物探在特高压线路岩溶勘查中的应用

王志斌，南 坤

(河南省电力勘测设计，河南 郑州 450007)

特高压线路是指交流1000 kV及以上和直流±800 kV及以上电压等级的输电线路，主要具有输送容量大、送电距离长、线路损耗低等优点，被称为“电力高速公路”。特高压塔基、塔重大幅增加，其根开也增大，因此勘测工作量明显增大，工作难度也相应提高，尤其是灰岩地区，岩体的稳定性和岩溶等不良地质现象是岩土勘测的难点，此时新技术、新方法的应用尤为重要。

中高山地形区的灰岩场地，交通不便，植被茂密，传统钻探手段往往不具备进场条件，以往遇到此类情况多数靠地质专业人员通过自身经验结合地表特征来进行推断，由于岩溶的不可见性，该方法有时会存在较大的偏差，会给工程施工带来重大影响。近年来，物探方法越来越多的被应用于岩溶勘察工作，并取得了较为理想的效果，尤其是高密度电法和地质雷达方法，因其场地适应性和结果的直观性更加实用。

1 主要物探方法

1.1 高密度电法

1.1.1 原理

高密度电法是一种适用于浅层电阻率测深剖面法的陈列电阻率勘探方法。野外测量时先将全部电极置于测点上，然后通过程控电极转换器和电测仪进行数据采集。因为电极是一次布置完成、数据采集是程序控制自动进行的(见图1)，其工作效率很高，而且可以避免手工操作容易出现的错误。一次布置完电极后，可以进行多种电极装置的测量，从而获得丰富的地电断面信息，其解释成果也有较高的准确性。

图1 集中式高密度电阻率测量系统野外施工布线示意图

1.1.2 应用实例

图2中所示为某±800 kV特高压直流输电线路中某级塔位沿AC腿方向布置的一条高密度测线的实测剖面及推断结果，由实测剖面可以看出，A、C塔腿基础位于中风化岩体内，位于A腿左侧7 m左右、C腿左侧1 m位置分别存在一个闭合圈形状的低阻异常带，推断为充泥溶洞RD1和RD2，而且他们有一定的联通性，他们之间存在溶蚀裂隙发育带(见图2)，施工验槽时现场开挖情况与推断结果基本吻合，证明在灰岩区塔基勘察中运用高密度电法探测岩溶发育情况是可行的。

图2 某特高压线路某级塔位AC腿高密度剖面及推断结果

1.2 地质雷达方法

1.2.1 原理

探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频(106～109Hz或更高)的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射，然后由接收天线接收(见图3)。

对原始数据进行点距校正、去除开始时间、去直流漂移、自动增益控制、背景去除、带通滤波和滑动平均等处理得到最终雷达图像，在得到的雷达图像中，雷达反射波的瞬时振幅是反射强度的量度，当地层存在明显介质分层或滑裂带，或地下水分界面，瞬时振幅会产生强烈变化，反映在雷达剖面图中就是分界面位置出现明显振幅变化。瞬时相位是地质雷达剖面上同相轴连续性的量度，当电磁波在有异常存在的介质中传播时，其相位将在异常位置发生显著变化，当瞬时相位图像剖面中出现相位不连续时，就可以判断该处存在分层或异常，再结合现场地质情况对雷达图像进行分析得出结论。

1.2.2 应用实例

图4所示为某1000 kV特高压交流输电线路某级塔位塔基范围岩溶调查的地质雷达剖面图，由图中可以很清楚看到致密灰岩的雷达图像特征是非常弱的反射，当灰岩中有岩溶发育时，溶洞洞顶为分界面，雷达波振幅急剧变大，反映为一组强反射波，溶洞底界面的反射则不太明显，此种雷达信号特征表明此处岩溶发育为空洞或充水洞，若溶洞内充填了覆盖物质时，则可见一组较短周期的细密的弱反射，这是由洞内土体产生的。

该塔位现场开挖在所测位置发现有相互贯通的小型溶洞群，最大洞径约2m左右，与雷达测试结果基本吻合。

图4 地质雷达测试结果及开挖溶洞照片

2 结论

综上所述，两种物探方法在应用于灰岩地区特高压线路勘察能够起到良好效果，作为岩土勘察工作的有效辅助，但由于特高压线路的特殊要求以及一些客观条件的限制，也都存在不足：

(1)高密度电法可以较为直观的观测出异常区域的位置，受外界干扰较小，有效信号容易识别，但测试时对场地有特殊要求，需要至少120m长的距离布置测线，有时无法满足。

(2)地质雷达方法受场地限制较小，在塔基范围内即可方便开展工作，对岩溶目标识别也比较准确，但是由于采用非屏蔽天线，雷达信号极易受外界干扰，有时干扰信号会影响对有用信息的识别。

(3)两种物探方法对数据的分析和处理都要求技术人员具有丰富的实践经验，否则可能会出现误判，造成结果错误。

总之，在灰岩地区特高压线路勘察中综合运用物探方法进行辅助勘察是十分重要和必要的，在实际工作中如何更加合理的利用物探手段进行灰岩地区特高压线路塔基勘察尚需要进行更多的工程实践，不断总结完善。

[1]李大心．探地雷达方法与应用[M]．北京：地质出版社 1994．

[2]王兴泰，等．工程与环境物探新方法新技术[M]．北京：地质出版社，1996．

[3]李金铭，等．地电场与电法勘探[M]．北京：地质出版社，2005．