工程地質(zhì)剖面中偏移鉆孔的利用方法探討

萬曉鋒

（1.西安建材地質(zhì)工程勘察院有限公司，陜西 西安 710003；2.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003）

1 概述

工程地質(zhì)剖面是根據(jù)工程需要，在工程區(qū)域內(nèi)地表某方位獲取一條剖面線，以該剖面線上的工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探、室內(nèi)試驗(yàn)等綜合地質(zhì)勘察資料為依據(jù)，劃分剖面地層，繪制分層線，標(biāo)明相關(guān)的地質(zhì)要素和符號(hào)，從而獲得該剖面地質(zhì)信息的二維圖件。地質(zhì)剖面是揭示勘探深度范圍內(nèi)的垂向地層結(jié)構(gòu)、巖體屬性特征等工程地質(zhì)信息的重要工程圖件，是地層在垂直方向上最直觀有效的表達(dá)方式。工程地質(zhì)剖面圖對(duì)系統(tǒng)地分析區(qū)域地質(zhì)情況，了解項(xiàng)目地質(zhì)信息效果顯著，正確繪制工程地質(zhì)剖面，對(duì)指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工意義重大。

2 工程地質(zhì)剖面圖繪制方法與常見問題

2.1 資料收集

工程地質(zhì)剖面可反映多方面工程地質(zhì)信息，工程地質(zhì)剖面繪制前需收集區(qū)域地質(zhì)資料、鉆孔資料、原位測(cè)試、物探成果、巖土試驗(yàn)、水文資料等，其中鉆孔資料是工程地質(zhì)剖面圖繪制的最基礎(chǔ)資料，鉆孔的位置、地層信息等資料對(duì)工程地質(zhì)剖面繪制的準(zhǔn)確性有著決定性作用。

2.2 剖面繪制方法

工程地質(zhì)行業(yè)隨著社會(huì)發(fā)展，基礎(chǔ)應(yīng)用軟件已基本成熟，工程地質(zhì)剖面圖的繪制基本已實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)化。以工程地質(zhì)勘察行業(yè)目前應(yīng)用較廣的理正軟件為例，在繪制工程地質(zhì)剖面前，需要技術(shù)人員先將工程信息、鉆孔位置、地層、水位等資料錄入理正數(shù)據(jù)庫(kù)；然后根據(jù)剖面需要，按剖面方位依次選取多個(gè)鉆孔；調(diào)用軟件剖面圖繪制功能，進(jìn)行剖面比例、標(biāo)注方式、填充方法等信息調(diào)整，而后實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)剖面自動(dòng)化生成。

2.3 軟件生成工程地質(zhì)剖面常見問題

系統(tǒng)軟件在生成剖面圖時(shí)，僅可執(zhí)行系統(tǒng)指令，不具備自主判斷功能，針對(duì)于位置信息與剖面方位重合的鉆孔，軟件繪制的剖面基本可反映工程實(shí)際情況；但在實(shí)際應(yīng)用過程中，許多工程鉆孔與工程地質(zhì)剖面并不重合，即工程地質(zhì)鉆孔相對(duì)于工程地質(zhì)剖面發(fā)生偏移，稱為“偏移鉆孔”。由于偏移鉆孔與實(shí)際剖面存在位置偏差，導(dǎo)致鉆孔的實(shí)際高程與剖面存在差異、地層信息并不一致，特別是在路線勘察（如公路、鐵路勘察）中，該問題尤為突出。因此將偏移鉆孔直接應(yīng)用于工程地質(zhì)剖面圖的繪制不符合工程實(shí)際，需對(duì)偏移鉆孔根據(jù)工程實(shí)際情況予以處理后方可用于鉆孔繪制。

