物探在特高壓線路巖溶勘查中的應用

王志斌，南 坤

(河南省電力勘測設計，河南 鄭州 450007)

特高壓線路是指交流1000 kV及以上和直流±800 kV及以上電壓等級的輸電線路，主要具有輸送容量大、送電距離長、線路損耗低等優點，被稱為“電力高速公路”。特高壓塔基、塔重大幅增加，其根開也增大，因此勘測工作量明顯增大，工作難度也相應提高，尤其是灰巖地區，巖體的穩定性和巖溶等不良地質現象是巖土勘測的難點，此時新技術、新方法的應用尤為重要。

中高山地形區的灰巖場地，交通不便，植被茂密，傳統鉆探手段往往不具備進場條件，以往遇到此類情況多數靠地質專業人員通過自身經驗結合地表特征來進行推斷，由于巖溶的不可見性，該方法有時會存在較大的偏差，會給工程施工帶來重大影響。近年來，物探方法越來越多的被應用于巖溶勘察工作，并取得了較為理想的效果，尤其是高密度電法和地質雷達方法，因其場地適應性和結果的直觀性更加實用。

1 主要物探方法

1.1 高密度電法

1.1.1 原理

高密度電法是一種適用于淺層電阻率測深剖面法的陳列電阻率勘探方法。野外測量時先將全部電極置于測點上，然后通過程控電極轉換器和電測儀進行數據采集。因為電極是一次布置完成、數據采集是程序控制自動進行的(見圖1)，其工作效率很高，而且可以避免手工操作容易出現的錯誤。一次布置完電極后，可以進行多種電極裝置的測量，從而獲得豐富的地電斷面信息，其解釋成果也有較高的準確性。

圖1 集中式高密度電阻率測量系統野外施工布線示意圖

1.1.2 應用實例

圖2中所示為某±800 kV特高壓直流輸電線路中某級塔位沿AC腿方向布置的一條高密度測線的實測剖面及推斷結果，由實測剖面可以看出，A、C塔腿基礎位于中風化巖體內，位于A腿左側7 m左右、C腿左側1 m位置分別存在一個閉合圈形狀的低阻異常帶，推斷為充泥溶洞RD1和RD2，而且他們有一定的聯通性，他們之間存在溶蝕裂隙發育帶(見圖2)，施工驗槽時現場開挖情況與推斷結果基本吻合，證明在灰巖區塔基勘察中運用高密度電法探測巖溶發育情況是可行的。

圖2 某特高壓線路某級塔位AC腿高密度剖面及推斷結果

1.2 地質雷達方法

1.2.1 原理

探地雷達(Ground Penetrating Radar，GPR)依據電磁波脈沖在地下傳播的原理進行工作。發射天線將高頻(106～109Hz或更高)的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，當雷達脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質交界面時，由于上下介質的電磁特性不同而產生折射和反射，然后由接收天線接收(見圖3)。

對原始數據進行點距校正、去除開始時間、去直流漂移、自動增益控制、背景去除、帶通濾波和滑動平均等處理得到最終雷達圖像，在得到的雷達圖像中，雷達反射波的瞬時振幅是反射強度的量度，當地層存在明顯介質分層或滑裂帶，或地下水分界面，瞬時振幅會產生強烈變化，反映在雷達剖面圖中就是分界面位置出現明顯振幅變化。瞬時相位是地質雷達剖面上同相軸連續性的量度，當電磁波在有異常存在的介質中傳播時，其相位將在異常位置發生顯著變化，當瞬時相位圖像剖面中出現相位不連續時，就可以判斷該處存在分層或異常，再結合現場地質情況對雷達圖像進行分析得出結論。

1.2.2 應用實例

圖4所示為某1000 kV特高壓交流輸電線路某級塔位塔基范圍巖溶調查的地質雷達剖面圖，由圖中可以很清楚看到致密灰巖的雷達圖像特征是非常弱的反射，當灰巖中有巖溶發育時，溶洞洞頂為分界面，雷達波振幅急劇變大，反映為一組強反射波，溶洞底界面的反射則不太明顯，此種雷達信號特征表明此處巖溶發育為空洞或充水洞，若溶洞內充填了覆蓋物質時，則可見一組較短周期的細密的弱反射，這是由洞內土體產生的。

該塔位現場開挖在所測位置發現有相互貫通的小型溶洞群，最大洞徑約2m左右，與雷達測試結果基本吻合。

圖4 地質雷達測試結果及開挖溶洞照片

2 結論

綜上所述，兩種物探方法在應用于灰巖地區特高壓線路勘察能夠起到良好效果，作為巖土勘察工作的有效輔助，但由于特高壓線路的特殊要求以及一些客觀條件的限制，也都存在不足：

(1)高密度電法可以較為直觀的觀測出異常區域的位置，受外界干擾較小，有效信號容易識別，但測試時對場地有特殊要求，需要至少120m長的距離布置測線，有時無法滿足。

(2)地質雷達方法受場地限制較小，在塔基范圍內即可方便開展工作，對巖溶目標識別也比較準確，但是由于采用非屏蔽天線，雷達信號極易受外界干擾，有時干擾信號會影響對有用信息的識別。

(3)兩種物探方法對數據的分析和處理都要求技術人員具有豐富的實踐經驗，否則可能會出現誤判，造成結果錯誤。

總之，在灰巖地區特高壓線路勘察中綜合運用物探方法進行輔助勘察是十分重要和必要的，在實際工作中如何更加合理的利用物探手段進行灰巖地區特高壓線路塔基勘察尚需要進行更多的工程實踐，不斷總結完善。

[1]李大心．探地雷達方法與應用[M]．北京：地質出版社 1994．

[2]王興泰，等．工程與環境物探新方法新技術[M]．北京：地質出版社，1996．

[3]李金銘，等．地電場與電法勘探[M]．北京：地質出版社，2005．