王衛(wèi)國 田開洋 施燁輝 杜家佳 宋曉峰

(1.江蘇南京地質(zhì)工程勘察院，江蘇 南京 210041；

2.江蘇省隧道與地下工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210041； 3.南京帝壩工程科技有限公司，江蘇 南京 210032)

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聲納探測技術(shù)在工程勘察中的應(yīng)用★

王衛(wèi)國1,2田開洋1,2施燁輝1,2杜家佳3宋曉峰3

(1.江蘇南京地質(zhì)工程勘察院，江蘇 南京 210041；

2.江蘇省隧道與地下工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210041； 3.南京帝壩工程科技有限公司，江蘇 南京 210032)

結(jié)合西氣東輸三線東段工程勘察實際情況，根據(jù)地下含水層的滲流分布繪制了各種水文地質(zhì)參數(shù)圖表的勘察要求，并采用聲納探測技術(shù)，對工程實際進(jìn)行了勘察，實踐證明，聲納探測技術(shù)在工程勘察應(yīng)用中切實可行，可以為工程設(shè)計與施工提供相關(guān)地質(zhì)水文參數(shù)。

聲納，探測技術(shù)，工程勘察

1 工程概況[1]

西氣東輸三線東段工程起于西二線江西吉安分輸清管站，途經(jīng)江西吉安、瑞金，福建龍巖、漳州、廈門、泉州、莆田，終點為福建福州，總長度為817km。擬勘察的晉江穿越位于福建省泉州南安市，屬于大型河流穿越工程，擬建鉆爆隧道水平長度440.36m，從晉江江底穿過，隧道兩端各布置豎井1口，采用豎井+平巷+豎井設(shè)計方式，隧道洞身凈斷面尺寸為3m×3m。

本次勘察工程屬于大型河流穿越工程，擬采用鉆爆隧道方式穿越。依據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)與工程地質(zhì)設(shè)計的需要，詳細(xì)查明擬建場地的水文地質(zhì)滲流運動形態(tài)，提供基坑設(shè)計與施工所需的水文地質(zhì)參數(shù)與建議。

2 聲納探測技術(shù)基本原理[2]

聲納滲流探測技術(shù)是利用聲波在水中的優(yōu)異傳播特性而實現(xiàn)對水流速度場的測量。如果被測水體存在滲流，則必然在測點產(chǎn)生滲流場，聲納探測器陣列能夠精細(xì)地測量出聲波在流體中能量傳遞的大小與分布，依據(jù)陣列測量數(shù)據(jù)的時空分布，即可顯示出滲流聲源發(fā)出的方向；同時利用滲流聲源方向上的聲納探測器T21與探頭頂部T12聲納探測器的距離和相位之差，建立連續(xù)的滲流場的水流質(zhì)點流速方程。

(1)

其中，L為聲波在傳感器之間傳播路徑的長度;X為傳播路徑的軸向分量;T12，T21分別為從傳感器T12到傳感器T21和從傳感器T21到傳感器T12的傳播時間;U為流體通過傳感器T12，T21之間聲道上平均流速；所有量綱均采取國際單位，工程中應(yīng)用時換算為m/d。

3 測量方法[3]

“三維流速矢量聲納測量儀”由測量探頭、電纜和筆記本電腦三部分組成(見圖1)。儀器測量之前，都是通過室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)滲流試驗井，進(jìn)行滲流參數(shù)標(biāo)記后，才能進(jìn)行現(xiàn)場滲流測量。野外試驗測量前，要對測量儀器通電預(yù)熱5min后，把測量探頭放入測量井孔內(nèi)正式進(jìn)行測量，測量的順序是自上而下，從地下水位以下開始測量，測量點的密度為1m，1個測點上的測量時間是1min，待60s測量完成后，測量數(shù)據(jù)自動保存在電子文檔中，再進(jìn)行下一個點的測量，直到測量至孔底。

4 聲納法測量結(jié)果分析

根據(jù)南北4個鉆孔所揭露的水文地質(zhì)形態(tài)以及對地下水滲流的測量結(jié)果分析可知，擬建工程場地上層覆蓋3m左右的填土層存在孔隙潛水，之下較完整的花崗巖基礎(chǔ)層存在裂隙水。

如圖2所示，為了工程中應(yīng)用方便，將量綱單位轉(zhuǎn)換為m/d。測孔GJJZK5的平均滲透流速2.05E-4m/d，其中在15m,19m和27m三處出現(xiàn)了裂隙滲流，分別為：6.74E-4m/d，5.23E-4m/d和2.93E-3m/d?？字械叵滤臐B流方向為NN132°～178°。

JJSJ1孔的滲透流速測量平均滲透流速2.86E-5m/d，其中在19m處出現(xiàn)了3.78E-5m/d的裂隙滲流水?？字械叵滤臐B流方向為NN157°～205°。

