水利工程地质勘测技术与方法研究

高正宏

（云南省文山州德厚水库建设管理处 云南文山 663000）

水利工程地质勘测技术与方法研究

高正宏

（云南省文山州德厚水库建设管理处 云南文山 663000）

地质勘测是水利水电工程建设的必要构成基础之一，其勘测质量优劣能够对水利工程选址、建设规模及功能设计等产生直接影响。本文对常见的水利工程地质勘测技术与方法进行了介绍，以期能为实际工作中合理选择应用勘测技术与方法、提高勘测水平和质量提供参考。

水利工程；地质勘测；技术；方法；研究

水利工程地质勘测，是结合岩土力学、地质学和工程地质学等理论对水利工程地质条件进行科学合理的评价与分析，为水利工程的选址、方案设计和施工措施提供合理的参考系数，提高水利工程运行的可靠性和合理性，其对水利工程建设质量的提高具有重要的现实影响意义。近几十年来，随着我国水利工程建设的持续快速发展，推动了国内地质勘测技术的提高，使得水利工程地质勘测的精度与深度等更为准确、更具保障，但从整体而言，相对于其他发达国家，我国水利行业地质勘测水平并不高，在一定程度上还存在地质勘查时间周期长、设备陈旧等问题，未能较好地满足水利工程设计、施工的需求。基于此情况，加强地质勘测技术的研究，不断创新勘测方法，对切实提高我国水利工程地质勘测水平、促进我国水利工程建设持续健康发展等具有非常重要的意义。

1 水利工程地质测绘

工程地质测绘是地质勘测中最基本、最重要的勘测方式之一。通过对工程区域地质情况进行大范围的地质调查能够获取真实可靠的第一手材料，同时以大量工程实践、工程地质学为基础，分析并总结工程区域和工程地段内地质作用与地质体在空间与时间层次的演化过程，对地下一定深度内地质情况进行判断，查找并指出可能存在或发生的地质问题，以及时对其进行深化、补充与协调，从而将其解决。其主要包括路线测绘法、实测剖面法和地质测点法等。

2 水利工程地质勘探

2.1 山地勘探

山地勘探的主要工作手段是采用人工或机械进行开挖深坑、深井或深槽探测工程区地质情况。主要的山地勘探方式有探槽、竖井和平洞等。山地勘探可以直接进行取样、试验和观察地质现象，其应用技术较为简单，但由于受可探范围的限制，山地勘探一般适用于探测浅层地质。

2.2 钻探

钻探是当前工程勘察必不可少的方式之一，被广泛应用于水利工程特别是大中型水利工程地质勘测工作中，较为常见的钻探技术类型如下：①金刚石钻进技术，该技术多应用在岩心采集方面，其钻探采集效率能够提升至90%；②深厚砂卵石层钻进技术，代表工艺为MY-1及SM型植物胶体钻进工艺，在砂卵石钻进施工中，特殊冲洗液可对岩心表面发挥包裹作用，从而获得与原位较为相似的夹泥层、夹岩层及柱状岩心；③金刚石绳索取芯钻探技术，该技术是小口径金刚石钻进技术发展臻至成熟的标志，它能够利用绳索把内管中的岩心提取到地面上，绳索取芯钻探技术有利于延长钻头的使用寿命，可极大地节省辅助工作时间，对破碎、易坍塌地层的钻探极为有效。

3 地球物理勘探

物探技术在水利工程地质勘测中的应用表现为利用专用仪器设备对工程地质物理场的分布状态进行探测，分析并绘制数据曲线图，从而对水文条件、地质构造、地层等进行划分。其具有如下优点：①可应用于钻孔中、水上、地面等；②设备相对轻便、利用率高；③能够从不同方向构建勘探线网，使之具有立体透视特征。但这类勘探方式容易受设备测量精度与非勘查对象的影响。物探技术及方法类型较多，较常见的如下：

3.1 电阻率法

该方法以人工建立的直流电场为基础，以地面上的某点为对象测量水平或垂直向电阻率的波动变化，以此为依据对地质性状进行推断。此法通常可解决如下几类问题：①勘查水层分布状态；②勘查褶构造处的地理状态；③勘查风化壳及覆盖层厚度；④对不同的岩层性质进行确定与划分；⑤查找古河道的空间位置。但在使用电阻率技术进行地质勘测之前，需明确其应用条件：①勘查场地地形应相对平缓，以方便布置机距范围；②场地内必须排除各类电磁干扰；③勘查场地内需存在电性标准层，且与地层之间的倾斜角低于20°。

3.2 地质雷达勘测技术

地质雷达是以超高频电磁波作为探测场源，由一个发射天线向地下发射一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一天线接收由地下不同介质界面产生的反射回波，根据接收的回波旅行时间、幅度和波形等信息，可探测地下目的体的结构和位置信息。地质雷达勘测技术对地质的辨识度较高，通常不会受地质各向异性、水平层、屏蔽层等的影响，可广泛应用于溶洞、基岩强风化带埋深、覆盖层较厚的区域。