3 偏移鉆孔的成因

在工程地質(zhì)勘察過程中，鉆孔布置應(yīng)以準(zhǔn)確反映勘探位置的工程地質(zhì)情況為原則。正常情況下鉆孔應(yīng)布置于勘探對(duì)象影響區(qū)域內(nèi)的合適位置，在實(shí)施過程中通過測(cè)量定位，準(zhǔn)確施鉆，以保證工程資料的準(zhǔn)確性。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鉆孔位置往往最終會(huì)發(fā)生偏離，造成鉆孔偏移的原因主要有以下3個(gè)方面：

（1）現(xiàn)場(chǎng)孔位調(diào)整。在工程勘察中，多數(shù)情況下場(chǎng)區(qū)地形地貌等條件極為復(fù)雜，受地形、構(gòu)筑物等多方面因素的影響，勘察預(yù)定點(diǎn)位往往無法直接實(shí)施工程地質(zhì)勘察工作，在不影響工程勘察質(zhì)量的前提下，工程技術(shù)人員常根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)勘探點(diǎn)位實(shí)施調(diào)整，該類情況下位置調(diào)整要考慮規(guī)范要求和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況多方面因素，偏移距離一般相對(duì)較小，該類鉆孔應(yīng)充分利用。

（2）設(shè)計(jì)調(diào)整。工程項(xiàng)目整體周期相對(duì)較長(zhǎng)，需要經(jīng)過單位自審、咨詢審查、專家審查，與政府相關(guān)部門溝通等多個(gè)環(huán)節(jié)，因此常會(huì)出現(xiàn)部分鉆孔在勘察實(shí)施階段鉆孔位置準(zhǔn)確，但后期資料整理過程中，因多方面原因?qū)е略O(shè)計(jì)變更，構(gòu)筑物位置相比于勘察階段發(fā)生調(diào)整，勘探點(diǎn)位則發(fā)生偏移。該類情況下點(diǎn)位偏移距離隨機(jī)性較大，部分勘探點(diǎn)由于偏移距離遠(yuǎn)而失去利用價(jià)值，需重新進(jìn)行補(bǔ)充勘察。

（3）規(guī)范規(guī)定設(shè)置偏移。規(guī)范針對(duì)于不同的構(gòu)筑物，勘探點(diǎn)的布置方式不盡相同；為了保證工程或構(gòu)筑物安全等，規(guī)范規(guī)定部分構(gòu)筑物鉆孔布設(shè)應(yīng)偏離構(gòu)筑物一定距離。如《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》規(guī)定，公路隧道鉆孔一般為宜沿隧道中心線，布置于洞壁外側(cè)不小于5m處，該類鉆孔應(yīng)充分利用。

4 偏移鉆孔利用的必要性

現(xiàn)階段實(shí)際生產(chǎn)過程中，工程項(xiàng)目多具有工期緊、任務(wù)重、設(shè)計(jì)變更量大、勘察利潤(rùn)空間小等多方面特點(diǎn)，鉆探工作壓縮量較大；通過合理方法，對(duì)已完成鉆孔進(jìn)行綜合利用，對(duì)避免重復(fù)鉆探，縮短勘察工期，節(jié)約勘察成本有利；同時(shí)通過合理的技術(shù)方法，利用偏移鉆孔繪制工程地質(zhì)剖面，可使得工程地質(zhì)剖面更符合工程，勘察成果更真實(shí)可靠，有據(jù)可依。

5 偏移鉆孔利用方法

5.1 鉆孔分類

工程地質(zhì)鉆孔根據(jù)地層信息，可大致分為3類：

（1）土質(zhì)鉆孔：鉆孔勘察深度范圍內(nèi)，地層均以細(xì)粒土、粗粒土以及基巖風(fēng)化物等為主，其巖土體特征如土層厚度、土體狀態(tài)等受沉積環(huán)境影響較大，地層均一性相對(duì)較差，土質(zhì)偏移鉆孔利用后的地層厚度一般與實(shí)際情況存在一定的差異。

