電力工程勘探中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用

李東升

（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司 四川 成都 610041）

電力工程勘探中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用

李東升

（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司 四川 成都 610041）

本文通過在分析地質(zhì)雷達(dá)內(nèi)涵解析的基礎(chǔ)上，淺要分析了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理，并就實(shí)例論述的基礎(chǔ)上分析了電力工程勘探中地質(zhì)雷達(dá)的具體應(yīng)用，以期為我國電力工程的技術(shù)水平的提高提供淺見。

地質(zhì)雷達(dá)；工程地質(zhì)；風(fēng)電勘探；實(shí)例分析

我國工程領(lǐng)域常用的電力工程勘探方法是采用鉆探技術(shù)進(jìn)行，但是近年來我國國內(nèi)整體的用電量越來越大，傳統(tǒng)的鉆探技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有工程領(lǐng)域的操作需要。我國的電力行業(yè)在新興建各類電力設(shè)施外，還提高了對(duì)既有電力設(shè)施的改造力度，由于我國的電能分布不平衡，電能產(chǎn)生地與需求地分布較遠(yuǎn)，需要鋪設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施用于電力傳送。大多數(shù)輸電設(shè)施位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，環(huán)境情況較為復(fù)雜，常規(guī)的鉆探技術(shù)很難進(jìn)行。因此，近些年我國電力行業(yè)逐漸引入了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于進(jìn)行巖土工程勘察工作。

1 地質(zhì)雷達(dá)的內(nèi)涵解析

地質(zhì)雷達(dá)，全稱地質(zhì)勘探雷達(dá)系統(tǒng)，它是一種能夠向外輸送并接收高頻電磁波束的設(shè)備，通過內(nèi)部元件的聯(lián)動(dòng)作用，在完成發(fā)射高頻電磁波束探測當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件后，同時(shí)接收反饋回來的電磁波，以此達(dá)到探測地下介質(zhì)情況的目的[1]。地質(zhì)雷達(dá)是一種新式地質(zhì)勘測設(shè)備，具有分辨率高、定位準(zhǔn)確、便攜性強(qiáng)、直觀形象、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。因此，深受一線電力工程勘探人員的青睞。自地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)被引入電力工程勘探領(lǐng)域后，其應(yīng)用范圍已經(jīng)逐步由最初的簡單巖土工程勘察擴(kuò)展到了工程質(zhì)量無損檢測、礦產(chǎn)資源研究等眾多領(lǐng)域，不僅勘測效果良好，而且推進(jìn)了我國電力工程領(lǐng)域勘探技術(shù)的發(fā)展。

2 地質(zhì)雷達(dá)的工作原理

地質(zhì)雷達(dá)可以發(fā)射高頻電磁波，進(jìn)而采用一種非破壞性的勘測方式來獲取地下介質(zhì)的情況。為了方便解釋地質(zhì)雷達(dá)勘探工作的原理，現(xiàn)用圖1解釋地質(zhì)雷達(dá)如何通過剖面掃描的方式獲得地下介質(zhì)情況。如圖1所示，當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)架設(shè)在待勘測地質(zhì)上后，技術(shù)人員通過雷達(dá)自帶的移動(dòng)天線向待勘測地質(zhì)發(fā)射高頻電磁波，由于地質(zhì)情況不同，電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，其受到介質(zhì)的影響作用后，傳播過程中的幾何形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。因此，地質(zhì)雷達(dá)可以根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間、振幅、波形等相關(guān)情況無破壞的獲取待勘測地質(zhì)的具體情況。一般情況下，雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形記錄勘測物體的具體情況，其中，波形的正負(fù)峰表示情況不同，常以黑、白表示，但是在某些情況下也會(huì)用灰度或彩色來表示?，F(xiàn)用圖2來解釋雷達(dá)波形記錄示意圖，通過圖2可知，雷達(dá)波形記錄示意圖中的各測點(diǎn)均以測線的鉛垂方向記錄波形，構(gòu)成雷達(dá)時(shí)間剖面，以此可以準(zhǔn)確、高效地獲取待勘測地質(zhì)的具體情況。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)勘探工作

圖2 雷達(dá)波形記錄示意圖

由于地質(zhì)雷達(dá)是一種先進(jìn)的工程物探技術(shù)，采用電磁波在不同介質(zhì)中的傳播理論技術(shù)，并具有眾多有點(diǎn)，因此近年來其應(yīng)用范圍日趨廣泛。各相關(guān)部門均加大了對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的研究力度，希望能夠研究出更穩(wěn)定、更高效、更方便的用于電力工程勘探使用的地質(zhì)雷達(dá)。

