張世殊, 冉從彥

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

水電工程勘測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與實(shí)踐

張世殊, 冉從彥

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

隨著水電開發(fā)向川西、西藏等地區(qū)“西進(jìn)”，越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜的工程地質(zhì)問(wèn)題擺在了水電勘測(cè)設(shè)計(jì)工作者面前。如:水電工程開口線外危巖體、傾倒變形體、超深厚細(xì)顆粒覆蓋層筑壩以及高地應(yīng)力條件下地下洞室群大變形等。另外，在這些地區(qū)開展高精度地形圖測(cè)繪、基巖或覆蓋層深孔鉆探施工以及TBM施工條件下的地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等勘測(cè)和地質(zhì)工作都面臨著新的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，成都院結(jié)合工程實(shí)際，依托相關(guān)科研，聯(lián)合國(guó)內(nèi)知名機(jī)構(gòu)積極開展科研和技術(shù)攻關(guān)，成功地解決了諸多技術(shù)難題，并逐漸形成了一系列新的成套技術(shù)，為上述地區(qū)水電開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

工程勘測(cè)；創(chuàng)新；信息一體化

0 前 言

我國(guó)西南地區(qū)水能蘊(yùn)藏豐富。其中，四川和西藏地區(qū)水力資源尤為豐富。四川境內(nèi)共有大小河流1 000多條，居全國(guó)之冠，境內(nèi)河流主要有岷江、大渡河、雅礱江、金沙江等，水能蘊(yùn)藏量達(dá)1.43億kW，約占全國(guó)的五分之一。西藏有河流356條，全區(qū)水力資源理論蘊(yùn)藏量占全國(guó)的29%，居全國(guó)第一位。主要河流有雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江等，是全國(guó)乃至世界少有的水力資源“富礦”[1]。

四川西部和西藏地區(qū)山高谷深，地形條件十分復(fù)雜，許多地區(qū)海拔較高、終年積雪，或是森林覆蓋、人跡罕至。在該地區(qū)開展地形圖測(cè)繪、勘探施工等工程勘測(cè)活動(dòng)難度極大。該地區(qū)還是印度洋板塊和歐亞板塊的碰撞結(jié)合地帶，地質(zhì)背景十分復(fù)雜。在這些地區(qū)建設(shè)水電工程，除面臨著高地震烈度帶來(lái)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定、開挖高邊坡穩(wěn)定等常規(guī)工程地質(zhì)問(wèn)題外，由于環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜、生態(tài)脆弱，還面臨著工程邊坡外高懸的危巖體威脅、巖質(zhì)邊坡傾倒變形、河床超深厚覆蓋層勘察評(píng)價(jià)、高地應(yīng)力條件下洞室群大變形與穩(wěn)定控制等工程地質(zhì)問(wèn)題。

近年來(lái)，中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱“成都院”)以成功勘測(cè)設(shè)計(jì)的數(shù)十個(gè)巨型、大型水電工程為依托，圍繞上述問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外科研院校和企業(yè)，以相關(guān)科技攻關(guān)項(xiàng)目為途徑，系統(tǒng)開展研究和實(shí)踐，成功地解決了該地區(qū)眾多勘測(cè)技術(shù)難題，總結(jié)和形成了多項(xiàng)成套勘測(cè)技術(shù)，為我國(guó)水電工程地質(zhì)勘察水平的鞏固和發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

1 工程地質(zhì)

