基于地质雷达和便携式钻机勘察数据的三维地质建模在输电线路工程中的应用

杨鹏程

(湖南经研电力设计有限公司，湖南 长沙 410007)

1 地质雷达的基本原理

1.1 基本原理

地质雷达设备主要由发射部分和接收部分组成。发射部分由发射机(高频脉冲波)和天线(辐射电磁波)组成，通过天线将电磁波以60°～90°的角度向地下发射，电磁波在传播过程中遇到电性分界面将发生反射。反射波被接收天线接收，电磁波的传播路径、电磁场强度、波形等随所通过岩土层的电性质及几何形态差异发生变化。因此，根据天线接收波的时间(双程走时)、幅度与波形等，可大致推断地下介质的分布情况。

1.2 典型地质体的雷达图像特征

各种典型地质体如完整岩石、裂隙带、破碎带、富水带、岩溶洞穴等具有不同的波形特征，其大致的对应关系如下表1。

表1 典型地质体与地质雷达波形图像特征的对应关系

2 地质雷达在输变电工程中的应用

2.1 勘察方法

先采用便携式钻机对杆塔区域进行钻探，再利用地质雷达对杆塔周边区域进行探测，不但可查明钻孔位置的地质情况，还可查明塔腿位置及杆塔周边一定范围内的的岩土种类、地下水位埋深、上覆土层厚度、基岩面埋藏深度等。

2.2 野外勘察工作的布置原则及工作量

根据规范要求，在野外布置勘探点，先采用便携式钻机对勘探点进行钻探，再利用地质雷达扩大范围进行地下探测。

2.2.1 布置测线

先建立测区坐标，再确定测线的平面位置。

2.2.2 雷达探测方法及工作参数选择

地质雷达的数据采集工作可采用剖面法，即发射天线和接收天线以固定间距沿探测剖面同步移动。

3 基于地质雷达数据的三维地质建模

3.1 三维地质建模的数据来源

先利用便携式钻机和地质雷达对场地的原始地层数据进行采集，再将位于雷达测线上的钻孔数据与该测点的反射波形数据进行对比，确定各地层界面的反射波特征后，将地层分界面提取出来，对探测区域进行地层划分。提取各测线交点的波形数据数据，将其转化为虚拟钻孔，地质条件复杂时，可沿测线加密虚拟钻孔。利用虚拟钻孔的波形数据进行三维地质建模，以指导设计，避开不良地质区域。

3.2 格网的构建与虚拟钻孔的布设

从反射波形数据中提取各地层分界面后，为利用其参与分界面格网的构建，可按一定的比率将其转化为虚拟钻孔。通过本方法获得的数据分布不均匀——数据点均分布在初始网格线上，可采用适当加密格网或进行插值的方法来适应建模的要求，使新格网更贴合实际地层分界面。

图1 格网构建及虚拟钻孔布置图

3.3 三维地质模型

利用三维地质模型可将各种不良地质作用(如溶洞、地裂缝、构造带等)、特殊性岩土(如风化岩层、淤泥质土等)作为单独的地质体模型进行单独展示，从而直观其发育规模、空间分布规律等。

3.3.1 丘陵地貌段

一般上覆土层较薄，如何准确查明基岩面的埋深就成为了线路勘察的重点，准确查明基岩面埋深不但可合理减少基础埋深，降低工程造价，还可避免基础位于不同的风化岩层上留下工程隐患。

图2 杆塔区域基岩面的分布形态

3.3.2 冲积平原地貌段

一般地质条件较复杂，查明特殊性岩土的分布规律、确定地下水位埋深是本地貌单元的勘察重点，避开淤泥质土、流沙发育地段，可降低施工难度。

图3 杆塔区域的淤泥质土分布形态

4 不同勘察手段的质量效率费用对比

4.1 与传统勘察手段的质量对比

先采用便携式钻机进行钻探，再利用地质雷达进行大范围的探查，可准确查明杆塔位及周边一定区域的岩土种类、分布范围、埋藏深度等，如果结合塔腿方向布置测线，可精确取得各杆塔位的地质资料，为优化基础设计、确定合理的基础施工方案提供基础资料。

表2 勘察质量对比表

4.2 与传统勘察手段的效率对比

采用便携式钻机结合地质雷达进行勘探时，由于便携式钻机、地质雷达携带轻便，组装简单，可节约大量搬运、拆卸时间，较采用传统钻机大大缩短了工期。

表3 野外作业时间对比表

4.3 与传统勘察手段的成本费用对比

采用便携式钻机结合地质雷达进行勘察时，仅需考虑勘察设计人员及民工的工资、伙食、住宿费用以及仪器设备的折旧费用。

表4 成本费用对比表

综上所述，采用便携式钻机+地质雷达进行线路工程野外勘察作业，可大幅度提高岩土工程勘察质量，经济效益较好。

5 结 语

采用地质雷达结合便携式钻机进行线路勘察较传统钻机钻探具有质量高、工期短、费用低、勘察范围广等优点，尤其在地质条件复杂地段，更能体现地质雷达准确、高效的优势，值得在线路工程勘察中进行推广。根据多年来的实用经验，不同地区的工程地质勘察，利用地质雷达特征图像与典型地质现象的对应关系，结合钻探和其它物探资料对各地质体进行解释是比较准确的。