礦山巖土工程勘察的重點及對支護施工的影響

華 勇，潘進兵，李春發(fā)

（云南地礦地質工程有限公司，云南 昆明 650041）

近些年，礦山開采技術水平在不斷提升，開采面積、深度都遠超以往。其中，深基坑工程是最明顯的，對礦山結構的破壞也是最嚴重的，可能會導致礦山的結構失衡。在雨水、風化等外界作用下，礦山的承載力會逐漸下降，深基坑開采工作也就會面臨巨大的安全隱患。

在此背景下，人們開始逐漸重視礦山基坑支護問題。而巖土工程勘察則是支護施工的重要基礎，勘察結果會直接影響到支護施工效果。在這種情況下，人們要意識到這項工作給支護施工帶來的影響，更重視巖土工程勘察工作，把握工作重點。

1 礦山巖土工程勘察的重點

1.1 明確鉆探目的和任務

鉆探就是朝著地下鉆孔，當前工程地質鉆探這種方法應用較為廣泛，能夠方便鉆探工作順利開展。在不同的勘察階段，有不同的鉆探任務。所以，巖土工程勘察工作的第一步，就是明確勘察目的，把握具體的勘察任務。需要進行現(xiàn)場測量（圖1）、調查軟弱土層的形成原因、具體分布規(guī)律、土層是否均勻，是否存在硬殼層、調查地層斷裂帶的情況、把握地下水的分布狀態(tài)、開展原位測試實驗；為了確保相關結構的穩(wěn)定性，還需要長時期觀測地下水位情況。一般情況下，礦山巖土工程勘察的鉆探任務和目的都包含在內[1]。

圖1 現(xiàn)場測量

1.2 適宜的鉆探方式

在進行巖土工程勘察過程中，主要采取的是鉆探的方式。如果土層淺，可以選擇洛陽鏟鉆探、勺型鉆探、汽車鉆探、麻花鉆探等方式，（圖2）這些鉆探的口徑都比較小。破碎巖土的方式又分為四種，包括：沖洗、振動、沖擊以及回轉[2]。鉆探分為三個步驟，將巖土體破碎、取出巖芯、加固孔壁，避免孔堵塞。

圖2 汽車鉆和麻花鉆頭

在具體鉆探時，（圖3）必須嚴格把控間距和深度，勘察間距要在30m以內，各巖土分層的深度在5 cm左右；采取回轉的方式鉆出取樣孔和鑒別孔，取出巖土樣。如果是軟土結構，要采取干鉆法，這樣不會給軟土結構造成較大影響；如果正處于濕陷性黃土中，就只能使用螺旋鉆頭[3]。

圖3 現(xiàn)場鉆探

1.3 做好原位測試工作

在巖土工程勘察過程中，鉆探和原位測試都非常重要，使用頻率較高。原位測試包含了原位測試和實驗。要求被檢測對象在原始位置，但沒有被破壞或是少量擾動的情況下采取相關的實驗方法檢測其物理量，這樣能夠了解到被測試對象的狀態(tài)和性能。巖土工程的多個施工環(huán)節(jié)都離不開原位測試。原位測試包括：靜力觸探、動力觸探實驗方法。靜力觸探（圖4）針對軟土、粘土性質的土層常常采取靜力觸探的方式。這種方法具有經(jīng)濟效益高、速度快等優(yōu)勢。但在具體使用時也存在局限性，如果巖土的碎石較多、強度高就不能使用這種方法。在具體操作時要把控觸探深度，至少進入持力層3 m左右。通過靜力觸探，工作人員能夠了解地基的承載力，把握巖土物理力學性質、計算單樁極限承載力等[4]。

圖4 靜力觸探

1.4 把握室內實驗要點

室內實驗包含：巖石實驗和室內土工實驗。其中有部分參數(shù)必須通過土工試驗才能獲取。如：測定土粒比重、土容量等。在土工實驗中，應當考慮工程土體力學情況，選擇最合適的排水條件。

