程位于度地震烈度区域，坝址区出露地层岩性主要为燕山早期木足渡似斑状黑云钾长花岗岩和晚期可尔因二云二长花岗岩。河床覆盖层一般厚48～57m，最大厚度达67.8m，分三层，由下至上分别为漂卵砾石层、（砂）卵砾石层、漂卵砾石层。
3.该枢纽工程由拦河大坝、泄洪系统、引水发电系统等组成；泄洪系统包括洞式泄洪道、直坡泄洪洞、利用施工后期导流洞改建的竖井泄洪洞和利用施工中期导流洞改建的水库放空洞，洞式泄洪道、直坡泄洪洞、放空洞分别设置于河流的右岸，竖井泄洪洞布置于河流的左岸。泄洪系统是水站站枢纽工程中重要的组成部分，对枢纽工程的正常运行起到至关重要的作用，因此在泄洪系统施工过程中进行泄洪系统围岩松动圈的检测，对保证泄洪系统的施工质量有着重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种泄洪系统围岩松动圈检测方法，对泄洪系统岩体松动圈进行准确检测，实现对泄洪系统围岩岩体质量、松弛深度范围等进行准确的评估。
5.本发明通过下述技术方案实现：一种泄洪系统围岩松动圈检测方法，包括以下步骤：根据泄洪系统中洞室结构布置情况、围岩地质情况，设定检测约束条件以及围岩松动圈检测所要得到的结果，生成泄洪系统围岩松动圈检测方案，根据检测方案对泄洪系统围岩松动圈进行检测；对围岩松动圈的检测采用单孔声波检测方式，所述检测方案包括泄洪系统各个不同洞室内测试孔的布置、测试孔的结构和/或尺寸参数。
6.作为对上述技术方案的进一步改进，所述泄洪系统洞室结构包括洞式泄洪道、深孔泄洪洞、竖井泄洪洞和放空洞，其中洞式泄洪道、深孔泄洪洞和放空洞设置于河流的同一侧，竖井泄洪洞设置于河流的另一侧，所述竖井泄洪洞、放空洞分别由原有的导流洞改建而成。
7.作为对上述技术方案的进一步改进，在洞式泄洪道、深孔泄洪洞内，沿其长度方向每隔一定距离布置一个检测断面，所述检测断面沿洞室横截面方向布置，在每个检测断面上间隔设置多个测试孔，其中洞式泄洪道内相邻检测断面之间的距离小于深孔泄洪洞内相邻检测断面之间的距离，且洞式泄洪道内每个检测断面上布置的测试孔数量不小于深孔泄洪洞内每个检测断面上布置的测试孔数量。
8.作为对上述技术方案的进一步改进，所述洞式泄洪道内每间隔150～200m布置一个检测断面，所述深孔泄洪洞内每间隔200～300m布置一个检测断面；
各个洞室内每个检测断面上设置的测试孔沿检测断面间隔设置，且分别沿其所在洞室的中轴线对称设置，其中位于洞室中轴线一侧的洞室边墙和拱顶的位置分别设置有至少一个测试孔，位于洞室同一侧的相邻两测试孔之间在高度方向上的间距为5～10m。
9.作为对上述技术方案的进一步改进，在竖井泄洪洞、放空洞内均设置一个检测断面，所述放空洞内检测断面的设置位置位于放空洞闸门竖井所在位置。
10.作为对上述技术方案的进一步改进，所述竖井泄洪洞、放空洞内的检测断面上设置的测试孔沿检测断面间隔设置，且分别沿其所在洞室的中轴线对称设置，其中位于洞室中轴线一侧的洞室边墙和拱顶的位置分别设置有至少一个测试孔，位于洞室同一侧的相邻两测试孔之间在高度方向上的间距为3～5m。
11.作为对上述技术方案的进一步改进，设置于洞室边墙上的测试孔相对水平面朝下方倾斜设置，朝下方倾斜的角度为3
°
～5
°
；设置于洞室拱顶上的测试孔相对水平面朝上方倾斜设置，朝上方倾斜的角度为15
°
～20
°
。
12.作为对上述技术方案的进一步改进，所述测试孔的孔径为65～80mm，测试孔孔深为15～20m。
13.作为对上述技术方案的进一步改进，设定的检测约束条件为在保证松动圈检测要求的情况下整体检测作业施工量最小。
14.作为对上述技术方案的进一步改进，根据对各洞室围岩松动圈的检测，对洞室上层初期开挖后上层洞室围岩松弛范围，和/或开挖后中下层洞室围岩松弛范围、上层洞室围岩松弛范围的变化趋势，和/或开挖完成后各洞室围岩松弛范围，和/或支护过程中及支护完成后的洞室围岩松弛范围变化趋势进行分析；和/或结合围岩开挖所获取的地质数据，对各洞室围岩变形破坏型式、变形深度范围进行分析，对洞室围岩稳定性进行分析；和/或根据洞室围岩稳定性分析结果，生成洞室围岩支护方案，所述洞室围岩支护方案包括围岩支护方式、支护时机。