1.1 危巖體勘察技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)主要以成都院勘測(cè)設(shè)計(jì)的溪洛渡、錦屏一級(jí)、雙江口(見(jiàn)圖1)、猴子巖、長(zhǎng)河壩、大崗山、黃金坪等水電工程以及我國(guó)西部高寒山區(qū)、“汶川5.12”地震災(zāi)區(qū)大量危巖體為研究對(duì)象(見(jiàn)圖2)，以危巖體勘察和典型危巖體調(diào)查為基礎(chǔ)，以危巖體發(fā)育形成條件及影響因素研究為線索，深入剖析既有研究成果，提出邊坡危巖發(fā)生的地質(zhì)模型，建立系統(tǒng)的危巖體破壞發(fā)育的過(guò)程機(jī)理模式，進(jìn)行物理模擬和數(shù)值模擬，構(gòu)建危巖失穩(wěn)的地質(zhì)力學(xué)模型。遵循調(diào)查方法—形成機(jī)制—結(jié)構(gòu)特征—變形破壞機(jī)理—穩(wěn)定性評(píng)價(jià)—危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)—防治對(duì)策—危巖體監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的基本技術(shù)途徑，引入三維巖體激光掃描技術(shù)進(jìn)行危巖體調(diào)查，研究危巖體形成的影響因素、分類、分布特征及變形失穩(wěn)機(jī)制；探討危巖體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系和危害性評(píng)價(jià)體系；探究滾石運(yùn)動(dòng)特征，進(jìn)而建立危巖體危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系；研究危巖體監(jiān)測(cè)方法，探究危巖體預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系；在危巖體特征研究基礎(chǔ)上，建立危巖體防治體系。為危巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及災(zāi)害防治提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

本項(xiàng)技術(shù)研究成果提出了深切峽谷區(qū)環(huán)境邊坡危巖體調(diào)查評(píng)價(jià)理論體系與工程防治技術(shù)方法，具有重要的理論與應(yīng)用價(jià)值，研究成果總體上達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。根據(jù)該項(xiàng)研究成果，成都院目前已完成能源行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《水電工程環(huán)境邊坡危巖體工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》的編制工作。

圖1 雙江口壩區(qū)左岸邊坡27號(hào)危巖體

圖2 汶川地震滾石堵塞隧道洞口

1.2 傾倒變形巖體勘察技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)研究主要依托錦屏一級(jí)電站水庫(kù)、獅子坪電站水庫(kù)、拉西瓦電站水庫(kù)以及小灣、毛爾蓋、黃登、苗尾及雅礱江上游梯級(jí)水電站等工程，以反傾、順向大型(巨型)傾倒變形體為研究對(duì)象，通過(guò)開展傾倒變形體的系統(tǒng)研究，預(yù)期取得以下成果：

(1)通過(guò)高精度無(wú)人機(jī)與長(zhǎng)距離激光掃描技術(shù)，結(jié)合不同精度多層次的測(cè)繪獲得傾倒變形體時(shí)空分布特征，建立起傾倒體識(shí)別技術(shù)(見(jiàn)圖3);

(2)利用常規(guī)與新型勘察技術(shù)評(píng)價(jià)傾倒巖體物理力學(xué)特征;

(3)結(jié)合大型離心機(jī)物理模擬技術(shù)與多種數(shù)值模擬方法揭示庫(kù)水位、地震動(dòng)與開挖條件下的傾倒變形體發(fā)展演化機(jī)制;

(4)評(píng)價(jià)傾倒變形巖體的工程可利用性;

(5)結(jié)合傾倒變形體變形監(jiān)測(cè)技術(shù)反饋分析研究成果，提供適宜的預(yù)警模型。

目前，該項(xiàng)技術(shù)研究進(jìn)展順利，已完成傾倒變形體地質(zhì)力學(xué)模型的建立，初步揭示了庫(kù)水位及地震動(dòng)與開挖條件下傾倒變形體的發(fā)展演化機(jī)制，完成了大型離心機(jī)試驗(yàn)等，發(fā)表了一批高水平論文、專利等研究成果。

對(duì)傾倒變形巖體進(jìn)行系統(tǒng)的工程地質(zhì)研究，不僅可以在大型傾倒體勘察、試驗(yàn)技術(shù)上做出創(chuàng)新，而且也期望在大型傾倒體變形破壞時(shí)空特征、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面取得進(jìn)展，本項(xiàng)技術(shù)研究具有較大的工程意義、經(jīng)濟(jì)意義和理論意義。