在巖石試驗過程中，應當把重點放在強度試驗這些方面。巖石在被破壞時，能夠承受較大的極限應力，為了計算出這個極限應力，需要采取三軸抗壓、直剪抗壓實驗法等。這樣就可以得到巖石強度參數(shù)，方便工作人員分析巖石的破壞原理，計算巖石的穩(wěn)定性[5]。

1.5 現(xiàn)場檢驗、監(jiān)測，修正勘察結果

在巖石工程開展過程中，要做好現(xiàn)場檢驗、監(jiān)測。這是為了驗證勘察結果。具體方式如下：利用基坑開挖的方式，揭露巖石土體。大開挖的方式能夠幫助工作人員直觀的獲取地質情況，這與勘察階段得到的結果相比，要更加切合實際。基于現(xiàn)場情況，對比勘察階段的成果，如果與勘察階段的成果出入比較大，工作人員需要再次補勘；也是為了更好的觀測、管理不良地質情況。確保施工階段不會出現(xiàn)問題。監(jiān)測內容包括：結構物檢測、不同荷載下巖土的反應監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測主要針對一些不良地質現(xiàn)象進行監(jiān)測?？辈祀A段就應當針對滑坡、泥石流、崩塌等情況布置完善的監(jiān)測點[6]。

1.6 創(chuàng)新巖土工程勘察形式

在新時期，為了滿足巖土工程勘察需求，可以引入新技術，重新調整勘察形式。如：大數(shù)據(jù)技術，利用大數(shù)據(jù)搜集礦山環(huán)境相關的數(shù)據(jù)之后進行BIM三維仿真模擬，這樣就能直接生成場地、地質建模。場地建模實際上就是模擬場地的環(huán)境，需要利用大數(shù)據(jù)收集管網(wǎng)分布信息、地貌信息才能創(chuàng)建。

工作人員通過觀察模型就能了解建構物的分布情況、埋深等，掌握具體的工程環(huán)境要素。以此為基礎，編制相關的勘察方案。也可以借助仿真模型完成模擬實驗，直接模擬勘察過程中可能會出現(xiàn)的情形。地質建模是基于大數(shù)據(jù)搜集巖土力學參數(shù)、地質信息等，完成的仿真創(chuàng)建。BIM三維仿真模擬能夠解決信息失真的問題，直觀呈現(xiàn)巖土情況，方便工作人員直接觀察。BIM模型也可以呈現(xiàn)巖層狀態(tài)、裂隙、斷層等多種情況。幫助工作人員從不同的角度了解地質狀況。這些信息也可以分享給其他部門，加強部門間的協(xié)調交流，避免部門施工過程中出現(xiàn)信息壁壘。基于大數(shù)據(jù)勘察技術能夠實現(xiàn)全方位升級。技術升級包含兩個方面，一個是巖土勘察，另一個是地質形態(tài)管理。巖土勘察工作的重點就是巖土參數(shù)的取樣分析，需要經(jīng)過現(xiàn)場取樣、室內實驗等多個環(huán)節(jié)，才能準確獲取巖土參數(shù)。但黃土、風化巖不能采取實驗室分析的方式，需要原位實驗，這就增加了工作的難度系數(shù)。為了解決這個問題，可以采取動態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測的方式，收集土壤環(huán)境數(shù)據(jù)，對比同類型的數(shù)據(jù)，就能大致判斷出被檢測區(qū)域各類型巖土的情況，從而精準的計算出巖土參數(shù)。地質形態(tài)管理過程中，工作人員需要重點探查暗穴、采空區(qū)、溶洞等區(qū)域，把握地下環(huán)境。以往的勘察人員采取的是界面判斷的方法，預估地下環(huán)境，同時也會借助一定的技術手段分析被檢測區(qū)域是否存在軟弱結構，是否有不良地質體。而大數(shù)據(jù)技術則能在此基礎上幫助工作人員更加精準的判斷地質情況，工作人員也不需要過分依賴自己的工作經(jīng)驗。大數(shù)據(jù)對比分析得到的結果更加精確，不會像工作人員那樣出現(xiàn)誤判。

