探究復雜地質條件礦區(qū)的巖土工程勘察方法

曾文超

（江西省勘察設計研究院，江西 南昌 330000）

近幾年來，我國在地質勘測大開發(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)境修復工作已迫在眉睫。巖場設計是工程的重要組成部分，如礦區(qū)巖土工程勘察設計，這些結構的設計，一方面是具有中國國內標準設計背景的設計人員，另一方面是相應的國家規(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)質地適應自己的任務，地面規(guī)范體系是不可或缺的東西，也是最能夠將勘察任務向前推進的動力和條件，這是巖土工程內最關鍵的意義和亟待解決的問題[1-3]。

1 基于復雜地質條件下礦區(qū)巖土工程勘察的方法

對于復雜地質條件下礦區(qū)巖土工程的勘察技術，在我國的發(fā)展時間還比較短，一系列的相關知識不夠完善，理論體系也沒有得到廣泛運用，操作和設計的工作人員也缺少相對來說比較全面的巖土勘察經驗和實踐，這就從根本上阻礙了我國巖土勘察技術向前發(fā)展的腳步。我國只有很小一部分的單位可以達到勘察水準，剩下的相關單位測量技術大致不及格，企業(yè)的勘察技術略顯落后，調查數據往往存在嚴重的誤差。此外，還有抄襲測量數據的情況。對相關技術本身發(fā)展的不夠重視，導致了礦區(qū)工程建設的首先，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。

為了滿足礦山建設的巨大需求，巖土工程勘察技術的應用逐漸受到相關企業(yè)的重視。巖土工程勘察技術包括氣象學、巖土力學、化學、環(huán)境科學等學科理論，復雜程度很高，需要從業(yè)人員具有豐富的經驗，以及優(yōu)秀的實踐調查能力，才能徹底掌握這項復雜的技術。對于礦區(qū)的巖土工程勘察，以下幾項勘探技術是目前比較常見的：①探地雷達探測技術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行地質探測，有效顯示地下介質的層數分布，此檢測技術無污染損傷、時間短精度高、對相關技術要求低、無需復雜的人工流程，具有較高的實用性。②CT檢測技術比較新穎，最近才開始在國內展露，其通過對地震波的接收檢測進行成像分析，有效利用地震波的激發(fā)點和接收點進行綜合分析，根據地震波形態(tài)的變化進行監(jiān)測，具有較高的準確性和實時性。③TSP探測技術經過了相對優(yōu)化，通過軟硬件的組合進行檢測，依靠深度偏移成像方法進行測量，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。

根據上述內容結合復雜地質條件下巖土工程勘察的特點，從巖石找礦、地基、擋土處理和地基結構四個方面開展了復雜地質條件下礦區(qū)巖土工程勘察方法。礦區(qū)巖土工程勘察在復雜地質條件下，比較的標準關鍵在于解決巖土勘察中的問題，其主要問題之一就是參數來源。巖石勘探涵蓋了勘探總體、原始定位試驗、巖石分類和室內實試等，分析在復雜地質條件下的標準中勘探分區(qū)的差異。針對巖石主體設計所需參數，從試驗原理、方法、精度等方面評價同一參數在巖土工程規(guī)范中的差異，并評價同一參數在不同規(guī)范體系中的可替代性。即根據一個范數得到的相同參數是否適用于另一個范數。具體如圖1所示。

圖1 礦區(qū)巖土工程勘察技術路線圖

地質條件礦區(qū)的巖土工程勘察又稱為GIS勘察，這種勘察技術主要通過對數據進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據，從而提高勘察準確性。這種勘察技術有利于地質數據的輸入與儲存，增強了礦區(qū)巖土工程勘察的專業(yè)性及實用性。巖土設計中涉及的止巖參數比較復雜，從試驗中直接獲得的參數到最終設計的參數，往往需要設計多個參數的轉換。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。當礦體不直立時，其傾斜角越大水平移動值越高，地表裂縫出現的可能性越大，凹陷盆地和采空區(qū)的位置越不規(guī)則。當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生地表變形，強度低巖層薄，往往產生較大的表面變形，而且速度快變形不均勻，表面一般不出現裂縫。脆性巖石的表面容易產生裂紋，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，并容易出現裂紋，當巖層為軟硬相間，傾角較大時接觸點處往往會出現分離現象。