圖3 典型傾倒變形巖體

1.3 雙護(hù)盾TBM施工超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

近年來(lái)，成都院依托西藏派墨農(nóng)村公路多雄拉隧道等相關(guān)工程TBM施工，通過(guò)TBM施工現(xiàn)場(chǎng)全方位跟蹤配合，結(jié)合相關(guān)科技工作，不斷摸索總結(jié)，逐步研究建立起一套水電工程隧洞TBM施工條件下超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的工作體系。主要包括以下兩部分工作內(nèi)容:

(1)研究適用于雙護(hù)盾或開敞式兩大類TBM施工條件下的隧洞洞壁地質(zhì)素描、聲波測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)試驗(yàn)、TBM巖渣分析等方法;

(2)開展超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，在宏觀地質(zhì)分析判斷的指導(dǎo)下，針對(duì)性地選用諸如：HSP、TSP、TRT、微震監(jiān)測(cè)、激發(fā)極化、超前鉆探等探測(cè)手段。

目前，成都院已初步摸索和形成了一套TBM施工條件下的地質(zhì)資料收集方法體系，編制了相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書，并在多個(gè)工程實(shí)踐，反響良好。

通過(guò)加大科研投入，與科研院所緊密合作，逐步建立起了一套TBM施工地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作方法體系。尤其是針對(duì)雙護(hù)盾TBM施工條件下，洞室全封閉施工、巖壁暴露極少，地質(zhì)工程師難以準(zhǔn)確判斷和預(yù)測(cè)隧洞地質(zhì)條件的難題，總結(jié)和摸索出了一套雙護(hù)盾TBM施工條件下地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法，經(jīng)派墨公路多雄拉隧道工程實(shí)踐，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性高，工程適宜性較好。

1.4 河床超深厚覆蓋層勘察評(píng)價(jià)技術(shù)

現(xiàn)代河床中普遍堆積厚達(dá)數(shù)十米甚至數(shù)百米的深厚覆蓋層。覆蓋層一般分布規(guī)律性差、組成和結(jié)構(gòu)變化大(見(jiàn)圖4)，勘測(cè)過(guò)程中難以取得深部覆蓋層原狀樣，直接或間接影響對(duì)深厚覆蓋層物理力學(xué)性質(zhì)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。近年來(lái)，成都院依托“深厚覆蓋層建高土石壩地基處理關(guān)鍵技術(shù)”科技項(xiàng)目，以大渡河瀑布溝、雙江口、長(zhǎng)河壩、猴子巖、黃金坪水電站以及雅魯藏布江相關(guān)水電工程實(shí)踐，成功解決了該項(xiàng)技術(shù)難題。

(1)基于大量深基坑現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，開展了深厚覆蓋層現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)物理力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)對(duì)比研究，總結(jié)了各主要物理力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，提出了物理力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，較好地解決了深部覆蓋層取樣及試驗(yàn)失真的問(wèn)題;

(2)提出了深部覆蓋層工程地質(zhì)評(píng)價(jià)原則;

(3)總結(jié)了深厚覆蓋層下不同類型壩基土體利用規(guī)律及利用原則。

目前，上述方法已經(jīng)在諸多水電工程得到實(shí)踐應(yīng)用，如在深厚覆蓋層上已建成瀑布溝、長(zhǎng)河壩、猴子巖、黃金坪等水電站并相繼投產(chǎn)發(fā)電，正在覆蓋層上建設(shè)的雙江口水電站為世界第一高壩，該項(xiàng)技術(shù)為優(yōu)化工程方案、節(jié)省工程投資做出了巨大貢獻(xiàn)。

圖4 某工程開挖基坑深部漂卵礫石

1.5 高地應(yīng)力條件下地下洞室群大變形與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)