2 支護施工的重要性分析

礦山開采工作不斷推進的同時，深基坑的面積、覆蓋范圍也會越來越大，所造成的影響也是不斷變化的。這會給施工帶來嚴重的安全威脅。

在此背景下，必須要把支護工作落實到開采工程的每一個環(huán)節(jié)。解決當前存在的問題，提出個性化應對策略，這要求支護施工要更加科學，更有針對性。一旦支護施工工作不到位，出現(xiàn)質量問題。礦山的深基坑就有可能出現(xiàn)塌陷、坍塌的情況，不僅會延誤工期，還會給工作人員帶來生命威脅。從某種程度上來看，支護工作直接影響到了開采施工的穩(wěn)定性。由于礦山的地質條件、所處的位置、當?shù)氐臍夂颦h(huán)境都是不同的，所以不能采取相同的支護設計方案。而是要基于巖土工程勘察結果，結合工程實際提出具體的支護方案。所以，在支護設計這一階段，就必須考慮當?shù)氐牡刭|、氣候等多種因素[7]。

3 礦山巖土工程勘察給支護施工帶來的影響

3.1 影響基坑土層

在巖土工程勘察工作開展過程中，需要重點分析基坑土層。如果勘察工作行之有效，就能為支護施工提供更加準確的數(shù)據(jù)，發(fā)揮數(shù)據(jù)指導作用。

在施工時，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，能夠選擇最合適的支護工藝。由于巖土工程的土質情況各不相同，要結合實際情況，選擇最合適的勘察方法。根據(jù)基坑土層的實際情況，選擇合適的基坑支護技術。如：軟土層對勘察技術要求比較高。在開挖過程中，必須將勘察報告的項目一一匹配、要經(jīng)常檢查地下空間、做好基坑排水。如果基坑排水工作不到位，土層會出現(xiàn)軟化、冰凍等情況，將會給整個基坑支護工作帶來較大影響。

3.2 影響基坑邊坡穩(wěn)定性

要把巖土工程勘察的重點放在支護結構穩(wěn)定性這方面。在支護施工前，要綜合評價基坑邊坡穩(wěn)定性。如果穩(wěn)定性符合標準，就可以繼續(xù)完成支護施工?？辈烊藛T需根據(jù)勘察結果綜合分析巖土層的分布情況。把握地層內部結構，這樣才能綜合性評價邊坡的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性評價的內容包含：施工現(xiàn)場環(huán)境、土層性質、地支地基穩(wěn)定性等方面。施工過程中，盡量減少外部水體造成的影響，這樣既能為支護施工奠定基礎，又能確保基坑邊坡的穩(wěn)定性。

3.3 影響水文地質條件

首先是地下水位。如果地下水位不符合施工規(guī)范，會給基坑施工帶來較大影響?？赡軙е碌鼗环€(wěn)，從而引發(fā)各項事故?？辈烊藛T必須做好地下水位的勘察工作，通過分析地下水位的變化情況，掌握具體的變化規(guī)律。更要認識到水位上升、下降會帶來哪些影響。這樣才能指導支護施工順利開展。其次是巖土層與隔水層?？辈爝^程中，還要著重關注隔水層和含水層的勘察工作。要綜合多維度考察水流方向、水層埋深、水流速度等。生成完整的數(shù)據(jù)分析報告，這個報告就是支護施工開展過程中的重要參考。

4 結語

在礦山工程施工過程中，巖土勘察工作非常重要，而支護技術在其中占有重要地位，這是當前很多礦企關注的重點。支護施工直接影響到了整個工程的安全性和耐久性，所以必須把握施工要點，提前做好施工準備。巖土勘察則能夠給支護施工提供詳細的參考數(shù)據(jù)，幫助工作人員選擇最合適的支護施工方法。所以，必須把握礦山巖土工程勘察重點，做好每一個重點環(huán)節(jié)的工作，發(fā)揮勘察技術的作用，這樣才能為支護施工提供支持。