新型數字測繪技術在礦山地質工程測量中的應用

高成雷

（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東 日照 276800）

礦山法地質工程測量，就是指在礦山法施工模式之下，采用現代化數字測繪技術，勘測現場地質結構與水文特征，獲取關于地質結構、土壤情況、地下水位等方面的數據，為運用礦山法施工工藝提供數據支持。礦山法作業主要運用于硬巖石構造、地質環境較差的作業環境中，由于地質結構中的圍巖變形較快，自穩沉降能力較弱，很容易在工程作業中引起施工地表的下沉、坍塌，造成較大經濟損失。因此，在類似的作業環境中，城際高速鐵路工程施工會選擇礦山法進行作業。為了保證礦山法作業的有序落實，技術人員靈活運用數字測繪技術，將傳統測繪與定位技術、遙感技術、網絡綜合技術、大數據技術、云計算技術相結合，從而簡化測繪過程、提高測繪精準性與可靠性，為工程施工提供真實、可靠的數據。

1 工程概況

珠三角城際軌道交通廣佛環線——“廣州南站至白云機場段GFHD—2 工程”，線路起源于廣州市天河區廣汕一路，向北穿過銀排山，橫穿廣河高速，之后沿著西北方向穿過烏仔山，進入大源村，再向北穿過大源村，之后在廣東涉外經濟技術學院終止；起止位置分別設龍河站、大源站。

具體施工方案為：（1）線路①DSK28+090～DSK28+500、線路②DSK31+960～DSK35+230、線路③XJ0+000～XJ0+594.813；（2）全程上行線路約為4 686.849 m，下行線路約為4 661.398 m，共設11 座橫通道，如表1。

表1 “廣州南站至白云機場段GFHD—2 工程”礦山法施工安排

根據工程路線情況分析，本線路全程穿越山區，需要分別穿越銀排山、烏仔山；考慮到穿越山區環境中巖石結構堅硬，且容易產生作業地面沉降的問題，本次采用礦山法施工。為了更好地了解施工環境情況，有序落實礦山法施工工藝，在施工之前采用新型數字測繪技術開展地質測量工作，獲取精確數據，支持工藝的實施。

2 在礦山法工程地質測量中運用新型數字測繪技術的優越性

根據“廣州南站至白云機場段GFHD—2 工程”實際情況來看，線路全過程面臨大范圍的復雜地形，包括：黃土、凍土、瓦斯、膨脹圍巖、凍脹土、突泥等等，高速鐵路工程建設施工時經常會遇到下穿山脈等復雜基礎工程，比如：穿越銀排山、烏仔山。在施工之前，技術人員要詳細了解地下情況，分析臨近區域的基礎設施建設情況、地下環境等，充分考慮施工對周圍自然結構、既有建筑物與構筑物的影響，通過地質數據的獲取與分析，確保工程施工工藝不會影響整體工程的安全與穩定。在建設中，城際高速鐵路的長度較長，所穿越的地質巖層環境較為復雜，甚至還會遭遇多種復雜地質結構，若出現失誤引起不良地質條件的爆發，會造成不可預估的損失，嚴重影響工程建設進度，造成人員傷亡、經濟損失等。

基于此種情況，在礦山法施工的地質測量中，技術人員運用新型測繪技術，其具有較強優越性，具體如下：

（1）測繪精度高，有助于獲取精準可靠數據。數字化測繪技術相較于傳統測繪技術，具有更高的精確度，這是由于其在傳統測繪工程的基礎上，引入了GIS、GPS、大數據、云計算、綜合計算機技術，甚至引入了BIM 技術；經過往期大量工程實踐驗證，數字測繪技術能夠獲取到精準、真實、全面的數據資料。在本次工程的礦山法施工中，需要大量的地質數據作為支撐，保證數據信息的精準度至關重要。運用新型數字測繪技術，充分發揮其精準性，能夠有效減少技術人員由于操作失誤引起的測量誤差，降低了錯誤數據的產生概率、縮小了數據偏差范圍，能夠有效改善數據不精準引起的分析問題。新型數據測繪技術運用時，系統可以自動將地質數據以坐標點形式呈現出來，通過定位坐標點構建放東西模型，提高地質測量工作效率。

（2）自動化程度較高，有助于充分利用測繪數據。新型數字測繪技術，不僅具有精準獲取地質情況數據的能力，也具備整理數據、儲存數據、測繪圖文的功能。技術人員利用新型數字測繪技術，結合計算機設備，在自動化網絡系統的支持之下，能夠進一步控制測繪儀器的運行，調整信號強弱與程度，更靈活地獲取地質信息。完成信息獲取之后，還可以通過數字測繪系統儲存數據資料，以便于之后的隨時取用；也可以根據系統功能，繪制形成模型圖、曲線圖等，更直觀呈現地質情況，以便于更有計劃地落實礦山法作業。

3 礦山法地質工程測量中的新型數字測繪技術

根據“廣州南站至白云機場段GFHD—2 工程”的礦山法施工方案，技術人員可以運用如下三種新型數字測繪技術，根據不同的作業環境、數據獲取需求、地質情況呈現需求，選擇合適的技術。

（1）數字格柵測繪地圖技術。數字化格柵測繪地形圖，就是指借助信息技術、測繪工具，測量礦山法作業區域中的工程數據，獲取地質資源資料；之后進行數據統計與分析，精準劃分作業區域內不同的地質資源分布區域，以便于技術人員確定“穿山”線路，避免在施工過程中破壞原本區域中的地質資源，提高作業的環保性。在工程施工中，采用網絡技術就可以搭建數據資源獲取結構，這樣可以在施工的過程中實時了解地質資源、地下結構的分布情況，為確定作業方式與線路提供依據。