JJSJ3孔的滲透流速測量平均滲透流速2.11E-5m/d，其中在19m處出現(xiàn)了2.38E-5m/d的裂隙滲流水?？字械叵滤臐B流方向為NN157°～169°。

JJSJ6孔的滲透流速測量平均滲透流速5.06E-5m/d，其中在30m處出現(xiàn)了9.33E-5m/d的裂隙滲流水?？字械叵滤臐B流方向為NN272°～316°。

北岸三孔平均滲透流速顯示GJJZK5最大、JJSJ1次之、JJSJ3最小，根據(jù)三孔平均滲透流速7.12E-5m/d計算的豎井?dāng)嗝?12.5m×40m)天然動儲量為47.76m3/d。南岸JJSJ6孔平均滲透流速5.06E-5m/d，天然動儲量為33.84m3/d。

GJJZK5孔平均滲透系數(shù)是4.10E-3m/d,JJSJ1孔的平均滲透系數(shù)是5.72E-4m/d,JJSJ3孔的平均滲透系數(shù)是4.22E-4m/d,JJSJ6孔的平均滲透系數(shù)是1.27E-3m/d。

滲透流速沿深度分布曲線見圖3。

四測孔位置均選擇在采石場內(nèi)，其巖芯的采取率都很高，巖性不甚發(fā)育，但巖石裂隙發(fā)育的特點是水平與垂直的裂隙較明顯。雖然巖石的滲透特性屬弱透水，透水量很少，但個別屬裂隙滲透巖層，其水流的導(dǎo)通性較好，特別是到了雨季，或者是與地表水相通的情況，如管道在晉江水下隧道施工，透水量可能較大，應(yīng)引起重視。通過測量與計算，北岸三孔出現(xiàn)最大的裂隙滲透系數(shù)Kb=0.667m/d，裂隙等效水力隙寬Bk=2.83E-3m。若晉江江底隧道施工期間按1條繞隧道周圍的裂隙，通過河流水體壓力水頭和裂隙滲透系數(shù)與裂隙等效水力隙寬計算得出1條裂隙的滲漏水量37.44m3/d。

根據(jù)TB10049—2004鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程附錄B，采用水平巷道地下水動力學(xué)法及古德曼公式，對隧道豎井排水量進(jìn)行估算。通過水文地質(zhì)聲納滲流的測量，結(jié)合4個測量孔的滲透流速和滲透系數(shù)兩條沿孔深分布曲線，計算出測孔斷面上的天然動儲量(天然滲透流速乘以測量孔的過水?dāng)嗝?和靜儲量(導(dǎo)水系數(shù)乘以開挖斷面的長度)見表1。

表1 南北豎井單日排水量 m3

5 結(jié)語

輸油管道過江隧道工程，是國家重大建設(shè)項目，探明類似建設(shè)工程地下水文地質(zhì)情況，更加真實地測量出有地表水與地下水共同參與的水文地質(zhì)形態(tài)與參數(shù)，將對江底穿越工程的設(shè)計與施工有重大的參考價值和指導(dǎo)意義。通過本工程應(yīng)用表明，利用水文地質(zhì)鉆孔進(jìn)行聲納滲流的探測技術(shù)，能夠更為精確、高效地表示地下水文特征，效果明顯。

[1]中石油管道局.西氣東輸三線天然氣管道東段干線(吉安—福州)工程初步設(shè)計工程說明文件.

[2]譚界雄,杜國平,高大水,等.聲納探測白云水電站大壩滲漏點的應(yīng)用研究.人民長江,2012(1):36-37,54.

[3]湯國毅,杜國平,王衛(wèi)國,等.淺層地?zé)崮芸辈旌驮u估應(yīng)用研究.地質(zhì)學(xué)刊,2011(3):307-310.

Sonardetectiontechnologyintheapplicationoftheengineeringsurvey★

WangWeiguo1,2TianKaiyang1,2ShiYehui1,2DuJiajia3SongXiaofeng3

(1.Jiangsu Nanjing Geological and Prospecting Institute, Nanjing 210041， China;2.Tunnel and Underground Engineering Technology Research Center of Jiangsu Province, Nanjing 210041, China3.Nanjing Diba Engineering Technology Co., Ltd, Nanjing 210032, China)

Basedoneastsectionoftheline3of“West-EastGasTransmissionProject”practicalsituation,accordingtothesurveyrequirementsofhydro-geologicalparameterschart,theengineeringpracticewascarriedoutbythesonardetectiontechnology.Practicehasprovedthatthesonardetectiontechnologyappliedinengineeringinvestigationcanprovidetherelatedgeologicalhydrologyparametersforengineeringdesignandconstruction.

sonar,detectiontechnology,engineeringsurvey

1009-6825(2015)21-0041-02

2015-05-19★：江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局科研項目(2013-科研-02)

王衛(wèi)國(1974- )，男，高級工程師，注冊巖土工程師

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