柳 旻，王 冉，劉云昌，師海濤，張克文

(1.機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，西安 710043；2.陜西省特殊巖土性質(zhì)與處理重點實驗室，西安 710043)

0 前 言

隨著“一帶一路”縱深推進，中國對外承包高速發(fā)展，中資企業(yè)在東南亞電力設(shè)施業(yè)務(wù)快速增長。菲律賓位于我國南海地區(qū)，是我國在東南亞開展工程建設(shè)的主要國家。而在該國進行電力工程建設(shè)時，面臨交通不便，地形起伏較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆探設(shè)備難以到達等因素，架空線路基礎(chǔ)的勘察手段主要以釬探和螺旋麻花鉆為主。由于該國部分地區(qū)灰?guī)r分布廣泛，巖溶普遍發(fā)育，部分塔基不可避免地布置在巖溶地區(qū)，因此，查明塔基下方巖溶發(fā)育規(guī)模和空間分布規(guī)律等成為亟待解決的工程問題。綜合比較常規(guī)工程鉆探和物探方法，物探方法具有探測效率高、精度相對較高、成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點[1]，廣泛用于工程勘察、水文地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。

高密度電法與常規(guī)電阻率法原理相似，一次性完成剖面布置，同時具有電測深特性，極大提高了工作效率，自動化程度高，特別對低電阻率地質(zhì)體如富水破碎區(qū)、巖溶等有良好反映，在工程實踐中，取得了較多成果[2]。陳挺等[3]人采用高密度電法對橋址區(qū)的斷層位置及走向進行了研究，揭示了斷層帶的低阻特性；王永剛等[4]在貴州境內(nèi)白云巖等碳酸類可溶性巖石發(fā)育區(qū)采用高密度電法對輸電線路中的巖溶隱患進行了探測；張宏偉等[5]在南水北調(diào)中線工程中應(yīng)用高密度電法的溫納和三級裝置對蓄水庫區(qū)地裂縫的發(fā)育規(guī)律進行了研究，揭示了高密度電法對高阻地裂縫有較好的反映；梁培峰等[6]將高密度電法應(yīng)用到貴州省赤水至望謨高速公路的巖溶路基中，揭示了大規(guī)模溶槽、裂隙發(fā)育規(guī)律。由于單一物探手段的局限性和“多解性”，工程實踐中，經(jīng)常將高密度電法與其他的物探手段(地震反射波法、地質(zhì)雷達、瞬變電磁法等)結(jié)合起來，多角度驗證地下介質(zhì)的分布規(guī)律。李科強[7]采用高密度電法和反射地震法對采空區(qū)和破碎帶影響區(qū)進行了探測，為地質(zhì)災(zāi)害防治提供了依據(jù)，取得了良好的效果；卞兆津等[8]人綜合運用高密度電法、等偏移距反射波法及多道瞬態(tài)面波法解決了路基塌陷調(diào)查問題，劃分了巖溶發(fā)育不穩(wěn)定區(qū)；朱自強等[9]人采用瞬變電磁法、地質(zhì)雷達和高密度電法分析研究了湘西高速公路巖溶發(fā)育的規(guī)模和分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)湘西地區(qū)的溶溝、溶槽、落水洞和巖溶漏斗、溶縫彼此關(guān)聯(lián)，并分析對比了3種物探方法的各自優(yōu)劣性；呂明等[10]人則是在輸電線路樁基巖溶探測中拓展了常規(guī)電阻率法的電極布置方式，采用獨特的五級縱軸測深法，與高密度電法進行了綜合對比，揭示了樁基基礎(chǔ)下填充型溶洞發(fā)育及分布等規(guī)律。這些結(jié)果均證明高密度電法在工程實踐中的有效性。

本文以菲律賓ELPI 風光一體化項目送電線路項目為例，采用高密度電法，分析塔基基礎(chǔ)下巖溶等不良地質(zhì)體與圍巖的視電阻率差異，獲得地下巖溶分布及埋藏深度，為后續(xù)施工和設(shè)計提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

