穿礦山鐵路工程水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)估及勘查策略研究

胡文輝

（湖南省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，湖南 株洲 412000）

當(dāng)前我國鐵路工程建設(shè)發(fā)展速度不斷加快，已經(jīng)覆蓋到了我國一些偏遠(yuǎn)山區(qū)，由于偏遠(yuǎn)山區(qū)內(nèi)部受到地質(zhì)條件因素的影響，很容易造成各種不同類型的地質(zhì)災(zāi)害問題。因此，針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的防治工作受到了相關(guān)工程單位的高度重視，但是在穿礦山鐵路工程的勘查設(shè)計(jì)工作方面仍然有所欠缺。本文有效結(jié)合我國某地區(qū)一處穿礦山鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害問題展開了全面分析和研究，并且提出了針對(duì)性的勘查設(shè)計(jì)工作策略，有效避免穿礦山鐵路工程施工過程中受到地質(zhì)災(zāi)害影響造成施工安全事故。

1 工程概況

針對(duì)我國某地區(qū)一處穿礦山鐵路工程建設(shè)施工展開研究，工程施工單位在正式開始施工之前，對(duì)施工區(qū)域的山區(qū)地質(zhì)條件狀況進(jìn)行了分析，該工程施工段兩側(cè)地勢(shì)差異相對(duì)較大，地面標(biāo)高范圍在50m～1200m之間，地形地貌以及地質(zhì)條件構(gòu)成相對(duì)比較復(fù)雜，屬于比較典型的復(fù)雜鐵路工程。如圖1所示，該穿礦山鐵路工程總施工長(zhǎng)度為240km，其中包含了隧道工程80座共120km橋梁，同時(shí)還包含了70km的橋梁工程。由于施工線路地形地貌條件比較復(fù)雜，受到地質(zhì)條件因素的影響比較明顯，隧道工程施工不良地質(zhì)條件分布非常廣泛，因此在工程勘查設(shè)計(jì)工作階段，通過使用測(cè)繪物探勘探以及礦井易燃?xì)怏w檢測(cè)等多種方法來進(jìn)行勘查。通過隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)方法，最大限度上消除穿礦山鐵路工程施工沿線地質(zhì)災(zāi)害所產(chǎn)生的影響[1]。

2 勘查設(shè)計(jì)階段預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害策略

2.1 巖溶地段工程類型的選擇

本次山區(qū)鐵路工程位于一處低洼的山谷當(dāng)中，出露面積相對(duì)較大，同時(shí)該山區(qū)自然環(huán)境雨水充沛氣候宜人，為巖溶發(fā)育提供出了良好的外在和內(nèi)在條件。該地區(qū)組成巖溶谷地等微地貌條件相對(duì)較多，并且在溶洞樹景露水景等景觀形式大量存在。在最近幾年的發(fā)展過程中，隨著我國城市化建設(shè)發(fā)展速度不斷加快，工礦企業(yè)數(shù)量正在不斷上漲，人為性活動(dòng)日漸頻繁。當(dāng)?shù)貐^(qū)域的地表水無法滿足人們的日常生活需求，因此開始大量開采地下水造成地下水環(huán)境和地質(zhì)條件逐漸惡化。在本次山區(qū)鐵路工程的地質(zhì)災(zāi)害勘查設(shè)計(jì)工作中，巖溶病害明處理相比于暗處理更加簡(jiǎn)單，同時(shí)路基位于地表問題處理更加方便。該巖溶長(zhǎng)隧道經(jīng)過多個(gè)溶蝕洼地，很容易出現(xiàn)地下突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害，如圖2所示，在本次穿礦山鐵路工程施工過程中有效調(diào)整了線路平面和縱斷面，以路基中方案為主隧道施工方案設(shè)計(jì)以200m～400m的短隧道設(shè)計(jì)為主，大大降低了巖溶地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的可能性[2]。

2.2 采空區(qū)礦層結(jié)構(gòu)勘查

在穿礦山鐵路工程到沿線施工過程中經(jīng)常會(huì)遇到礦層采空區(qū)域，原則上來講需要以繞行為主，但是通過對(duì)該穿礦山鐵路工程沿線地質(zhì)勘查分析之后發(fā)現(xiàn)，本段地層條件走向和限位成大角度相交，涉及線路施工長(zhǎng)度達(dá)到了10km以上，要想完全繞過礦層采空區(qū)玉和限位的整體走向出現(xiàn)偏差，所需要付出的代價(jià)相對(duì)較大。相關(guān)工程勘查和設(shè)計(jì)工作人員，通過大量測(cè)繪工作，沿著施工線路總共設(shè)置出了三條縱向和橫向的物探勘測(cè)線路，并且以20m～30m左右設(shè)置出相應(yīng)的勘測(cè)點(diǎn)位，僅有一個(gè)鉆孔標(biāo)高范圍在155.5m～160.3m之間處于踩空區(qū)域的巷道結(jié)構(gòu)之上，在其他的鉆孔檢測(cè)過程中并沒有發(fā)現(xiàn)采空區(qū)域，如圖3。因此設(shè)計(jì)工作人員認(rèn)為該段局部區(qū)域存在小規(guī)模的礦層采空區(qū)，在原有的設(shè)計(jì)限位至上進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)估和預(yù)測(cè)工作，是該段勘查設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)內(nèi)容。

圖3 采空區(qū)結(jié)構(gòu)