這個地方采用了一種互聯反射的方法，即通過設置相同的條件，按照部分規(guī)范可以獲得較好的工程特性。也就是說，這部分標準在經濟上更好體現。隨著計算機的快速發(fā)展該技術最初主要用于礦產資源的勘探，現在已廣泛應用于地質勘探。隨著數據系統(tǒng)的不斷完善，礦區(qū)巖土工程勘察技術也變得越來越成熟，使用頻率也越來越高。礦區(qū)巖土工程勘察技術的發(fā)展具有很大的必然性，在進行巖土勘察的同時，還可以共享地質資源數據信息，對于我國地質勘察工程的發(fā)展具有重大意義。

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

2 對比實驗

2.1 實驗準備

在我國，目前還沒有相對完善的地質勘探體系，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勘探技術都是呈保守狀態(tài)，畢竟會牽扯到國家利益的層面，所以要小心謹慎一些?？呻S著社會的發(fā)展，國內外一體化是不可扭轉的局勢，這也就意味著勘探技術的交流要跨越國際跨越一切鴻溝，這就使我國在復雜地質條件下的勘探技術必須要制定規(guī)范標準，才能實現一定意義上的飛速發(fā)展。施工前應編制勘察方案，勘察方案的內容要齊全，勘察的目的和要求要設計的明確具體，對應的施工方案要具有一定的合理性。勘探任務的安排要規(guī)范，不能急于求成，不能因為種種原因沒有明確目標就盲目妥協?？碧介_始后要對勘測大綱進行審批，在勘測時應嚴格按照測量大綱指導進行，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、下沉等現象屬一綜合移動，巖移力量影響很大。據煤礦生產技術科提供的資料，巖移甚至可把預留的寬的煤柱壓碎，最終導致地面大幅度塌陷。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)進行了對比試驗，設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據，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，結合規(guī)定有不同的處理方法有著不一樣的數值，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據作出研究。

通過對復雜地質條件下礦區(qū)巖土工程勘察地層厚度資料的分析，認為該地層為均質地層。因此，根據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。國內規(guī)則對于偏載時，荷載作用下的基礎應力的計算，一般采用等效應基礎應力法，即基礎應力力和受力距離，如基礎力和受力距離的組合，根據平均層厚確定樁的極限承載力，進而得到樁力的設計值。

沿建筑軸線謹慎安置勘探點，點與點之間的距離不要在規(guī)范之內。預定深度可能影響地基穩(wěn)定性，應在洞底基巖表面下鉆孔不小于2m。必要時應劃定范圍，以一柱一樁的基礎布置勘探孔。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，要詳細查明分布斷層、巖石組構邊界、井距、井形、沉降等影響因素。巖土勘察工作的質量直接影響到礦山工程建設的質量和效果，所以在勘察過程中必須注意每一個步驟，準確記錄探測過程，在施工過程中嚴格分析和落實記錄數據。有效的質量管理體系可以提高員工的質量意識，提高施工和檢測技術規(guī)范的程度，有利于責任的落實。管理制度要明確相關的檢測標準和勘察方案，使每項工作“有根有據”，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系

2.2 實驗結論

根據復雜地質的巖土工程勘探要求安排勘察工作，在土穴和塌方段，在已經開挖的基礎槽內放入探頭或釬焊探頭進行勘察。嵌巖樁內要依次安置勘探點，尤其是大直徑的樁內更需如此，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、準確地識別復雜地質現象，各種方法的綜合應用和優(yōu)化是必要的，特別是不同物探方法與物探、鉆探的結果配合顯得特別關鍵。物理勘探的時間越短，鉆探結果便可以削弱其工作時長，縮短勘探所花費的時間。此外，物探技術和設備在快速地更新換代，精度得到了大幅度的提高。

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

3 結語

巖土勘察技術在探究復雜地質的過程中起著不可替代的作用，但因為國內勘探技術的發(fā)展時間比較晚，完善的質量管理體系一直都是缺失狀態(tài)，相關人員在觀念技術上有一些欠缺，因此前方還存在著很長的路要走。在未來復雜地質條件的調查中，首先是地表調查，物探、鉆探驗證必須嚴格遵循，勘探線應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。要確保經驗積累和實踐交流，在時代的引領下不斷向前走，提高我國產業(yè)的競爭力，接納和學習更加先進的儀器設備，使我國巖土勘察工作飛速發(fā)展，提高復雜地質條件礦區(qū)的勘察能力?？傊?，在復雜地區(qū)的勘察與工程建設領域，還有許多理論和知識需要在今后的學習和工作中進行研究和消化積累。