菲律賓ELPI 風光一體化項目送電線路工程位于菲律賓北伊羅戈省，呂宋島西北部，線路走廊起于拉瓦格變電站，沿線穿越拉瓦格市、巴卡拉市和帕蘇金市，線路共94座塔基，線路總長30 km。

輸電線路工程場地原始地形地貌為山地密林(見圖1)，地形起伏較大，鉆孔孔口標高在255.91～354.87 m，最大高差約98.96 m。

圖1 輸變電線路場地地貌

根據(jù)鉆探和地質(zhì)調(diào)查工作，場地范圍內(nèi)第四系覆蓋層較薄，主要由填土和粉質(zhì)黏土組成。填土厚度約0～0.6 m，土質(zhì)不均。粉質(zhì)黏土約0.30～1.10 m，可塑，土質(zhì)均勻，僅部分鉆孔有揭露。下覆基巖主要為灰?guī)r和橄欖巖。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，63、65、75、93號塔基周圍地表灰?guī)r出露，巖體表面溶蝕現(xiàn)象明顯，可見直徑大小不一的溶蝕孔洞，呈串珠狀、多層狀，溶溝、溶槽、溶隙、溶孔數(shù)量多，規(guī)模不一且分布無規(guī)律，對地基處理和基礎(chǔ)施工造成了嚴重影響[11-12]。

2 高密度電法的工作原理

2.1 工作原理

高密度電法是在常規(guī)電阻率法基礎(chǔ)上發(fā)展起來，以目標體與圍巖的電性差異為基礎(chǔ)的一種方法，根據(jù)施加直流電場作用下地層傳導電流的分布規(guī)律，推斷地下不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況[13]。該方法具有剖面法與電測深法的特點，一次可以完成剖面測量，工作效率高，成本低，同時可現(xiàn)場實時處理與成圖解釋[14]。

高密度電法的主要測量裝置有：溫納、施倫貝爾、三極、二極和偶極裝置。其中，溫納裝置在野外工作最常用。結(jié)合現(xiàn)場情況及各裝置特點，本次選用溫納裝置進行采集[15]。密度電法工作原理示意見圖2。

圖2 高密度電法工作原理

溫納裝置視電阻率表達式為：

(1)

公式(1)中：K為裝置系數(shù)，K=2πa；a為電極距，m。結(jié)合現(xiàn)場條件，本次勘探工作電極距為1 m。

由于高密度電法勘探是以目標體和圍巖視電阻率差異為基礎(chǔ)的，采用對稱四極測深裝置測得的場區(qū)地層視電阻率參數(shù)見表1。

表1 地層視電阻率參數(shù)

2.2 資料處理

在數(shù)據(jù)預(yù)編輯時將“壞點”剔除，地形校正，消除地形影響；然后進行數(shù)據(jù)平滑，曲線插值。采用最小二乘法反演得到反演數(shù)據(jù)，在Sufer中進行插值成圖，獲得最后的反演剖面。

3 剖面布置

剖面布置應(yīng)覆蓋不良地質(zhì)體，本次勘探在每一個塔位上布置2條近似于垂直的測線。共計完成4個剖面(見表2)，布置剖面8條(見圖3～6)。

表2 剖面工作量一覽表

圖3 63號塔位測線布置

圖4 65號塔位測線布置

圖5 75號塔位測線布置

圖6 93號塔位測線布置

4 資料綜合解釋

根據(jù)本次對63、65、75號和93號塔位高密度電法探測結(jié)果(見圖7～14)，對其分析解釋如下。

圖7 63號塔基A-A高密度電法剖面成果

圖8 63號塔基B-B密度電法剖面成果

圖9 65號塔基C-C高密度電法剖面成果

圖10 65號塔基D-D高密度電法剖面成果

圖11 75號塔基E-E高密度電法剖面成果

圖12 75號塔基F-F高密度電法剖面成果

圖13 93號塔基G-G高密度電法剖面成果

圖14 93號塔基H-H高密度電法剖面成果

剖面A-A：測線長度57 m，測線方向S9°W。測線視電阻率在10～1 100 Ω·m。近地表深度在0～1.5 m，視電阻率在10～80 Ω·m，為低阻區(qū)，解釋為第四系覆蓋層及部分強風化層，為覆蓋層與基巖的分界面，起伏較大；覆蓋層以下為基巖，視電阻率在80～1 100 Ω·m。其中在平距19.0～25.0 m存在一視電阻率等值線(80～170 Ω·m)向左陡傾的相對低阻帶，低阻異常向深部延伸，推測該處發(fā)育有較深的溶溝并可能與巖溶通道相同。其余區(qū)域基巖均呈現(xiàn)連續(xù)高阻帶，揭露基巖較完整。

