隧道復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖土工程勘察與評(píng)價(jià)研究

項(xiàng) 京

（北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101）

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)工程建設(shè)發(fā)展迅速，橋梁、隧道、地下工程層出不窮，其中隧道工程在礦業(yè)建設(shè)中更為常見(jiàn)。本文總結(jié)了巖土勘察常用的方法、工程評(píng)價(jià)內(nèi)容及注意事項(xiàng)，以期提供系統(tǒng)的巖土勘察理論，對(duì)隧道工程勘察具有一定的指導(dǎo)意義和借鑒作用。

1 巖土工程勘察常用方法概述

巖土工程勘察手段較多，包括鉆探、物探、地質(zhì)調(diào)查等方法，具體分析如下。

1.1 探地雷達(dá)探測(cè)法

在巖土工程勘察過(guò)程中，經(jīng)常使用到的勘察方法便是探底雷達(dá)探測(cè)法，礦脈的形成與復(fù)雜多變的地殼活動(dòng)相關(guān)，因此礦山圍巖的穩(wěn)定性也處于不規(guī)律狀態(tài)，部分礦產(chǎn)位于礦山深處，這對(duì)于勘察手段的精準(zhǔn)度也有了較高的要求。借助高精度探地雷達(dá)對(duì)于礦山隧道進(jìn)行探測(cè)，能夠清楚了解到隧道不同種類(lèi)風(fēng)化層的深度和分布情況，這對(duì)后續(xù)開(kāi)采計(jì)劃的擬定有著積極地作用。探地雷達(dá)探測(cè)法在實(shí)際應(yīng)用中，其工作原理是利用雷達(dá)設(shè)備，向待測(cè)區(qū)域釋放高頻電磁波（頻率在幾十兆赫至數(shù)千兆赫），以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過(guò)天線(xiàn)T 送入地下，經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線(xiàn)R 所接收。對(duì)于反饋信號(hào)進(jìn)行處理，不同巖土性質(zhì)的土層其反饋波也存在著差異，利用此特征來(lái)明確地層性質(zhì)和分布情況，為后續(xù)開(kāi)采活動(dòng)的推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

1.2 跨孔電磁波CT法

在地質(zhì)工程勘察活動(dòng)中，跨孔電磁波CT 法也屬于常用的技術(shù)類(lèi)型，而且借助該技術(shù)繪制的成果圖，具備了較高的清晰度，能夠?qū)ΦV山巖層的分布情況進(jìn)行清晰的呈現(xiàn)，這也在很大程度上提高了設(shè)計(jì)內(nèi)容的可靠性和實(shí)用性。在跨空電磁波CT 法應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)的主要作用原理在于，在待測(cè)區(qū)域鉆取兩個(gè)探測(cè)孔，其中A 孔上架設(shè)發(fā)出裝置，對(duì)于孔內(nèi)進(jìn)行CT 波的釋放，而B(niǎo) 孔則是接收位置，對(duì)于電磁波反饋信息進(jìn)行采集。隨后將A 孔和B 孔的工作性質(zhì)對(duì)調(diào)，將采集到的所有信息內(nèi)容進(jìn)行剖析，使其能夠形成完整地測(cè)試剖面，得到可靠巖層參數(shù)信息。在數(shù)據(jù)信息采集的過(guò)程中，需要根據(jù)前期踏勘所得到的數(shù)據(jù)反饋結(jié)果，對(duì)于鉆孔間距、深度、巖體完整度進(jìn)行調(diào)整，使其能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的應(yīng)用需求，得到更加準(zhǔn)確地反饋信息。

1.3 地質(zhì)測(cè)繪法

將地質(zhì)測(cè)繪法融入到礦山隧道巖土勘察中的主要目的在于，對(duì)待測(cè)區(qū)域內(nèi)的基本參數(shù)（如地質(zhì)構(gòu)造、地形變化規(guī)律、地貌特征等）進(jìn)行采集，同時(shí)利用分析結(jié)果對(duì)巖土地貌內(nèi)容進(jìn)行合理劃分，從而為后續(xù)工作的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支持。地質(zhì)測(cè)繪法的應(yīng)用原理在于，利用巖土巖層的風(fēng)化情況，對(duì)于土層沉積土情況進(jìn)行合理處理，結(jié)合以往的勘測(cè)經(jīng)驗(yàn)，巖土體主要以松散巖土或碎屑巖夾雜碳酸鹽巖為主，這些巖土層的穩(wěn)定性不太穩(wěn)定，并且含水量相對(duì)較較高，很容易導(dǎo)致隧道內(nèi)涌水的問(wèn)題，借助地質(zhì)測(cè)繪對(duì)于整體情況進(jìn)行充分掌握，提前做好降水、排水等工作，為礦山開(kāi)采活動(dòng)的順利推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