15.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明根据枢纽工程中泄洪系统的结构特点，在保证检测作业工程施工量尽量小的情况下，能够有效提高围岩松动圈的检测质量和精度，并且根据检测的结果能够对洞室施工过程中围岩松弛范围及变化趋势、洞室围岩稳定性以及施工过程中围岩支护进行可靠的分析。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本发明检测方法中洞式泄洪道内每个检测断面上测试孔的一种布置方式结构示意图。
18.图2为本发明检测方法中深孔泄洪洞内每个检测断面上测试孔的一种布置方式结构示意图。
19.图3为本发明检测方法中竖井泄洪洞检测断面上测试孔的一种布置方式结构示意图。
20.图4为本发明检测方法中放空洞检测断面上测试孔的一种布置方式结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.根据泄洪系统的结构特点，泄洪系统围岩松动圈的检测主要涉及洞式泄洪道、深孔泄洪洞、竖井泄洪洞、放空洞位置的检测，用于检测洞室围岩岩体质量、围岩卸荷松弛影响深度等，采用单孔声波检测方式进行检测。
23.本实施例中泄洪系统中，洞式泄洪道、深孔泄洪洞和放空洞设置于河流的同一侧，竖井泄洪洞设置于河流的另一侧，竖井泄洪洞由原有的3#导流洞改建而成，放空洞由原有的2#导流洞改建而成。枢纽系统中洞式泄洪道、深孔泄洪洞和竖井泄洪洞用于泄洪，放空洞用于水库的放空。
24.根据泄洪系统中洞室结构布置情况、围岩地质情况，这里围岩地质情况包括围岩分级、围岩地质参数等，设定检测约束调节以及围岩松动圈检测所要得到的结果，生成泄洪系统围岩松动圈检测方案，根据检测方案对泄洪系统围岩松动圈进行检测。
25.生成的检测方案包括泄洪系统各个不同洞室测试孔的布置、测试孔的结构和/或尺寸参数等；这里生成检测方案所采用的方法可以是通过对泄洪系统建模的方式，在泄洪系统模型中生成不同的检测方案，在不同的检测方案下进行模拟测试，得到各不同检测方案下的模拟测试数据，对测试数据进行对比分析，结合各个检测方案下的作业施工量的大小，建立评价模型，得到最优的检测方案。
26.根据泄洪系统洞室的结构，在洞式泄洪道、深孔泄洪洞内，沿其长度方向每个一定距离布置一个检测断面，检测断面沿洞室横截面方向布置，在每个检测断面上间隔设置多个测试孔，其中洞式泄洪道内相邻检测断面之间的距离小于深孔泄洪洞内相邻检测断面之间的距离，且洞式泄洪道内每个检测断面上布置的测试孔数量不小于深孔泄洪洞内每个检测断面上布置的测试孔数量。通过上述设置，根据洞式泄洪道、深孔泄洪洞的结构特点，在保证对工程围岩松动圈检测质量和要求的情况下，通过优化测试孔的布置减小施工的作业工程量。
27.在竖井泄洪洞、放空洞内均只设置一个检测断面，放空洞内检测断面的设置位置位于放空洞闸门竖井所在的位置。
28.在各个洞室内，各个检测断面的设置以及各个检测断面上测试孔的设置方式可针对性的进行优化。其中，根据洞式泄洪道、深孔泄洪洞的洞室长度和高度确定洞式泄洪道、深孔泄洪洞中测试孔位数量和位置的分布；洞式泄洪道内每间隔150～200m布置一个检测断面，所述深孔泄洪洞内每间隔200～300m布置一个检测断面；且两个洞室内每个检测断面上设置的测试孔沿检测断面依次间隔设置，且分别沿其所在洞室的中轴线呈对称设置，其中位于洞室中轴线一侧的洞室边墙和拱顶的位置分别设置有至少一个测试孔，即在洞式泄洪道、深孔泄洪洞内的每个检测断面上，位于其左右两侧的边墙上分别设置至少1个测试
孔，位于顶拱上在靠近两侧边墙的位置处分别设置1个测试孔。其中，位于洞室同一侧的测试孔中，相邻两个测试孔以及位于最下方的测试孔与洞室底部之间在高度方向上的间距为5～10m。
29.其中，竖井泄洪洞、放空洞内的检测断面上设置的测试孔也是沿检测断面依次间隔设置，且跟别沿其所在洞室的中轴线对称设置，其中位于洞室中轴线一侧的洞室边墙和拱顶的位置分别设置有至少一个测试孔，位于洞室同一侧的测试孔中，相邻两个测试孔之间在高度方向上的间距为3～5m。
30.为提高检测质量，各个洞室中，设置于洞室边墙上的测试孔相对水平面朝下方倾斜设置，朝下方倾斜的角度为3
°
～5
°
；设置于洞室拱顶上的测试孔相对水平面朝上方倾斜设置，朝上方倾斜的角度为15
°
～20
°
。
31.测试孔的孔径设置为65～80mm，测试孔孔深设置为15～20m。
