探究電力工程勘察設計中新技術的應用

廣州匯雋電力工程設計有限公司 張順平

1 電力工程勘察設計要點

1.1 設計勘察設計周期

電力工程勘察設計工作具有較強的復雜性、系統性與專業性，因此在工程項目前期，應為勘察工作留出足夠時間，并對整個電力工程工期進行合理規劃。勘察設計實踐中，特別要做好重點區域的勘察工作，確保相關數據的真實性與準確性，使其達到預期的參考價值。

1.2 設計勘察設計綱要

勘察設計綱要是電力工程勘察設計工作中的指導性文件，相關單位應在開始工程勘察前完成綱要設計，對具體的勘察內容及時間進度加以明確，確保嚴格按照勘察綱要要求推進勘察設計工作，避免出現錯漏、疏忽等情況。

1.3 應用多樣化勘察技術

為提高電力工程勘察設計工作質量和效率，應加強先進技術的應用，確保勘察數據的真實性與可靠性。采用傳統勘察手段往往難以達到高標準的地質參數要求，而在波速測試、標準貫入試驗等實地勘察技術和試驗檢測技術的應用下，可準確獲取巖層性質、變形特征等參數，并進行有效分析。例如，在電力工程勘察設計中，可通過多道瞬態面波勘察技術分析巖層性能數據；通過回歸分析技術獲取巖層承載力特征；采取克里格法統計原理對相關數據進行整理分析等。

1.4 采用現代化勘察技術與設備

近年來，電力工程勘察技術與設備不斷更新換代，為達到標準的勘察準確性要求，相關單位應加大在技術設備方面的投入，積極使用新型技術與設備，為勘察設計工作的開展提供支持。與此同時，還需要對獲取到的數據進行綜合分析，以電力工程地質勘察工作為例，一是要對現場地質、水文數據信息進行詳細分析，二是要檢查工程地基結構、施工方案等的合理性，以提高電力工程質量[1]。

1.5 建立完善的監管機制

電力行業應針對勘察設計工作制定相應的監管機制，適當提升準入門檻，避免資質較差、技術水平較低的單位擾亂市場秩序。而且，在健全監管機制的作用下，可對電力工程勘察設計全過程進行監管，確保滿足勘察綱領要求，避免出現質量不達標的情況。

2 新技術在電力工程勘察設計中的應用

2.1 3S 技術

隨著計算機技術以及各種探測傳感器的發展，3S 技術在電力工程勘察設計領域得到廣泛應用。3S技術包括遙感技術（RS）、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS），對這些技術進行綜合利用可對勘察設計數據展開全面分析，達到優化電力線路路徑設計、縮短勘測設計工期、減少成本投入等目的。

2.1.1 遙感技術

遙感技術在電力工程勘察設計中的應用主要包括以下兩方面。一是獲取電力線路基本信息，在方案設計過程中，相關人員可通過遙感技術獲取地形地貌、河流分布等基礎地理信息，明確現有電力線路鋪設情況，為定線定位設計提供參考。二是優化電力工程線路，相關人員可通過信息處理平臺處理遙感圖像信息，對經濟因素、安全因素等進行綜合對比，選擇最優的電路工程線路。相較于傳統勘測手法，遙感技術可以有效克服現場惡劣環境的影響，可高效繪制地圖，直觀全面地獲取圖像信息，為電力工程中地質判斷、線路選擇提供參考。

2.1.2 GPS 技術

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GPS 技術在電力工程勘察設計中的應用主要包括以下兩方面。一是實現對國家控制點的檢測與應用，GPS 測量可克服通視條件和距離阻礙，最大限度提升國家控制點檢查的精度和可靠性。點間距離檢核的方法主要有兩種，分別是解算GPS 觀測值再得到點間弦長以及通過國家控制點坐標成果反算GPS 觀測值。