1.4 巖層鉆探技術(shù)

在巖土工程勘察活動(dòng)中，巖層鉆探技術(shù)也屬于常用勘察方法之一，該技術(shù)的應(yīng)用原理是借助鉆機(jī)在預(yù)設(shè)點(diǎn)進(jìn)行鉆探，根據(jù)采集到巖層樣本來(lái)判斷巖層性質(zhì)、厚度等參數(shù)，屬于較為傳統(tǒng)的勘察方法?？紤]到礦山隧道中可能會(huì)存在一些松散或黏性較強(qiáng)的土層，因此為了確保樣本的采集數(shù)量，會(huì)適當(dāng)融入一些新的鉆探技術(shù)，如回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)、護(hù)壁處理技術(shù)等，在加快鉆進(jìn)速度的同時(shí)，也能夠有效提升鉆機(jī)的工作質(zhì)量。對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)性整理，并且對(duì)于樣本的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，繪制曲線(xiàn)圖，為開(kāi)采計(jì)劃的擬定提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

1.5 室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)

雖然室內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)較短，但是目前已經(jīng)在巖土工程勘察中得到了很好地應(yīng)用。為了確保試驗(yàn)結(jié)果的客觀性和可靠性，在實(shí)際處理的過(guò)程中，需要合理選擇與區(qū)域巖土性質(zhì)一致的巖土樣品。而且在選擇巖土樣品時(shí)，也需要維持樣品的初始形狀，利用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)完成巖土性質(zhì)的分析工作，并且在實(shí)驗(yàn)室的模擬環(huán)境中，還可以借助環(huán)境來(lái)模擬礦山隧道施工過(guò)程中，圍巖壓縮情況、地下水壓力變化情況等內(nèi)容，提前你定好相應(yīng)的處理措施，同時(shí)也積累了較多的數(shù)據(jù)信息，為礦山隧道活動(dòng)的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

1.6 原位測(cè)試技術(shù)

除了之前提到的勘察技術(shù)以外，在巖土工程勘察過(guò)程中，原位測(cè)試技術(shù)也屬于勘察過(guò)程中常用方法。在該技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，需要做好調(diào)零的相關(guān)工作，而且還需要對(duì)外界溫度、濕度等內(nèi)容做好均衡化處理，避免這些因素干擾到檢測(cè)結(jié)果。該技術(shù)在應(yīng)用中的原理在于，利用裝置上的液壓靜力觸探探頭，對(duì)于待測(cè)區(qū)域內(nèi)受力情況進(jìn)行采集，根據(jù)受力分析情況來(lái)判斷區(qū)域土層的分布情況和基礎(chǔ)參數(shù)。需要注意的是，在落錘自由落體的過(guò)程中，需要對(duì)初始速度進(jìn)行控制，同時(shí)做好清孔操作，從而提升方法的應(yīng)用效果，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

2 巖土工程勘察的評(píng)價(jià)內(nèi)容

2.1 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

在巖土工程勘察評(píng)價(jià)過(guò)程中，巖土物理力學(xué)指標(biāo)屬于基礎(chǔ)性評(píng)估內(nèi)容，在指標(biāo)評(píng)估之前，會(huì)借助室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)、原位測(cè)試技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)對(duì)于作業(yè)區(qū)域的基本資料進(jìn)行采集，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的幫助下，順利完成指標(biāo)整理工作，得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。將評(píng)估后的資料和《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中標(biāo)注的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，從而判斷出礦山隧道巖土層物理力學(xué)指標(biāo)的合規(guī)性，針對(duì)相互之間的差異性，搭配超前支護(hù)、濕噴混凝土等技術(shù)手段進(jìn)行隧道施工處理，從而起到改善力學(xué)指標(biāo)的作用。

2.2 洞身圍巖地質(zhì)情況

從目前的分類(lèi)情況來(lái)看，通常情況下，會(huì)將洞身圍巖地質(zhì)的強(qiáng)度等級(jí)分為1 到5 個(gè)等級(jí)，其中1 級(jí)圍巖性質(zhì)最穩(wěn)定，5 級(jí)則屬于軟弱圍巖，性質(zhì)非常不穩(wěn)定，若施工過(guò)程中存在錯(cuò)誤操作，很容易引起隧道坍塌的安全事故。對(duì)此，利用工程地質(zhì)勘察方法對(duì)于洞身圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行資料采集，按照相應(yīng)規(guī)范對(duì)于洞身圍巖的種類(lèi)、分布、厚度等參數(shù)進(jìn)行確定，針對(duì)不同等級(jí)圍巖擬定相應(yīng)的處理措施，從而營(yíng)造出更加安全可靠的開(kāi)采環(huán)境。