近年來(lái)，成都院依托錦屏一級(jí)、官地、猴子巖、大崗山等水電站地下廠房洞室群的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工開展技術(shù)攻關(guān)和工程應(yīng)用研究，通過(guò)全面系統(tǒng)的工程調(diào)研總結(jié)，開展了大型地下洞室群圍巖力學(xué)特性、巖體結(jié)構(gòu)和巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)、地應(yīng)力場(chǎng)分布特征、圍巖失穩(wěn)破壞及大變形特征和機(jī)理、洞群合理布置研究、開挖支護(hù)設(shè)計(jì)方法、圍巖變形控制標(biāo)準(zhǔn)等一系列問(wèn)題研究，取得了系列創(chuàng)新性研究成果。

(1)揭示了西部水電工程地應(yīng)力場(chǎng)分布特征與二次應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律;

(2)揭示了硬脆性巖石宏觀力學(xué)特性與微細(xì)觀破裂機(jī)理;

(3)提出了高地應(yīng)力條件下地下洞室群圍巖開挖損傷區(qū)EDZ的判別標(biāo)準(zhǔn);

(4)對(duì)高地應(yīng)力劃分標(biāo)準(zhǔn)及地下洞室圍巖分級(jí)方法進(jìn)行了改進(jìn);

(5)提出了高地應(yīng)力條件下圍巖變形特征與變形級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn);

(6)提出了不同強(qiáng)度應(yīng)力比條件下洞群圍巖變形破壞模式與機(jī)制。

該項(xiàng)研究豐富和發(fā)展了地下空間圍巖穩(wěn)定機(jī)理和分析方法、安全控制理論和措施等方面的理論體系，并為水電工程大型地下洞群的設(shè)計(jì)、建設(shè)提供指導(dǎo)，有力地促進(jìn)了我國(guó)巖石力學(xué)與工程理論與實(shí)踐的發(fā)展。

1.6 水庫(kù)塌岸

近年來(lái)，隨著一大批水電站蓄水發(fā)電，水庫(kù)塌岸問(wèn)題已經(jīng)成為西南水電開發(fā)中的重要地質(zhì)問(wèn)題之一。水庫(kù)塌岸研究評(píng)價(jià)是工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，水庫(kù)塌岸勘察研究多是建立在調(diào)查、類比分析基礎(chǔ)上的，難點(diǎn)是塌岸范圍預(yù)測(cè)，其理論研究和技術(shù)手段既不完善，亦不成熟。

成都院依托已運(yùn)行的西南山區(qū) 10 多個(gè)典型河道型水庫(kù)(雅礱江二灘、白龍江寶珠寺、岷江紫坪鋪、雜古腦河獅子坪、瀾滄江漫灣和大朝山、南盤江天生橋一級(jí)、寶興河磽磧、火溪河水牛家、大渡河瀑布溝、長(zhǎng)江三峽等水庫(kù))，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)和分析總結(jié)，開展了水庫(kù)塌岸岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、庫(kù)水對(duì)岸坡作用、水庫(kù)塌岸影響因素、水庫(kù)塌岸機(jī)制與模式、水庫(kù)坍岸預(yù)測(cè)參數(shù)和水庫(kù)塌岸預(yù)測(cè)方法等方面研究。建立了一套比較完整、科學(xué)的山區(qū)河流水庫(kù)塌岸工程地質(zhì)勘察評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)體系，以利于解決水電水利工程建設(shè)中水庫(kù)塌岸的工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，可為山區(qū)河流水庫(kù)塌岸預(yù)測(cè)與防治提供決策依據(jù)。

該項(xiàng)技術(shù)研究首次提出的“水庫(kù)岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查→塌岸影響因素分析→塌岸機(jī)制、模式研究→塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)選取→塌岸評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)”的研究思路和方法，在磽磧、獅子坪、水牛家、瀑布溝、瀘定等水庫(kù)塌岸評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中得到了運(yùn)用，取得了較好的效果，極大豐富了水庫(kù)工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)體系。