二是控制投影變形處理，廠區GPS 控制測量往往需要與國家坐標高程系統等進行聯系，但測量期間正形投影會產生一定的投影變形，因此可通過GPS 控制測量投影變形，提高測量工作精度。總的來看，GPS 技術在電力工程勘察設計中的應用可提供空間參考基準，實現電力工程空間地理數據的采集與更新，起到優化電力線路輔助設計的作用。

2.1.3 GIS 技術

利用GIS 技術可以建立電力線路信息平臺，為電力線路規劃與路徑選取提供便利，同時可實現數據融合、空間圖形數據操作以及傳輸快速響應的一體化。而且，基于GIS 領域，通過GIS 操作模式還可以實現海量數據存儲、管理和分發，相關人員可對電力工程勘測設計各項信息進行快速查詢與分析，并實現專題地圖制圖輸出。

2.2 探地雷達技術

探地雷達技術用于探測地下目標的一種無損探測技術，具有速度快、分辨率高、操作便捷、成本低等優勢。將該技術應用于電力工程勘察設計領域可有效為現有的行業困難和技術問題提供解決方案。在當前的電力工程中，輸電線路選線已經不局限于平原、丘陵地區，若工程現場地形條件比較復雜且鉆機難以達到目標塔位，就可以利用探地雷達技術進行探測分析，獲取電力工程數據信息并結合鉆機加以驗證，起到縮減工期、節約成本的作用，進而在電力工程勘察設計中發揮重要價值。

探地雷達技術為利用高頻電磁波雷達對探測區域進行深度掃描，獲取地下待測物質及其周邊物質相關信息，判斷其中存在的電磁差異。該技術原理是地下待測物質可以接收波段脈沖波并進行一定的波段反射，探地雷達對波段反射進行收集、分析，得到地下待測物質的具體數據。

在應用探地雷達技術的過程中，可通過由脈沖反射波形成的雷達圖反映出電磁波傳遞路徑、強弱情況等內容，相關人員可根據圖像變化調整處理方法，并依據雷達圖波程、波頻信息探測地下管線位置，為電力工程勘察設計提供參考。采用探地雷達技術進行數據處理與地震數據處理具有一定相似性，皆為增益處理、帶通濾波等普遍技術與二維濾波、反褶積等深度處理方法的結合，隨著神經網絡技術的發展，可進一步優化探地雷達技術在電力工程勘察設計中的應用效果。

探地雷達技術在電力工程勘察設計中的應用較為廣泛，以干擾探測為例，相關人員需要獲取不同干擾體的地下異常信息，進而采取對應的處理措施。

2.2.1 山體干擾

對某位于山地丘陵地區的電力工程進行數據采集，受垂直山體影響，導致山體干擾數據剖面圖存在大面積強振幅干擾波形，如圖1所示。

圖1 山體干擾數據剖面圖

根據視速度公式對其進行測算，公式表示為：

其中，θ 表示的是山體與測線夾角，測線夾角為90°；c 表示的是電磁波空氣傳播速度，經計算得到v=0.15m/ns，該計算結果與實際情況一致，因此可確定為山體干擾。值得注意的是，電磁波空氣傳播速度要明顯小于地下介質傳播，因此會表現出更為劇烈的干擾振幅，從而對地下有效信息的反映及獲取造成一定干擾。

2.2.2 架空線路干擾

在架空線路下設置測線，當測線與架空線路垂直時，可以得到相應的架空線路干擾數據剖面。該剖面呈現出雙曲線弧形，結合公式（1）進行計算，可以得到介質傳播速度為v=0.3m/ns，同時表面出現劇烈的振幅，因此可以判斷為是架空線路反射引起的干擾現象。通常情況下，在開展電力工程勘察設計的過程中，高等級架空線路涉及的線路較多，與更多相位數關聯；民用照明涉及的線路較少，關聯相位數也少，在設置多個架空線路后，會產生較為嚴重的弧形干擾，從而對有效信息的獲取造成不利影響。