2.3 隧道穩(wěn)定性

在對(duì)礦山隧道進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，隧道穩(wěn)定性也是重要的評(píng)價(jià)內(nèi)容之一，在穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)中，包括了形變量、用水量、應(yīng)力分布情況、裂隙參數(shù)等，這些內(nèi)容也是在前期需要做好借助可靠的勘察技術(shù)對(duì)于作業(yè)區(qū)域的基本資料進(jìn)行采集，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的幫助下，順利完成指標(biāo)整理工作，得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。由于礦山隧道內(nèi)部環(huán)境的復(fù)雜性，因此在實(shí)際處理中，可以搭配BIM 技術(shù)、數(shù)字技術(shù)對(duì)于礦山三維模型進(jìn)行制定，這對(duì)于提高評(píng)價(jià)內(nèi)容客觀性有著重要的幫助意義。

2.4 隧道涌水情況

通常情況下，礦脈所在位置附近都存在著地下水，除了自由水形式外，還會(huì)以結(jié)合水和毛細(xì)水的形式存在。在礦山隧道施工過(guò)程中，會(huì)破壞原來(lái)的儲(chǔ)水平衡，在應(yīng)力突然增加的情況下，便會(huì)造成隧道內(nèi)涌水的情況。如果未能及時(shí)排除洞外，那么很容易影響到地質(zhì)穩(wěn)定性，對(duì)于后續(xù)開(kāi)采活動(dòng)帶來(lái)較大的負(fù)面影響。由此可見(jiàn)，對(duì)涌水量的計(jì)算和評(píng)估也是巖土工程勘察中的重要環(huán)節(jié)之一。

3 巖土工程勘察的注意事項(xiàng)

3.1 新技術(shù)設(shè)備的積極引進(jìn)

新技術(shù)設(shè)備的積極引進(jìn)，能夠加快巖土工程勘察工作的完成速度，提高勘察結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性[1]。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)中，企業(yè)也需要結(jié)合目前的預(yù)算情況和區(qū)域地質(zhì)情況，擬定合適的新技術(shù)設(shè)備采購(gòu)計(jì)劃，提升新技術(shù)設(shè)備的適用性。而且企業(yè)也不能忽略人才的培訓(xùn)工作，針對(duì)新技術(shù)設(shè)備的操作規(guī)范來(lái)進(jìn)行培訓(xùn)，從而將新技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，提高數(shù)據(jù)采集結(jié)果的實(shí)用性。

3.2 勘察人員綜合能力提升

勘察人員綜合能力提升，可以提高巖土工程勘察質(zhì)量，同時(shí)也降低了工作期間的容錯(cuò)率，提高了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。企業(yè)在日常工作中，需要做好勘察人員的技能培訓(xùn)工作，除了一些技術(shù)操作規(guī)范外，還需要做好責(zé)任意識(shí)、安全意識(shí)的培訓(xùn)，使其可以按照既定要求高效完成勘察工作。同時(shí)企業(yè)也可以推行競(jìng)爭(zhēng)上崗制度，在每季度或者每月進(jìn)行一次能力考核，不滿(mǎn)足要求的人會(huì)調(diào)離該崗位，替換儲(chǔ)備人才進(jìn)入，從而營(yíng)造良好的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境[2]。

3.3 做好基礎(chǔ)資料采集工作

做好基礎(chǔ)資料采集工作，能夠?yàn)楹罄m(xù)工作的順利推薦奠定基礎(chǔ)，這也是勘察計(jì)劃不斷優(yōu)化處理的前提條件之一。除了借助勘察技術(shù)對(duì)作業(yè)區(qū)域基本資料進(jìn)行采集外，還需要對(duì)于當(dāng)?shù)貧庀筚Y料、地質(zhì)演變資料進(jìn)行分析，這樣可以大致判斷出區(qū)域地質(zhì)的基本情況，為開(kāi)采計(jì)劃的優(yōu)化完善、加快工程項(xiàng)目開(kāi)采速度有著積極地意義。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新技術(shù)設(shè)備的積極引進(jìn)，能夠加快巖土工程勘察工作的完成速度，勘察人員綜合能力提升，可以提高巖土工程勘察質(zhì)量，做好基礎(chǔ)資料采集工作，能夠?yàn)楹罄m(xù)工作的順利推薦奠定基礎(chǔ)。

基于隧道復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，采取可靠措施做好巖土工程勘察和評(píng)價(jià)工作，對(duì)于完善施工計(jì)劃，加快工程推進(jìn)速度有著積極地意義。