探究復(fù)雜地質(zhì)條件礦區(qū)的巖土工程勘察方法

曾文超

（江西省勘察設(shè)計研究院，江西 南昌 330000）

近幾年來，我國在地質(zhì)勘測大開發(fā)方面有著戰(zhàn)略性的發(fā)展，開展礦區(qū)巖土工程勘察和環(huán)境修復(fù)工作已迫在眉睫。巖場設(shè)計是工程的重要組成部分，如礦區(qū)巖土工程勘察設(shè)計，這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計，一方面是具有中國國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計背景的設(shè)計人員，另一方面是相應(yīng)的國家規(guī)范。不能說兩者完全不相容，但兩者之間必定存在一定的差異，這將給復(fù)雜區(qū)域條件下的礦區(qū)巖土工程勘察與施工施加些許的困難和阻礙。想要突破這些問題，使得勘察人員能夠更優(yōu)質(zhì)地適應(yīng)自己的任務(wù)，地面規(guī)范體系是不可或缺的東西，也是最能夠?qū)⒖辈烊蝿?wù)向前推進(jìn)的動力和條件，這是巖土工程內(nèi)最關(guān)鍵的意義和亟待解決的問題[1-3]。

1 基于復(fù)雜地質(zhì)條件下礦區(qū)巖土工程勘察的方法

對于復(fù)雜地質(zhì)條件下礦區(qū)巖土工程的勘察技術(shù)，在我國的發(fā)展時間還比較短，一系列的相關(guān)知識不夠完善，理論體系也沒有得到廣泛運用，操作和設(shè)計的工作人員也缺少相對來說比較全面的巖土勘察經(jīng)驗和實踐，這就從根本上阻礙了我國巖土勘察技術(shù)向前發(fā)展的腳步。我國只有很小一部分的單位可以達(dá)到勘察水準(zhǔn)，剩下的相關(guān)單位測量技術(shù)大致不及格，企業(yè)的勘察技術(shù)略顯落后，調(diào)查數(shù)據(jù)往往存在嚴(yán)重的誤差。此外，還有抄襲測量數(shù)據(jù)的情況。對相關(guān)技術(shù)本身發(fā)展的不夠重視，導(dǎo)致了礦區(qū)工程建設(shè)的首先，巖土環(huán)境的影響對施工帶來了不小的影響，以至于在最大程度上造成工程使用壽命和安全的降低和削弱。

為了滿足礦山建設(shè)的巨大需求，巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用逐漸受到相關(guān)企業(yè)的重視。巖土工程勘察技術(shù)包括氣象學(xué)、巖土力學(xué)、化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科理論，復(fù)雜程度很高，需要從業(yè)人員具有豐富的經(jīng)驗，以及優(yōu)秀的實踐調(diào)查能力，才能徹底掌握這項復(fù)雜的技術(shù)。對于礦區(qū)的巖土工程勘察，以下幾項勘探技術(shù)是目前比較常見的：①探地雷達(dá)探測技術(shù)在淺層巖土勘探中具有明顯的優(yōu)勢，利用高頻脈沖電磁波進(jìn)行地質(zhì)探測，有效顯示地下介質(zhì)的層數(shù)分布，此檢測技術(shù)無污染損傷、時間短精度高、對相關(guān)技術(shù)要求低、無需復(fù)雜的人工流程，具有較高的實用性。②CT檢測技術(shù)比較新穎，最近才開始在國內(nèi)展露，其通過對地震波的接收檢測進(jìn)行成像分析，有效利用地震波的激發(fā)點和接收點進(jìn)行綜合分析，根據(jù)地震波形態(tài)的變化進(jìn)行監(jiān)測，具有較高的準(zhǔn)確性和實時性。③TSP探測技術(shù)經(jīng)過了相對優(yōu)化，通過軟硬件的組合進(jìn)行檢測，依靠深度偏移成像方法進(jìn)行測量，具有精度高的抗環(huán)境干擾能力，遙測能力強，可以大大降低對環(huán)境的影響。

根據(jù)上述內(nèi)容結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)條件下巖土工程勘察的特點，從巖石找礦、地基、擋土處理和地基結(jié)構(gòu)四個方面開展了復(fù)雜地質(zhì)條件下礦區(qū)巖土工程勘察方法。礦區(qū)巖土工程勘察在復(fù)雜地質(zhì)條件下，比較的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵在于解決巖土勘察中的問題，其主要問題之一就是參數(shù)來源。巖石勘探涵蓋了勘探總體、原始定位試驗、巖石分類和室內(nèi)實試等，分析在復(fù)雜地質(zhì)條件下的標(biāo)準(zhǔn)中勘探分區(qū)的差異。針對巖石主體設(shè)計所需參數(shù)，從試驗原理、方法、精度等方面評價同一參數(shù)在巖土工程規(guī)范中的差異，并評價同一參數(shù)在不同規(guī)范體系中的可替代性。即根據(jù)一個范數(shù)得到的相同參數(shù)是否適用于另一個范數(shù)。具體如圖1所示。