2 工程勘察

2.1 600 m級(jí)復(fù)雜覆蓋層鉆探技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)界孔深超過(guò)400 m松散細(xì)顆粒超深覆蓋層取芯鉆進(jìn)成功案例及相關(guān)研究較為稀少。一般來(lái)說(shuō)，深度400 m及以上超深復(fù)雜覆蓋層鉆探防斜措施和工藝存在較大難度，孔深超過(guò)200 m時(shí)，細(xì)顆粒的松散地層護(hù)壁堵漏效果難以滿足要求,需要分子量更大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高、水化性能更好的沖洗液處理劑。

近年來(lái)，成都院以大渡河流域以及雅魯藏布江流域水電工程為依托，結(jié)合相關(guān)科技項(xiàng)目，開展了深厚覆蓋層鉆探技術(shù)的研究工作，成功解決了上述技術(shù)難題，并形成了多套成熟鉆探技術(shù)。

2.1.1 研究?jī)?nèi)容

超深復(fù)雜覆蓋層鉆探設(shè)備與機(jī)具暨成孔配套技術(shù)研究：

(1)超深復(fù)雜覆蓋層鉆探成孔配套技術(shù);

(2)優(yōu)化設(shè)備、機(jī)具的配套改進(jìn)與研發(fā);

(3)完善鉆探機(jī)具的配套工作;

(4)孔深200 m水下爆破跟管技術(shù)。

超深復(fù)雜覆蓋層鉆孔孔斜控制技術(shù)研究與應(yīng)用：

(1)編制了防斜技術(shù)手冊(cè);

(2)研制出糾斜器具、糾斜施工工藝。

超深復(fù)雜覆蓋層鉆孔護(hù)壁堵漏技術(shù)研究：

(1)研制出新型高分子結(jié)構(gòu)聚合物處理劑、高效表面活性防卡潤(rùn)滑劑，形成新型高效復(fù)合型沖洗液體系;

(2)沖洗液隨鉆堵漏技術(shù)研究：研制出一種能夠快速形成具有一定強(qiáng)度、能夠承受孔內(nèi)壓力的高強(qiáng)度堵漏劑。形成適宜于超深復(fù)雜覆蓋層的高效復(fù)合型沖洗液體系。開展超深復(fù)雜覆蓋層護(hù)壁與堵漏工藝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用。

2.1.2 取得成果

(1)引進(jìn)渦輪增壓柴油機(jī)，將鉆機(jī)動(dòng)力設(shè)備的功率提高38%；研制了適宜于野外作業(yè)條件的多缸同步拔管機(jī)，最大起拔套管深度達(dá)320 m；研制了孔內(nèi)深水爆破器，最大跟管深度達(dá)300余米；編制了“超深復(fù)雜覆蓋層鉆探操作細(xì)則”；研制出了“新型雙滑塊連續(xù)造斜器”、“造斜鉆頭”、“小頂角定向儀”等器具。

(2)研發(fā)了新型高分子結(jié)構(gòu)聚合物GXS-1、新型表面活性防卡潤(rùn)滑劑GRL-1、高強(qiáng)度復(fù)合堵漏GDJ等材料。形成了一套適宜于高海拔、高寒地區(qū)超深復(fù)雜覆蓋層鉆探技術(shù)。

(3)“孔內(nèi)深水爆破器”、“多缸同步拔管機(jī)”、“小頂角定向儀”及“雙滑塊造斜器”等四項(xiàng)已申請(qǐng)并獲取國(guó)家專利。

2.1.3 應(yīng)用情況

在西藏某水電工程，完成河床覆蓋層鉆孔8個(gè)，總進(jìn)尺3 790 m。鉆孔中覆蓋層深度最淺的為371.6 m，最深的為567.6 m，各鉆孔巖心采取率達(dá)95%以上(見(jiàn)圖5)。