3 地質(zhì)雷達(dá)在電力工程勘探領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用

在某電廠的建設(shè)過程中，需要探測一個(gè)內(nèi)部深度15m的無巖溶洞穴，并要根據(jù)具體情況挖掘一個(gè)溶洞，根據(jù)已有情況可知，該無巖溶洞穴上部為普通土質(zhì)堆積物，下部基巖層為灰?guī)r。綜合已有地質(zhì)雷達(dá)勘測技術(shù)及現(xiàn)場情況，勘測過程中主要采用剖面法進(jìn)行操作。在一些特殊地區(qū)，溶蝕破碎帶現(xiàn)象較為常見，由于致密的灰?guī)r雷達(dá)波相特征具體情況不同，在有無反射的情況下，覆黏土層的增加情況不盡相同。例如在隱伏基巖地區(qū)，當(dāng)灰?guī)r層與水份發(fā)生作用后，起初是以肉眼可見的縫隙形式存在，但隨著情況逐漸加深，溶蝕程度也是漸漸嚴(yán)重，各個(gè)縫隙慢慢的連接起來，進(jìn)而使得周圍巖石破碎，最終形成了我們見到的溶蝕破碎結(jié)構(gòu)[3]。

當(dāng)溶蝕裂隙擴(kuò)展到一定程度，便形成了溶洞現(xiàn)象。根據(jù)以往資料可知，溶洞雷達(dá)圖像相比其他雷達(dá)圖像來說具有其鮮明的特點(diǎn)。從具體的圖像可知，在溶洞空間內(nèi)，其主要有高幅、低頻等不同情況的多次反射波阻，加之溶洞底部情況不同，如果有水或者黏土，則反射情況不同，一般情況下會(huì)導(dǎo)致界面反射不太明顯。如果溶洞內(nèi)充填了碎石后，從溶洞雷達(dá)圖像可見，其呈現(xiàn)明顯的雜亂的強(qiáng)反射短波阻，這是由于溶洞內(nèi)的碎石結(jié)構(gòu)影響的。

圖3為挖掘坑區(qū)地質(zhì)雷達(dá)變面積曲線圖。由圖3可知，此次測算的波形結(jié)果顯示較為清楚，不僅波形規(guī)則，而且同相軸連續(xù)性較好，且有多個(gè)反射界面。通過分析地質(zhì)雷達(dá)變面積曲線圖，并結(jié)合以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，該處地質(zhì)為黏土、礫石堆積層及灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化層的混合體，厚度約3.2～3.5m。在更深的地層，主要為灰?guī)r結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部含有一溶蝕破碎帶，埋深大概在5～13.5m左右。

圖3 溶蝕破碎帶雷達(dá)變面積曲線圖

從已有的地質(zhì)雷達(dá)勘測理論與各種工程實(shí)踐中證實(shí)，地質(zhì)雷達(dá)由于其使用寬頻帶、短脈沖電磁波為震源，并且其相比其他技術(shù)手段來說分辨率更高，且具有效率高、效果好、對(duì)待勘測物體無損等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此在巖溶地質(zhì)勘察中深受一線技術(shù)人員的青睞，使用范圍較大。

某風(fēng)電廠基巖面勘探：

某風(fēng)電場工程所處的地理環(huán)境主要是高山地區(qū)，其內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且交通不暢。

在我國的電力工程勘探中，巖土工程勘察主要是確定電力設(shè)施下方土層的厚度問題，但是常規(guī)的技術(shù)難以深入土層深處，處理較淺的土質(zhì)結(jié)構(gòu)效果良好[4]。但是如果土層厚度超出鉆探的固定深度，常規(guī)的技術(shù)就顯得捉襟見肘。但是，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于巖土工程勘察后，能夠很好地解決這一現(xiàn)狀，在減少鉆探、探井的工作量的同時(shí)，提高了勘察速度，減少了勘察時(shí)間，具有很好地效果。

現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)勘探采用的主要技術(shù)參數(shù)為：50MHz非屏蔽天線，天線間距4.2m，采樣步長為0.2m，采用點(diǎn)測方式進(jìn)行探測。經(jīng)對(duì)雷達(dá)剖面與探坑資料進(jìn)行對(duì)比，可以看出，雷達(dá)剖面能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反映出覆蓋層與基巖面的變化情況。

4 結(jié)束語

在我國的電力工程勘探領(lǐng)域，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具有效率高、效果好等特點(diǎn)，在我國的電力行業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮了極其重要的作用。從現(xiàn)有情況來看，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于電力工程領(lǐng)域后，取得了良好的應(yīng)用效果。可以預(yù)料的是，隨著我國經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展和科技水平的穩(wěn)健提高，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)必將日趨完善，在電力工程勘探領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

[1]王中榮，薛慶輝，馮增良.地質(zhì)雷達(dá)在電力工程勘探中的應(yīng)用[J].工程勘察，2010（S1）：628～632.

[2]凌同華，張勝，李升冉.地質(zhì)雷達(dá)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)檢測信號(hào)的HHT分析法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，07：1422～1428.

[3]韋益華.地質(zhì)雷達(dá)在城市地下管線勘探中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2012，12：73～74.

[4]楊艷青，賀少輝，齊法琳，江波.鐵路隧道襯砌地質(zhì)雷達(dá)非接觸檢測模擬試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，09：1761～1771.

TU195

A

1673-0038（2015）37-0292-02

2015-8-27

李東升（1981-），男，河北唐山人，工程師，本科，從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。