（2）巖質(zhì)鉆孔：鉆孔勘察深度范圍內(nèi)，地層均為沉積巖、變質(zhì)巖、火成巖等。針對(duì)于巖質(zhì)地層，可充分調(diào)查區(qū)域地質(zhì)情況，分析其產(chǎn)狀、分布區(qū)域、規(guī)模等構(gòu)造信息，研究其區(qū)域分布特征，巖質(zhì)偏移鉆孔利用后成果一般與實(shí)際情況符合度較高。

（3）巖土層復(fù)合鉆孔：該類鉆孔多數(shù)情況下上部為覆蓋層，下部為巖層，但部分地區(qū)（如巖溶區(qū)）土層也可能存在于巖溶層中。該類鉆孔兼具土質(zhì)和巖質(zhì)鉆孔的特點(diǎn)，故巖土層復(fù)合偏移鉆孔利用后覆蓋層厚度存在一定偏差，巖層信息基本復(fù)合，巖層厚度部分存在差異。

5.2 利用方法分析

偏移鉆孔的利用與鉆孔的位置標(biāo)高、地貌單元、地層時(shí)代成因、巖層產(chǎn)狀等相關(guān)，主要通過“投影”的方式進(jìn)行利用，投影方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際鉆孔的地層信息等區(qū)別進(jìn)行。

（1）鉆孔實(shí)際位置與剖面線位置處于不同地貌單元或鉆孔地層為不同時(shí)代成因時(shí)，剖面圖中不可利用該鉆孔，即偏移鉆孔的利用應(yīng)以同一地貌單元、同時(shí)代成因?yàn)橄葲Q條件。

（2）土質(zhì)鉆孔在同一地貌單元內(nèi)可參照鉆孔標(biāo)高投影于剖面上。

如圖1 所示，鉆孔A 位于剖面1 外側(cè)，繪制工程地質(zhì)剖面圖時(shí)，鉆孔A 不可直接用于剖面繪制。假設(shè)鉆孔A 為土質(zhì)鉆孔，與A1、A2 均處于同一地貌單元內(nèi)，且標(biāo)高相同，則在繪制工程地質(zhì)剖面圖時(shí)，鉆孔A可投影繪制于A1、A2 位置。從工程地質(zhì)角度分析，同一地貌單元內(nèi)，在原始地形地貌條件下，同一標(biāo)高位置受風(fēng)化剝蝕影響程度大致相同，鉆孔的投影利用相比于其它方式有更高的可靠度。

圖1 土質(zhì)鉆孔A與剖面1平面位置示意圖

（3）巖質(zhì)鉆孔產(chǎn)狀水平時(shí)可參照鉆孔標(biāo)高投影于剖面上。巖質(zhì)鉆孔投影主要考慮兩方面因素：一是巖體的風(fēng)化程度；二是地層信息。風(fēng)化因素主要受標(biāo)高位置、地形地貌等因素影響；地層信息則與地質(zhì)時(shí)代相關(guān)。針對(duì)于產(chǎn)狀水平的巖質(zhì)鉆孔，在同一地貌單元、地層時(shí)代范圍內(nèi)，某一標(biāo)高上的巖層性狀基本一致，具備按標(biāo)高投影的條件，可參照土質(zhì)鉆孔，按照鉆孔標(biāo)高進(jìn)行剖面圖投影繪制。

（4）巖質(zhì)鉆孔巖層傾斜時(shí)應(yīng)通過切割剖面圖方式投影于剖面上。巖層傾斜時(shí)，鉆孔投影受鉆孔產(chǎn)狀信息及剖面方位信息影響較大，投影點(diǎn)位置考慮巖層風(fēng)化因素，宜優(yōu)先根據(jù)鉆孔標(biāo)高選取，但必須通過繪制投影點(diǎn)與鉆孔點(diǎn)剖面的方式確定投影位置的實(shí)際信息，以確保鉆孔利用的準(zhǔn)確。