圖5 西藏某工程河床以下560 m覆蓋層取芯照片

2.2 基巖深孔勘探施工技術(shù)

西藏某工程要求實(shí)施鉆進(jìn)深度為650 m，并在孔內(nèi)開展水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試、高壓壓水試驗(yàn)、物探綜合測(cè)井、水位長(zhǎng)觀等工作，對(duì)成孔要求質(zhì)量較高。目前，我國(guó)水電工程界基巖勘探鉆孔深度多在300 m以內(nèi)，深度超過(guò)600 m的鉆孔沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可循，為完成該孔的施工，公司成立技術(shù)攻關(guān)組，在深孔壓水試驗(yàn)、鉆孔孔斜控制等方面采用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)成果，成功地實(shí)施了該孔，滿足了相關(guān)試驗(yàn)和測(cè)試的要求。

該孔采用XY-1000型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，采用Φ200 mm開孔，終孔口徑Φ110 mm。上部破碎基巖段和軟弱夾層采用植物膠作為沖洗液，完整基巖段采用清水鉆進(jìn)。取芯鉆具采取單動(dòng)雙管金剛石長(zhǎng)鉆具，取芯鉆頭采用鋸齒狀唇面金剛石鉆頭。鉆進(jìn)過(guò)程中每50 m校正孔深一次，校正方式采用鉆桿量測(cè)方式；采用KXP-3D遙控?cái)?shù)字羅盤測(cè)斜儀測(cè)斜。校正孔深無(wú)誤差，孔斜符合規(guī)范要求?？變?nèi)各類試驗(yàn)均按要求完成，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

該孔最大回次進(jìn)尺達(dá)到5 m，最大完整巖心長(zhǎng)度3 m(見(jiàn)圖6)，該孔巖心采取率達(dá)到97%以上。完成常規(guī)壓水試驗(yàn)40余段，最深孔段500 m；完成水壓致裂法10余個(gè)點(diǎn)、最深孔段640 m；完成全景成像648.8 m。

在深孔段進(jìn)行壓水試驗(yàn)時(shí)，由于孔內(nèi)水柱壓力太大，常規(guī)頂壓式栓塞無(wú)法滿足止水要求，起拔十分困難，達(dá)不到壓水試驗(yàn)要求；在嘗試氣囊式栓塞時(shí)，發(fā)現(xiàn)氣囊易受深水壓力變形而摩擦孔壁損壞，最終采用水囊式栓塞有效解決了該問(wèn)題。

通過(guò)該基巖深孔的實(shí)施，成都院成功地掌握了西藏高海拔地區(qū)基巖超深鉆孔的整套成孔技術(shù)，有力地配合了地質(zhì)、物探、試驗(yàn)等相關(guān)專業(yè)工作的開

圖6 西藏某工程600 m深度基巖取芯照片

展，為該地區(qū)后續(xù)更大深度的鉆孔實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 機(jī)載激光對(duì)地觀測(cè)技術(shù)

成都院主要在西南高山峽谷區(qū)開展水電工程規(guī)劃及前期勘察工作，對(duì)該地區(qū)的地形圖測(cè)繪難度較大。該區(qū)域峽谷深、海拔高，山頂與河谷間落差大、植被茂密，采用人工實(shí)測(cè)或常規(guī)的航空攝影測(cè)量均會(huì)出現(xiàn)無(wú)法直接獲得地表測(cè)繪數(shù)據(jù)而達(dá)不到用戶精度要求。而機(jī)載激光數(shù)據(jù)采集技術(shù)是采用具有穿透力極強(qiáng)的激光束測(cè)量，這樣就避免了大面積區(qū)域無(wú)法獲取地表測(cè)繪數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。