剖面B-B：測線長度53 m，測線方向S85°W。地表至深度0～1.70 m，視電阻率在10～80 Ω·m，為低阻區(qū)，解釋為覆蓋層及部分強風化層，為覆蓋層與基巖的分界面，起伏較大；覆蓋層以下為基巖，視電阻率在10～1 100 Ω·m。其中在平距35.5～37.00 m，高程371.80～372.20 m；平距45.0～46.50 m，高程371.80～374.50 m；平距48.5～49.7 m，高程372.50～374.00 m 處各有一低阻異常，視電阻率值為10～110 Ω·m，推測異常為強溶蝕區(qū)，由淺表溶溝或溶槽引起，面積分別為0.9、3.1 、0.7 m2。其余區(qū)域巖體呈現(xiàn)連續(xù)相對高阻帶，揭露基巖較完整。

剖面C-C：測線長度57 m，測線方向S17°W。測線視電阻率在10～1 500 Ω·m。近地表0～3.50 m視電阻率呈現(xiàn)低阻，在10～70 Ω·m，為覆蓋層與基巖的分界面，且在塔基邊界外側(cè)相對較厚，最大厚度為3.5 m；塔基內(nèi)部相對較薄，約0.1～0.5 m，揭露覆蓋層及部分強風化層厚度及起伏狀態(tài)。覆蓋層以下為基巖，視電阻率在80～1 100 Ω·m。其中在平距35.3～38.2 m，高程338.10～339.60 m處有一低阻異常，視電阻率值為10～100 Ω·m，且視電阻率等值線呈封閉狀，推測該處可能為充填型溶洞引起的溶蝕破碎區(qū)，發(fā)育面積為2.8 m2。其余區(qū)域巖體呈現(xiàn)連續(xù)高阻，表明巖體較完整。

剖面D-D：測線長度58 m，測線方向N63°W。測線視電阻率在10～1 500 Ω·m。近地表0～1.6 m，視電阻率在10～80 Ω·m，為低阻區(qū)，揭示了覆蓋層及部分強風化層厚度，且界面起伏較緩。覆蓋層以下為基巖，視電阻率在10～1 100 Ω·m。其中在平距25.0～26.3 m，高程332.50～333.30 m處視電阻率值為10～100 Ω·m，呈現(xiàn)相對低阻，視電阻率等值線呈半封閉，推測該處可能為充填型溶洞引起的溶蝕破碎區(qū)，發(fā)育面積為0.6 m2，發(fā)育規(guī)模不大。其余區(qū)域巖體較完整。

剖面E-E：測線長度60 m，測線方向S8°W。近地表0.00～2.20 m，視電阻率在20～80 Ω·m，為低阻區(qū)，揭示了覆蓋層及部分強風化層厚度。在塔基內(nèi)部基巖出露，視電阻率均呈現(xiàn)高阻，視電阻率在80～1 100 Ω·m。其中在平距24.1～24.3 m，高程465.50～466.50 m；平距28.3～32.3 m，高程466.00～466.90 m；平距52.8～54.8 m，高程462.50～462.70 m 處各有一低阻異常，視電阻率值為10～70 Ω·m，推測可能為充填型溶洞引起的溶蝕破碎區(qū)，面積分別為0.15、2.5、1.4 m2。其余區(qū)域巖體較完整。