（2）地理信息技術。新型數字測繪技術，其優勢在于能夠充分展現地理信息，讓技術人員更直觀了解地質條件。在工程的礦山法作業中，利用地理信息技術開展地質測量，可以依托衛星技術、定位技術獲取立體化數據；整理與整合數據，能夠全面掌握施工區域的地質信息。之后搭建施工區域的地質數據庫，既可以隨時查看地質信息，也可以為之后的工程作業提供依據。地理信息技術的運用中，技術人員借助軟件系統、硬件設置，精準定位地質測量點，通過數據整理與分析，提前發現施工中可能遇到的問題。

（3）數字測量技術。數字測量技術是在基礎數字測繪技術基礎上的拓展，將其運用于礦山法作業中，可以制定完備的工程計劃，有序展開測量工作。在數字測量技術運用中，每個階段的測量任務均有明確的規劃與安排，能夠提高測量效率，避免時間與資源的浪費。在運用這一技術時，需要綜合考慮當地的地質特征，既要獲取數據資料，也要注意保護周圍山體與圍巖結構，兼顧經濟效益與生態效益。

4 礦山法地質工程測量中的新型數字測繪技術應用方法

4.1 選擇新型數字測繪技術

在工程的礦山法地質測量中，技術人員要根據本工程的作業需要，充分考慮城際高速鐵路在穿山施工中的情況，靈活選擇合適的技術。相較于傳統測繪技術（如表2），新型數字測繪技術能夠將數據以更加直觀、立體的形式呈現出來，且獲得更多的數據信息，能夠對區域地質情況進行監測。在深層次挖掘山體、落實礦山法作業時，還可以深入獲取礦山法作業之后周圍的情況變化，搭建研究模型。

表2 新型數字測繪技術與傳統測繪技術性能對比

4.2 獲取工程地質數據

“廣州南站至白云機場段GFHD—2 工程”的礦山法作業中，技術人員開展地質測量工作，采用模型構建軟件，同時在區域內設置測量點，選擇地質結構、地下水文特征專用檢測儀器，連接數字測繪系統，分別獲取如下地質數據。

（1）地形地貌信息。區域內地形地勢起伏較大，地面局部原始坡度達到了15°～45°，發現局部位置出現低山基巖變質、出露的情況，低山區域很少存在植被生長。

（2）地層巖性。上覆地層為全新人工填土，包括：素土、沖洪積松軟質地黏土、坡洪積層等。下覆地層為細角礫土。

（3）地質構造。存在黃泥坑斷層，為一壓性斷層，走向趨勢為NE-SW，發生斷裂傾斜方向為西北，傾斜角度約為55°；作業中需要穿越此斷層，斷層破碎帶寬度約為50 m。巖層受周圍區域巖層地質形態變化的影響，出現局部節理裂隙發育。

（4）水文特征。地下水源來自第四系隙潛水、裂隙水，最大涌水量約為22 729 m3/d。

（5）不良施工條件。部分施工區域臨近村莊，此區域可以選擇非爆開挖方法，避免影響周圍村民日常生活。部分區域中存在低瓦斯氣體，測量瓦斯壓力為0.28 mPa，作業時需提前加強地質預報，實時監測瓦斯情況，加設風機提升通風性。

4.3 構建云數據模型

根據工程實際情況，結合利用新型數字測繪技術獲取的地質數據材料，采用MIDAS/GTS 軟件構建模型。技術人員選擇模型數據參數，根據測繪中地層參數數據（如表3）選擇模型，實時形成地質測繪報告。

表3 數字測繪技術獲取的地層數據

之后，根據模型情況實時監測礦山法施工情況，形成三維模擬立體圖形（如圖1），為技術人員繼續落實礦山法施工提供依據。

圖 1 “廣州南站至白云機場段GFHD—2 工程”礦山法施工模擬圖形

4.4 依托地質信息開展工程監測

在借助新型測繪技術獲取地質信息、構建模型之后，技術人員要借助數字測繪技術展開礦山法施工的工程監測，根據監測中反饋的施工情況及時發現問題，及時處理，以此保證礦山法穩定推進。在礦山法作業中，技術人員在區域內布設監測點（如圖2），實時監測圍巖、地表的變形情況，監測附近村落中建筑物與構筑物的水平位移與傾斜情況；之后形成時態趨向，根據曲線圖顯示與變化分析可能出現的問題，確保礦山法作業的順利進行。

圖 2 測繪點布設

5 結語

綜上所述，礦山法施工的地質測量工作中，技術人員靈活運用多種不同數字測繪技術，目的在于提升地質工程測量質量，獲取更加詳細、精準、可靠的數據，為城際高速鐵路工程的礦山法施工提供依據。通過本次研究，發現相較于傳統測繪技術，新型數字測繪技術不僅能夠獲取更精準的數據，還可以形成相應的模型，輔助技術人員展開地質分析，極大程度上提高了地質測量實效性。在今后運用數字測繪技術時，建議技術人員要切實結合工程實際情況，根據工程施工需求與工藝特點靈活運用數字測繪技術，這樣才能夠得到工程施工所需要的數據指標，才能最大程度上發揮技術應用價值。