圖1 礦區(qū)巖土工程勘察技術(shù)路線圖

地質(zhì)條件礦區(qū)的巖土工程勘察又稱為GIS勘察，這種勘察技術(shù)主要通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對比的方法來完成，有效篩選出勘察過程中偏差較大的數(shù)據(jù)，從而提高勘察準(zhǔn)確性。這種勘察技術(shù)有利于地質(zhì)數(shù)據(jù)的輸入與儲存，增強了礦區(qū)巖土工程勘察的專業(yè)性及實用性。巖土設(shè)計中涉及的止巖參數(shù)比較復(fù)雜，從試驗中直接獲得的參數(shù)到最終設(shè)計的參數(shù)，往往需要設(shè)計多個參數(shù)的轉(zhuǎn)換。工程造價比例涉及到材料、人工、機械等方面的定價，比例比較復(fù)雜。埋深越大開采深度越大，變形向地表延伸的時間越長，地表變形值越小變形平緩均勻，但地表移動盆地的范圍增大。厚度越大采空區(qū)增加的地表變形值越大，若北面礦層總厚度大于南面，則地表變形值也大于南面。當(dāng)?shù)V體不直立時，其傾斜角越大水平移動值越高，地表裂縫出現(xiàn)的可能性越大，凹陷盆地和采空區(qū)的位置越不規(guī)則。當(dāng)覆巖強度高且礦層較厚時，地表變形所需采空區(qū)大，破壞過程耗時更長。厚硬巖層長時間不產(chǎn)生地表變形，強度低巖層薄，往往產(chǎn)生較大的表面變形，而且速度快變形不均勻，表面一般不出現(xiàn)裂縫。脆性巖石的表面容易產(chǎn)生裂紋，厚且塑性大的軟巖層覆蓋硬脆巖層，后者的破壞會被緩沖或被前者覆蓋，使表面變形平緩。反之，覆巖軟弱層較薄表面變形較快，并容易出現(xiàn)裂紋，當(dāng)巖層為軟硬相間，傾角較大時接觸點處往往會出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

這個地方采用了一種互聯(lián)反射的方法，即通過設(shè)置相同的條件，按照部分規(guī)范可以獲得較好的工程特性。也就是說，這部分標(biāo)準(zhǔn)在經(jīng)濟(jì)上更好體現(xiàn)。隨著計算機的快速發(fā)展該技術(shù)最初主要用于礦產(chǎn)資源的勘探，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探。隨著數(shù)據(jù)系統(tǒng)的不斷完善，礦區(qū)巖土工程勘察技術(shù)也變得越來越成熟，使用頻率也越來越高。礦區(qū)巖土工程勘察技術(shù)的發(fā)展具有很大的必然性，在進(jìn)行巖土勘察的同時，還可以共享地質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息，對于我國地質(zhì)勘察工程的發(fā)展具有重大意義。

現(xiàn)場勘察最注重的就是質(zhì)量問題，為保證現(xiàn)場資料的準(zhǔn)確和及時，在勘察開始之前要對每一位勘察操作技術(shù)管理人員進(jìn)行技能和質(zhì)量安全方面的內(nèi)容培訓(xùn)。要求鉆機材料在開始之前必須是齊全的，不齊全要進(jìn)行相應(yīng)的補全。樣品要及時打孔，打孔之后再進(jìn)行其余補充。樣品密封后要第一時間送區(qū)實驗室做化驗，且密封要求要嚴(yán)格按照規(guī)章制度進(jìn)行，以此來確保物理指標(biāo)的準(zhǔn)確無誤。應(yīng)測量并記錄每孔的巖面和最終孔深，對復(fù)雜地貌的分布規(guī)模做出準(zhǔn)確的形態(tài)掌握。在本次調(diào)查中為更方便看清底層構(gòu)造所以進(jìn)行三孔樁，嚴(yán)格組織室內(nèi)數(shù)據(jù)調(diào)查報告，在國家規(guī)定深度要求下執(zhí)行一系列強制性規(guī)定。對一個明確的目標(biāo)提出適當(dāng)?shù)囊庖?，而不是籠統(tǒng)參數(shù)提出，想要數(shù)據(jù)準(zhǔn)確就不能采取估算的結(jié)果。為了確證工程勘察質(zhì)量，給出最準(zhǔn)確的地質(zhì)條件數(shù)據(jù)，調(diào)查結(jié)果應(yīng)由總工程師去審查。在水平方向上進(jìn)行了巖石?？?、種植基礎(chǔ)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地基處理，并強調(diào)了巖石測量與其他部分的關(guān)系。從數(shù)據(jù)試驗結(jié)果、中間參數(shù)和最終設(shè)計等方面，對在巖體縱向切入的參數(shù)轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行對比研究。