剖面F-F：測線長度59 m，測線方向N88°W。測線視電阻率在20～1 300 Ω·m。整個區(qū)域基巖出露，視電阻率在20～1 300 Ω·m。其中在平距6.5～8.6 m，高程472.30～472.90 m 處有一低阻異常，視電阻率值為10～70 Ω·m，推測可能為淺表溶溝或溶槽引起的強溶蝕區(qū)，發(fā)育規(guī)模小，面積為0.6 m2；在平距3.9～5.3 m，高程471.50～472.50 m；平距17.00～19.50 m，高程469.00～470.20 m；平距26.50～29.50 m，高程464.00～465.80 m；平距42.50～43.30 m，高程469.20～470.20 m；平距46.30～47.30 m，高程469.10～470.00 m；平距52.40～53.90 m，高程467.30～468.50 m 處各有一低阻異常，視電阻率值為10～70 Ω·m，視電阻率等值線封閉，推測可能為充填型溶洞引起的溶蝕破碎區(qū)，發(fā)育規(guī)模均較小，面積分別為0.8、1.6 、3、0.3、0.6、1.4 m2。其余區(qū)域巖體較完整。

剖面G-G：測線長度47 m，測線方向S9°W。地表至深度0.00～2.50 m，視電阻率在10～40 Ω·m，為低阻區(qū)，解釋為覆蓋層及部分強風化層，在塔基范圍內(nèi)基巖出露；在塔基邊緣覆蓋層厚度在0.00～2.50 m。覆蓋層以下為基巖，視電阻率在10～1 500 Ω·m。其中在平距0.00～25.50 m，高程365.50～371.00 m；平距39.00～40.60 m，高程366.50～371.00 m 處各有一低阻異常，視電阻率值為10～100 Ω·m，推測解釋為強溶蝕區(qū)，推測為淺表溶溝溶槽引起，面積分別為30.30、3 m2；在平距29.00～31.50 m，高程363.80～366.00 m有一低阻異常，視電阻率值為10～100 Ω·m，推測解釋為溶蝕破碎區(qū)，為充填型溶洞引起，面積分別為3.50 m2，其余區(qū)域巖體較完整。

剖面H-H：測線長度46 m，測線方向S69°E。測線視電阻率在20～1 500 Ω·m。地表至深度基巖出露，視電阻率在20～1 500 Ω·m。其中在平距4.50～7.00 m，高程366.00～367.00 m；平距16.80～18.10 m，高程369.00～369.50 m 處各有一低阻異常，視電阻率值為10～100 Ω·m，推測解釋為強溶蝕區(qū)，推測為淺表溶溝溶槽引起，面積分別為1.30、0.5 m2。其余區(qū)域巖體較完整。

5 結(jié) 論

為了驗證高密度電法對探測溶洞的有效性與準確性，對93號塔基中部進行鉆探驗證。在鉆至7.4 m處，發(fā)生掉鉆與卡鉆現(xiàn)象，經(jīng)測量，掉鉆高度約1.2 m，與93號塔基G-G剖面在平距29.00～31.50 m，高程363.80～366.00 m存在一充填型溶洞引起溶蝕破碎區(qū)的推測相吻合，也從工程實踐方面論證了高密度電法在巖溶探測中的有效性。

巖溶不良地質(zhì)現(xiàn)象的存在給送電線路塔基穩(wěn)定性和運營安全造成了嚴重威脅。因此準確預(yù)測塔基以下溶洞的位置、規(guī)模和發(fā)育規(guī)律等，對保證塔基安全至關(guān)重要。通過本次使用高密度電法對巖溶塔基的勘察，探明的溶洞、溶隙與施工開挖結(jié)果吻合得比較好，證明高密度電法在巖溶探查中的有效性。本次勘探表明：

(1) 在送電線路交通條件不便的灰?guī)r地區(qū)，采用高密度電法在地表進行探測，能夠有效查明塔位地下溶洞等不良地質(zhì)特征。

(2) 在送電線路途經(jīng)的灰?guī)r地區(qū)，尤其在山區(qū)等地形復(fù)雜地區(qū)，高密度電法勘探與常規(guī)鉆探、螺旋麻花鉆、釬探等探測方法相比，具有探測效率、精度相對較高，成本低等優(yōu)勢。

(3) 高密度電法由于測量原理、方法及技術(shù)的限制，地表環(huán)境影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，如地形較陡、基巖出露、植被發(fā)育等因素導致電極接地不好或定位不準確[16-17]。