2.2.3 電線桿干擾

當測線與若干電線桿平行時也會產生相應的干擾問題。電線桿干擾數據剖面與架空線路干擾數據剖面存在一定的相似性，且計算得到介質傳播速度為0.3m/ns，振幅較強，因此可以判斷為是電線桿反射引起的干擾現象。然而在實際電力工程勘察設計中，兩種干擾也存在一定差異。一是架空線路多為多根高壓線且產生多組高壓弧形，相較之下，電線桿弧形數量與影響范圍有限；二是由于二者采用的材質不同，形成的弧形也有一定差異，一般來說電線桿弧形相對較小；三是架空線路可引發多次振蕩。

2.3 面波技術

面波技術全稱為多道瞬態面波勘察技術，作為一種新型物探技術在電力工程勘察領域得到廣泛應用。多道瞬態面波勘察技術利用頻散特性，可為電力工程地質問題提供解決方案。近年來，隨著相關研究的持續深入，該技術被更多應用于滑坡、斷裂帶等不良地質體的探測中，為大量電力工程面波勘察工作的開展提供技術支持。

以某高壓輸電線路工程為例，工程現場經過山區、厚角礫層，存在軟弱夾層問題，為獲取塔基地層信息，相關人員通過多道瞬態面波勘察技術輔以坑探手段展開地質勘察。工程現場使用SWS 型面波儀，其技術原理是在彈性分界面處產生面波并沿界面傳播。其表現特性主要包括以下幾方面：一是均勻介質條件下，面波傳播速度與振動頻率無關，且表現出頻散特性。二是面波在多層介質中表現出明顯的頻散特性。而且，在面波波長一致的情況下，可以反映地質條件的水平方向變化；在面波波長不一致的情況下，可以反映地質條件的不同深度垂直方向變化。通過設置檢波器可對面波傳播過程進行檢測，相鄰道長度下面波傳播速度公式表示為：

其中，VR表示的是面波傳播速度；Δx 表示的是道間距；Δt表示的是相鄰檢波器記錄的面波時間差；f 表示的是面波頻率；Δφ 表示的是相位差。

3 新技術在電力工程勘察設計中的應用實踐與效果分析

3.1 工程概況

本工程項目為電力隧道工程，為提高勘察數據獲取的準確性與可靠性，項目開始期間以解決以往工程難題為著力點，加強了對先進技術的創新與應用，在3S 技術等的支持下，為勘察設計工作提供支持。本工程施工內容以隧道施工為主體，隧道全長為167m，埋深10±0.3m，地下水位埋深為8.6～9.1m。經過現場地質勘察，工程現場淺部地層分布情況見表1。

表1 電力隧道施工淺部地層分布情況

3.2 常見問題

我國電力工程建設方面起步相對較晚，電力工程勘察設計技術水平也比較落后。因此，對于電力隧道工程項目來說，往往面臨一定問題影響工程勘察設計質量。首先是勘察設計質量水平較低。一方面工程中可采用的技術手段相對落后，難以滿足勘察精準度與及時性要求；另一方面，部分勘察設計單位為降低預算未對勘察設計項目進行復核，導致勘察設計質量降低。

3.3 解決措施

針對上述問題，本工程計劃引入先進新技術為電力隧道工程提供支持。通過GIS 技術、探地雷達技術等獲取地質信息。經技術探測，電力隧道工程現場土層充填物以砂土為主混有少量礫石，含量約為30%。同時，根據電力工程規定及施工方法要求，設計人員對工程地質、水文條件、隧道寬度、埋置深度等條件進行綜合分析，選擇“馬蹄型”斷面完成基礎設計并確定相應的施工技術參數。設計工作需要在勘察設計基礎上進行，在3S 技術的支持下，大幅提升了電力工程勘察數據獲取的精確性與可靠性，滿足了電力隧道工程對技術參數的精確性要求；同時相關技術的應用還可以顯著縮短數據獲取的周期，保證在短時間內完成地質數據采集，為電力工程的順利推進打下基礎。