2 對比實驗

2.1 實驗準(zhǔn)備

在我國，目前還沒有相對完善的地質(zhì)勘探體系，畢竟發(fā)展的時間較短，還沒有形成具體的流程。再加上各個國家對于地質(zhì)勘探技術(shù)都是呈保守狀態(tài)，畢竟會牽扯到國家利益的層面，所以要小心謹(jǐn)慎一些。可隨著社會的發(fā)展，國內(nèi)外一體化是不可扭轉(zhuǎn)的局勢，這也就意味著勘探技術(shù)的交流要跨越國際跨越一切鴻溝，這就使我國在復(fù)雜地質(zhì)條件下的勘探技術(shù)必須要制定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，才能實現(xiàn)一定意義上的飛速發(fā)展。施工前應(yīng)編制勘察方案，勘察方案的內(nèi)容要齊全，勘察的目的和要求要設(shè)計的明確具體，對應(yīng)的施工方案要具有一定的合理性?？碧饺蝿?wù)的安排要規(guī)范，不能急于求成，不能因為種種原因沒有明確目標(biāo)就盲目妥協(xié)?？碧介_始后要對勘測大綱進(jìn)行審批，在勘測時應(yīng)嚴(yán)格按照測量大綱指導(dǎo)進(jìn)行，不能在勘探開始之后就忽視大綱規(guī)章。因采動影響引起的地面變形、開裂、下沉等現(xiàn)象屬一綜合移動，巖移力量影響很大。據(jù)煤礦生產(chǎn)技術(shù)科提供的資料，巖移甚至可把預(yù)留的寬的煤柱壓碎，最終導(dǎo)致地面大幅度塌陷。隨著該礦陡傾斜煤層繼續(xù)向深部開采，地面塌陷的影響深度和影響范圍將不可避免地會越來越大。

在某地區(qū)進(jìn)行了對比試驗，設(shè)立的勘探孔一共有三個，分別是k1、K2、K3，其勘察孔的下探深度相同，下探位置由3個不同的層面組成，其每一層的厚度相近但不相同，由此可以觀測出一個更為直白客觀的數(shù)據(jù)，可以使此次實驗更有說服性，土層與土層之間保證各層厚度分布勻稱，具體參數(shù)如以下表1所示。

表1 各勘察孔的底層厚度分布表

由上表可知，結(jié)合規(guī)定有不同的處理方法有著不一樣的數(shù)值，想要計算出最終的沉降量，就必須對荷載植長和土層勘察厚度等一系列數(shù)據(jù)作出研究。

通過對復(fù)雜地質(zhì)條件下礦區(qū)巖土工程勘察地層厚度資料的分析，認(rèn)為該地層為均質(zhì)地層。因此，根據(jù)Li（1，2，3）可確定第1層土壤的平均厚度，同一樣品可得到第2層和第3層的高度。國內(nèi)規(guī)則對于偏載時，荷載作用下的基礎(chǔ)應(yīng)力的計算，一般采用等效應(yīng)基礎(chǔ)應(yīng)力法，即基礎(chǔ)應(yīng)力力和受力距離，如基礎(chǔ)力和受力距離的組合，根據(jù)平均層厚確定樁的極限承載力，進(jìn)而得到樁力的設(shè)計值。

沿建筑軸線謹(jǐn)慎安置勘探點，點與點之間的距離不要在規(guī)范之內(nèi)。預(yù)定深度可能影響地基穩(wěn)定性，應(yīng)在洞底基巖表面下鉆孔不小于2m。必要時應(yīng)劃定范圍，以一柱一樁的基礎(chǔ)布置勘探孔。在土洞及塌陷發(fā)育區(qū)可采用靜貫入、輕動力貫入和小直徑鉆孔等方法，要詳細(xì)查明分布斷層、巖石組構(gòu)邊界、井距、井形、沉降等影響因素。巖土勘察工作的質(zhì)量直接影響到礦山工程建設(shè)的質(zhì)量和效果，所以在勘察過程中必須注意每一個步驟，準(zhǔn)確記錄探測過程，在施工過程中嚴(yán)格分析和落實記錄數(shù)據(jù)。有效的質(zhì)量管理體系可以提高員工的質(zhì)量意識，提高施工和檢測技術(shù)規(guī)范的程度，有利于責(zé)任的落實。管理制度要明確相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)和勘察方案，使每項工作“有根有據(jù)”，保證巖土勘察工作的有序開展。