機(jī)載激光數(shù)據(jù)采集技術(shù)是以飛機(jī)為搭載平臺(tái)，通過(guò)激光掃描儀發(fā)射激光束來(lái)獲取地面三維坐標(biāo)的技術(shù)，獲取高精度的數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像圖(DOM)，成功解決了如何高效獲取高山峽谷、植被茂密、通行困難、氣象復(fù)雜等地區(qū)的高精度測(cè)繪資料的技術(shù)難題。

4 工程地質(zhì)信息一體化系統(tǒng)研究

近年來(lái)，成都院與天津大學(xué)等高校緊密合作，致力于工程地質(zhì)信息一體化的研究工作。建立了以項(xiàng)目全過(guò)程地質(zhì)要素為對(duì)象，以基于IFC架構(gòu)構(gòu)建的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，在將地質(zhì)體各地質(zhì)因素與時(shí)間、環(huán)境、工程部位等諸多因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)的同時(shí)，也使項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的地質(zhì)成果成為了可滿足多方利用的信息，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)間生產(chǎn)、過(guò)程可追蹤、產(chǎn)品可溯源，以數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交流、設(shè)計(jì)，同時(shí)形成了以工程地質(zhì)數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)的信息一體化地質(zhì)應(yīng)用體系，覆蓋了水電水利工程地質(zhì)全生命周期，實(shí)現(xiàn)了水電水利工程地質(zhì)生產(chǎn)全過(guò)程的信息化和三維化。

(1)實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)景野外測(cè)繪編錄。建立了涵蓋高空、低空、地面、地下立體化信息源的三維實(shí)景野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用3D GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)編錄的三維實(shí)景化、現(xiàn)場(chǎng)分析、促進(jìn)野外地質(zhì)調(diào)查三維化；通過(guò)數(shù)據(jù)中心的信息互聯(lián)互通，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集信息跨實(shí)時(shí)跨平臺(tái)應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害搶險(xiǎn)、遠(yuǎn)程質(zhì)量控制、遠(yuǎn)程地質(zhì)會(huì)診等場(chǎng)景，對(duì)于交通不便、地質(zhì)條件復(fù)雜以及勘察周期短的項(xiàng)目可顯著提升工作效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于雅礱江兩河口、金沙江葉巴灘水電站等項(xiàng)目。

(2)工程地質(zhì)三維設(shè)計(jì)技術(shù)。以工程地質(zhì)數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)、三維地質(zhì)模型為載體、工程地質(zhì)綜合分析和應(yīng)用為目標(biāo)，創(chuàng)新性地突破了二、三維互動(dòng)修改，三維分析融入數(shù)據(jù)中心等難題，通過(guò)數(shù)據(jù)中心的信息互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)了為水電水利工程地質(zhì)生產(chǎn)全過(guò)程提供三維驅(qū)動(dòng)能力。

5 結(jié) 語(yǔ)

“世界水電在中國(guó)，中國(guó)水電在西南”。隨著水電開發(fā)逐漸向河流中上游、向地質(zhì)基礎(chǔ)研究和認(rèn)識(shí)薄弱區(qū)邁進(jìn)，可以預(yù)見(jiàn)的是，越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜的工程地質(zhì)問(wèn)題會(huì)呈現(xiàn)在我們面前，如:區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、高地震烈度下抗震設(shè)計(jì)、高寒山區(qū)特殊地質(zhì)災(zāi)害勘察評(píng)價(jià)、高新勘測(cè)技術(shù)手段應(yīng)用等。因此，需要廣大水電勘測(cè)技術(shù)人員直面困難，迎難而上，在總結(jié)好、利用好已有勘測(cè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)，勇于探索和實(shí)踐，不斷攀登工程地質(zhì)界新高峰。

[1] 彭仕雄,張世殊.四川和西藏地區(qū)水電工程地質(zhì)面臨的形勢(shì)與挑戰(zhàn)[J].水電站設(shè)計(jì).2015,31(4):1-3.

2017-02-21

張世殊(1970-)，男，重慶涪陵人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水電水利工程地質(zhì)方面的研究和管理工作。

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