針對(duì)上述問題對(duì)鐵路穿過礦區(qū)周邊地質(zhì)條件進(jìn)行了全面調(diào)查和分析，并且在鐵路的沿線附近露天礦采取礦樣進(jìn)行易燃?xì)怏w含量分析。針對(duì)隧道的地質(zhì)條件進(jìn)行鉆孔測(cè)試，重點(diǎn)針對(duì)井下易燃?xì)怏w的壓力進(jìn)行測(cè)試以及現(xiàn)場(chǎng)的吸收和排放測(cè)試。通過實(shí)地工作勘查發(fā)現(xiàn)在隧道沿線的10km范圍之，并沒有存在任何的礦山進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)通過隧道工程地質(zhì)勘探工作，總共取得了12個(gè)易燃?xì)怏w樣本，將收集到的每一樣使用樣品筒進(jìn)行封裝，然后進(jìn)行后續(xù)的樣品分析和測(cè)試工作。

相關(guān)工作人員通過鉆孔事項(xiàng)分析之后得出，在干燥基條件下，易燃?xì)怏w的含量最大值達(dá)到了0.3cm3/g·r。由此可以看出，在純天然條件下每一層內(nèi)部的相對(duì)易燃?xì)怏w含量需要控制在0.3cm3/gt。經(jīng)過相關(guān)工作人員的詳細(xì)計(jì)算得出，隧道內(nèi)部絕對(duì)的瓦斯排出量分別為0.05m3/min～0.336m3/min。由于在本次隧道路間設(shè)計(jì)標(biāo)高范圍在150m～152m之間，因此在礦層的埋深范圍上在7.5m～96.6m之間，其中礦層淺埋屬于風(fēng)氧化內(nèi)礦層，內(nèi)部的易燃易爆氣體含量相對(duì)較低。通過實(shí)際的勘探鉆孔結(jié)果分析和觀測(cè)，該礦層結(jié)構(gòu)內(nèi)部可采礦層的光澤度較低地層結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單同時(shí)具有明顯的條帶狀，具有明顯的擠壓特性。礦層內(nèi)部的次生結(jié)里面相對(duì)較多，同時(shí)結(jié)里面表面存在明顯的滑皮和擦痕，礦層的結(jié)構(gòu)比較松軟，礦石很容易用手剝成小碎塊，屬于二類破壞性礦層。通過測(cè)繪物探勘探以及易燃易爆氣體專項(xiàng)測(cè)試工作分析有效得出，該穿礦山鐵路工程施工區(qū)域與隧道內(nèi)部的相關(guān)易燃?xì)怏w涌出參數(shù)，通過采取通風(fēng)、超前預(yù)報(bào)等相關(guān)措施之后，可以有效預(yù)防隧道工程施工過程中，由于易燃?xì)怏w大量涌出而產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害威脅，有效保證穿礦山鐵路工程的整體建設(shè)質(zhì)量和安全性[3]。

2.3 穿礦山鐵路工程隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)

在地質(zhì)勘測(cè)階段進(jìn)行隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)工作，主要包含對(duì)水文地質(zhì)條件的調(diào)查、地球物理勘探以及深孔鉆探等大量地面調(diào)查和勘探測(cè)試工作，可以有效了解施工區(qū)域范圍內(nèi)隧道地表以下的地質(zhì)條件狀況，以勘查所得到的水文地質(zhì)條件信息參數(shù)為基礎(chǔ)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作提供出更加詳細(xì)的地質(zhì)條件資料。但是由于隧道工程屬于一種埋深于地下的隱蔽性工程，巖體工程的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件復(fù)雜多樣。由于受到巖性地層組合、地質(zhì)構(gòu)造以及地貌條件等諸多因素的干擾，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下在勘查區(qū)域范圍內(nèi)無法準(zhǔn)確獲得隧道區(qū)域的巖體地質(zhì)條件以及水文地質(zhì)條件狀況，如圖4。

圖4 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)工作中，針對(duì)穿礦山鐵路工程施工區(qū)域所遇到的斷層結(jié)構(gòu)破碎帶溶洞以及暗河等地質(zhì)條件進(jìn)行要全面勘查和分析，這些不良地質(zhì)條件會(huì)直接影響到整個(gè)隧道工程施工質(zhì)量，同時(shí)會(huì)存在嚴(yán)重的塌方、突水等潛在性地質(zhì)災(zāi)害問題，如果沒有進(jìn)行針對(duì)性處理很有可能會(huì)造成嚴(yán)重的施工事故，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在隧道工程的建設(shè)施工當(dāng)中，通過采取針對(duì)性的施工方案，不良地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全面判斷和分析，有效做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)工作，降低工程施工造價(jià)存在的盲目性，消除穿礦山鐵路工程施工過程中存在的各種安全隱患，提高工程施工單位的施工效率和質(zhì)量。

在針對(duì)本次穿礦山鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害勘查設(shè)計(jì)工作中，針對(duì)每一座隧道都進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)工作，根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度進(jìn)行分級(jí)分析和處理，同時(shí)對(duì)其中存在的地質(zhì)條件問題和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行總結(jié)擬定出了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方案，其中重點(diǎn)包含了分段預(yù)報(bào)，工作內(nèi)容預(yù)報(bào)，工作方法，以及組合技術(shù)要求等。在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)工作中，通過采取物探、緊跟動(dòng)態(tài)調(diào)整分級(jí)水文監(jiān)測(cè)等多種方法來加以開展，同時(shí)提出了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作方案的動(dòng)態(tài)化調(diào)整工作要求[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，在穿礦山鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害問題勘查和設(shè)計(jì)工作中，必須要對(duì)施工區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)條件狀況、環(huán)境狀況以及外部其他影響因素進(jìn)行綜合勘查和分析。尤其是針對(duì)隧道施工段，必須要有效做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)工作，并且對(duì)其中的設(shè)計(jì)工作方案進(jìn)行總結(jié)，全面提高工程地質(zhì)災(zāi)害勘查設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效果，為后續(xù)的穿礦山鐵路工程建設(shè)和施工打下良好的基礎(chǔ)。