圖2 巖土工程中厚度與荷載關(guān)系

2.2 實驗結(jié)論

根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)的巖土工程勘探要求安排勘察工作，在土穴和塌方段，在已經(jīng)開挖的基礎(chǔ)槽內(nèi)放入探頭或釬焊探頭進(jìn)行勘察。嵌巖樁內(nèi)要依次安置勘探點，尤其是大直徑的樁內(nèi)更需如此，勘探要求深度不小于4.5m，大概距離是樁徑底部向下2.5倍左右，相鄰兩個樁之間的底基存在起伏，做些加深會更加合適。為了快速、準(zhǔn)確地識別復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，各種方法的綜合應(yīng)用和優(yōu)化是必要的，特別是不同物探方法與物探、鉆探的結(jié)果配合顯得特別關(guān)鍵。物理勘探的時間越短，鉆探結(jié)果便可以削弱其工作時長，縮短勘探所花費的時間。此外，物探技術(shù)和設(shè)備在快速地更新?lián)Q代，精度得到了大幅度的提高。

有關(guān)單位要注重技術(shù)人員能力的培養(yǎng)，注重他們先進(jìn)思想的培養(yǎng)，使他們適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的趨勢。對于新興的技術(shù)和方法要及時學(xué)習(xí)和掌握，如數(shù)字化綜合應(yīng)用、基于GIS的數(shù)字化調(diào)查技術(shù)、培養(yǎng)樣本人員在概念過程中，還應(yīng)注重培養(yǎng)他們使用先進(jìn)設(shè)備的能力確保全面發(fā)展。單位各方面應(yīng)注重交流溝通，相互交流信息和技術(shù)，以共同提高相關(guān)技術(shù)人員的勘察能力，從而共同提高礦山建設(shè)的質(zhì)量和水平。調(diào)查技術(shù)的研究要注重國際化，積極與國外相關(guān)人員進(jìn)行交流和研究，從而開展適合自身發(fā)展的理論和技術(shù)，保證企業(yè)和單位的長遠(yuǎn)發(fā)展。注意巖土勘察資料的整理與共享，相關(guān)工作人員應(yīng)重視勘測數(shù)據(jù)的存儲和共享，這樣可以有效地促進(jìn)巖土勘察技術(shù)的發(fā)展，便于試驗經(jīng)驗的交流和積累。有效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫可以提高巖土工程勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少工程建設(shè)過程中的障礙，相關(guān)人員的長期積累可以提高他們在地質(zhì)調(diào)查過程中處理問題的能力，使他們可以結(jié)合自己的經(jīng)驗，提高調(diào)查的效率。這樣可以積累和分享大量的實踐經(jīng)驗，有利于我國巖土勘察技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，提高我國相關(guān)單位的核心競爭力[4]。

3 結(jié)語

巖土勘察技術(shù)在探究復(fù)雜地質(zhì)的過程中起著不可替代的作用，但因為國內(nèi)勘探技術(shù)的發(fā)展時間比較晚，完善的質(zhì)量管理體系一直都是缺失狀態(tài)，相關(guān)人員在觀念技術(shù)上有一些欠缺，因此前方還存在著很長的路要走。在未來復(fù)雜地質(zhì)條件的調(diào)查中，首先是地表調(diào)查，物探、鉆探驗證必須嚴(yán)格遵循，勘探線應(yīng)盡可能與各種物探剖面線一致，以提高物探解釋和鉆探驗證的精度和效果。要確保經(jīng)驗積累和實踐交流，在時代的引領(lǐng)下不斷向前走，提高我國產(chǎn)業(yè)的競爭力，接納和學(xué)習(xí)更加先進(jìn)的儀器設(shè)備，使我國巖土勘察工作飛速發(fā)展，提高復(fù)雜地質(zhì)條件礦區(qū)的勘察能力?？傊?，在復(fù)雜地區(qū)的勘察與工程建設(shè)領(lǐng)域，還有許多理論和知識需要在今后的學(xué)習(xí)和工作中進(jìn)行研究和消化積累。