3.3 地球物理析层成像技术（CT）

CT技术是利用已有的平洞或钻孔，通过对采用一定发射和接收方式产生的透射波的采集和处理，反演孔洞间的波速值，并对期间岩体进行判断、评价的一种技术方法。该技术是进行孔洞间岩体总体完整性勘测的主要技术方法之一，其能较大地降低质勘探工作量，且能够明显提高岩体物理力学性质评价的准确程度。近年来，这一技术在一些大型水利工程中已越来越得到更多的应用，例如在灰岩地区采用CT技术探测分析岩完整性、溶隙及溶洞分布情况及发育规律等，从而更好地提出工程应对措施。

4 野外试验

地质野外试验，是利用一定的方法测试岩土的反应或一些特定的物理力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土体工程性能和状态。水利工程中较为常见的野外试验有触探试验、灌浆试验等岩土物理力学试验和地基处理试验。这些试验成果的精度和可靠性与试验仪器和设备的发展程度密切相关。

5 长期观测

长期观测在水利工程地质勘测中是一项很重要的工作，工程地质条件的某些要素特别是物理地质作用，都有一个较长时期的发生、发展和消亡的过程，部分动力地质现象和地质营力随时间推移将不断地明显变化，尤其在工程活动影响下某些因素和现象将发生显著变化而影响工程的安全、稳定和正常运行，这时仅靠一般的勘察和试验手段不足以准确预测和判断复杂地质作用对工程使用年限的影响，这就需要长期观测工作。

6 “3S”技术应用

水利工程地质勘测的“3S”技术即全球定位技术（GPS）、遥感技术（RS）和地理信息系统技术（GIS）。目前，“3S”已被广泛应用于水利是工程地质勘测中。

6.1 全球定位技术（GPS）

GPS技术能够精确的衡量某观测点的三维坐标值。相比于传统测量方式，GPS技术具有较强的可操作性，对不同观测站点之间的通视功能并无特殊要求。同时，该技术能够将持续观测获得的数据资料直接键入计算机的自动分析系统中进行分析与处理。对水利工程而言，GPS技术的应用对高程控制方面的跨河、跨沟后水准难以传递问题提供了有效的解决办法。使用GPS技术在进行勘察区控制点较少的区域或在山区、林区等通视条件差、观测条件受限区域的工程地质勘测时，能够明显缩短现场作业时间，且测量精度也相对较高。

6.2 遥感技术（RS）

RS可有效拓宽地质测绘的覆盖范围，增强选址的精准度，减少工作负担，促进工作效率的提升，被广泛应用于水利水电工程中有关重大工程地质问题及相关的环境等问题的调查与研究。经RS所反馈的图像，可按照比例要求将其绘制成立体图像，能够翔实、真切地剖析岩石性质、隧洞、地貌特点等信息。其技术特点具体表现在如下几方面：

（1）能够调查岩溶地质情况。通过RS，尤其是彩虹外影像技术能够对岩溶水文地质条件进行充分的调查，对不同类型的岩溶地貌特点进行判读，同时，还可利用其与介质红外光谱的不同之处，对地下泉水分布及水源分布进行精确判断。

（2）调查水库滑坡、坍塌等地质灾害。RS技术利用彩虹外片可对水库周边区域可能出现的滑坡、坍塌等自然地质灾害进行调查，评价并计算滑坡体的分布、稳定性及数量。

（3）分析区域构造的稳定特性。因RS技术对大量线性构造信息的获取较为方便，可较为翔实地辨析区域内的地貌形态、水系分布特点等，对评价及确定工程区域稳定性和断裂体系活动有重要的影响作用。

6.3 地理信息系统（GIS）技术

GIS技术可自动制作平面图、柱状图、剖面图和等值线图等工程地质图件，同时还具有处理图形、图像、空间数据及相应的属性数据的数据库管理、空间分析等问题的功能，将GIS技术应用于工程地质信息管理和制图输出是近几年水利工程地质勘察行业的热点和发展趋势。

[1]杨连生.水利水电工程地质[M].武汉大学出版社，2004.

[2]王朝宾.水利工程地质勘测技术与方法探讨[J].企业技术开发，2014（24）.

[3]李圣凡.水利工程地质勘测及工程地质环境的分析[J].珠江水运，2015（11）.

[4]吴江南，王根英.浅谈3S技术在水利工程地质勘测中的应用与发展[J].科技资讯，2010（17）.

TV221.1

A

1004-7344（2016）07-0128-02

2016-2-20

高正宏，男，工程师，1995年参加工作，多年来一直从事水利水电工程勘测设计、施工管理、建设管理等工作。