32.采用该检测方法通过对围岩松动圈的检测，不仅是对系统围岩岩体质量、围岩卸荷松弛深度范围进行检测，同时基于检测方案以及检测方案所采集的检测数据，对洞室上层初期开挖后上层洞室围岩松弛范围，和/或开挖后中下层洞室围岩松弛范围、上层洞室围岩松弛范围的变化趋势，和/或开挖完成后各洞室围岩松弛范围，和/或支护过程中及支护完成后的洞室围岩松弛范围变化趋势进行分析；和/或结合围岩开挖所获取的地质数据，对各洞室围岩变形破坏型式、变形深度范围进行分析，对洞室围岩稳定性进行分析；和/或根据洞室围岩稳定性分析结果，生成洞室围岩支护方案，所述洞室围岩支护方案包括围岩支护方式、支护时机。
33.下面具体地结合图1至4和表1所示的各洞室情况，对本发明进行详细的说明。
34.表1为根据泄洪系统各洞室的结构及洞室内测试孔的布置方案及作业施工量情况。
35.表1 泄洪系统测试孔布置方案及作业施工量如图1所示，在洞式泄洪道内每隔150m布置一个检测断面，每个检测断面布置6个测试孔；其中在左右边墙分别布置2个测试孔，在顶拱靠近左右边墙的位置分别布置1个测试孔，分别沿洞室中轴线对称设置；测试孔的设置位置自上而下分别相对洞室底板高程差
为20m、14m、7m，测试孔孔深设置为15m。
36.如图2所示，深孔泄洪洞的隧洞段内每隔200米布置一个检测断面，每个检测断面上布置4个测试孔，其中在左右边墙分别布置2个测试孔，在顶拱靠近左右边墙的位置分别布置1个测试孔，分别沿洞室中轴线对称设置。测试孔的设置位置自上而下分别相对于底板高程差为15m、8m，测试孔孔深为15m。
37.如图3所示，竖井泄洪洞隧洞端面为城门洞型，在竖井泄洪洞布置1个检测断面，每个检测断面上布置12个测试孔，其中上、下游边墙分别设置5个测试孔，在顶拱靠近上下游边墙位置分别布置1个测试孔，测试孔分别沿洞室中轴线对称设置。测试孔的设置位置至上而下相对于底板高程差为20m、16m、13m、10m、7m、4m，测试孔孔深为15m。
38.如图4所示，放空洞工作闸门在改建前为圆形端面，在改建后为城门洞型。放空洞内布置1个检测断面，布置在工作闸门后，检测断面上布置12个测试孔，其中上、下游边墙分别设置5个测试孔，在顶拱靠近上下游边墙位置分别布置1个测试孔，测试孔分别沿洞室中轴线对称设置。测试孔的设置位置至上而下相对于底板高程差为20m、16m、13m、10m、7m、4m，测试孔孔深为15m。
39.各洞室内，在测试孔的作业施工中，测试孔的孔位可在0.5m的误差范围内进行调整；设置于各个洞室边墙上的测试孔相对水平面朝下方倾斜设置，倾斜角度为5
°
，设置于各个洞室拱顶上的测试孔相对水平面朝上方倾斜设置，倾斜角度为15
°
。钻孔完成后采用清水冲洗钻孔，孔内不能有岩屑或掉块，以保证检测过程的正常进行。
40.根据泄洪系统中各个洞室的开挖分层情况，在每层开挖完成后，即开展本层围岩松动圈检测。
41.针对围岩松动圈的检测基于声波检测法，声波速度是岩体物理力学性质的重要指标，声波速度不仅取决于岩石本身的强度，而且当声波穿透裂缝岩体时，往往会产生不同程度的断面效应，导致波速降低，这种现象与岩体结构的发育程度、组合形态、裂隙宽度以及填充物质有关。
42.本实施例中采用rs-st01c型智能岩石声波检测仪和rs-sd30型单孔一发双收换能器。在无金属套管、有水耦合的钻孔中检测；测试探头采用一发双收装置，发射端与两个接收换能器之间的距离分别为30cm和50cm。单孔声波速度测试，沿孔深每隔0.2m进行一次数据采集。
43.采用上述实施方式对泄洪系统围岩岩体松动圈进行检测，得到洞室上层初期开挖后上层洞室围岩松弛范围，以及中下层开挖后下层洞室围岩松弛范围以及上层洞室围岩松弛范围变化趋势，以及开挖全部完成后洞室围岩松弛范围，以及支护过程中及支护完成后的洞室围岩松弛范围变化趋势等；同时，能够通过这种方式对洞室围岩分类进行辅助复核，确定围岩松弛范围；并根据开挖过程中得到的地质数据和检测的情况等，对系统洞室群围岩变形破坏型式、变形深度范围进行可靠的分析，为围岩稳定性评价和围岩加固支护提供依据，实现对围岩稳定性的评价；并根据围岩稳定性的评价，结合卸荷松弛影响深度对围岩稳定性进行分析，生成针对洞室包括围岩支护方式与支护时机等的支护方案。
44.在本实施例中，针对泄洪系统采用爆后波速与孔底稳定波速平均值进行对比的方法进行爆破影响深度的判别。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
47.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。