如圖2所示，鉆孔A深度20m，0～10m為石炭系中風(fēng)化砂巖，10～20m為中風(fēng)化灰?guī)r，A與A1、A2標(biāo)高均相同，剖面A-A1的方位角為313°，剖面A-A2的方位角為51°，假設(shè)A-A1與A-A2的剖面長(zhǎng)度均為10m，A處巖層產(chǎn)狀為160°∠20°，則對(duì)應(yīng)的投影剖面見圖3。從投影剖面結(jié)果可以看出，A點(diǎn)針對(duì)于不同的投影點(diǎn)A1、A2，最終的投影深度有所差異，造成差異的主要原因是A點(diǎn)相對(duì)于A1、A2的方位不同。

圖2 傾斜巖層鉆孔A與剖面1平面位置示意圖

圖3 傾斜巖層鉆孔A不同方位投影結(jié)果示意圖

（5）巖土層復(fù)合鉆孔投影按照鉆孔標(biāo)高及切割剖面圖方式綜合進(jìn)行剖面投影。巖土層復(fù)合鉆孔可分為巖層水平的巖土層復(fù)合鉆孔和巖層傾斜的巖土層復(fù)合鉆孔。巖層水平的巖土層復(fù)合鉆孔可參照土質(zhì)鉆孔，采用鉆孔標(biāo)高進(jìn)行投影；巖層傾斜的巖土層復(fù)合鉆孔應(yīng)選取同標(biāo)高點(diǎn)通過切割剖面圖方式進(jìn)行投影，并在投影點(diǎn)位置繪制鉆孔覆蓋層厚度。

鉆孔位置如圖2所示，鉆孔A深度20m，0～10m為粉土，10～20m 為中風(fēng)化灰?guī)r，A 與A1、A2 標(biāo)高均相同，剖面A-A1的方位角為313°，剖面A-A2的方位角為51°，假設(shè)A-A1與A-A2的剖面長(zhǎng)度均為10m，A處巖層產(chǎn)狀為160°∠20°，則對(duì)應(yīng)的投影剖面見圖4。從投影剖面結(jié)果可以看出，A 點(diǎn)針對(duì)于不同的投影點(diǎn)A1、A2，最終的投影深度有所差異，深度差異主要于巖層有關(guān)，覆蓋層厚度基本未生變化。

圖4 巖土層復(fù)合鉆孔A不同方位投影結(jié)果示意圖

5.3 偏移鉆孔在工程地質(zhì)剖面中表現(xiàn)方式

由于偏移鉆孔投影于工程地質(zhì)剖面時(shí)，地層深度等信息可能會(huì)發(fā)生變化（圖4），因此偏移鉆孔在剖面圖中的標(biāo)注方式與常規(guī)鉆孔應(yīng)有所區(qū)別，如通過采用虛線或特殊標(biāo)號(hào)等。在選定投影位置后，應(yīng)將利用鉆孔放置于選定的投影位置上，以換算后的投影點(diǎn)地層信息進(jìn)行繪制，將原始鉆孔信息如柱狀圖等作為補(bǔ)充圖件附于報(bào)告相關(guān)位置，以保證資料的完整性。

6 結(jié)束語(yǔ)

偏移鉆孔利用是工程地質(zhì)剖面圖繪制過程中不可避免的問題，針對(duì)于不同的地質(zhì)情況，選用合適的鉆孔投影方法，對(duì)確保工程地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性意義重大。由于實(shí)際工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，通過合理的鉆孔利用也只能近似反映勘探區(qū)域地質(zhì)信息，并非剖面區(qū)域內(nèi)地層情況的完全真實(shí)反映，因此工程地質(zhì)勘察過程中，應(yīng)注重鉆孔資料的收集及鉆孔位置的核實(shí)，綜合利用多種勘察方法輔助驗(yàn)證，以保證成果資料的可靠性，更好的指導(dǎo)工程建設(shè)。