地質調查與分析在礦山隧道工程中的應用探討

梅 宏

（上海同濟檢測技術有限公司，上海 200000）

在當前的地質調查工作開展中，由于涉及的地質調查內容較多，對于技術人員的要求非常高。尤其是當前隧道工程的項目逐年增多，施工的難度也在不斷增加，經常會遇到各種復雜地質問題，雖目前國內外已有各種先進的勘探、物探、鉆探等技術，但如果沒有做好相關地質調查與分析工作，未能全面掌握隧道地質基礎信息，仍可能導致勘察、設計及地質預測預報結果偏差，極有可能在隧道施工當中因特殊不良地質而引發各種地質災害事故，造成巨大的損失。因此，本文分析礦山隧道施工前和施工過程，開展地質調查與分析工作極為重要。針對礦山隧道各項地質調查技術應用展開探討。

1 礦山隧道地形地貌調查分析

在展開礦山隧道工程的地質調查過程中，應根據礦山隧道不同設計階段的任務、目的和要求，針對公路等級、隧道的特點和規模，確定搜集、調查資料的內容和范圍，并認真進行調查、測繪、勘探和試驗。調查的資料應齊全、準確，滿足設計要求[1]。在資料搜集時應當包括：地形地貌資料、工程地質狀況、地質測繪、隧道的溫度與降水等氣象資料、地震歷史和周邊環境等。主要調查步驟為：踏勘、初勘和詳勘，如下圖。

在地質結構的調查工作中，一般的情況是從國家測繪系統取得一定比例尺的地形圖，目的是進行路線的規劃或者用于礦山隧道不同方案之間的比選，也可以搜集控制比較嚴格的航空照片，主要是用于一些重要的長大礦山隧道[2]。地質結構發育資料的調查比較重要，它是進行線路選擇、線形確定、用地以及自然環境、地形地質判讀的基本資料，一般都需要在現場進行實地核查。尤其現在隨著國家礦山開采事業的不斷發展，礦山地質結構發展的實際情況與地形圖顯示有所出入，所以在進行選用地形圖規劃設計是應選用恰當的最新的地圖為主。

2 礦山隧道斷層地面地質調查技術的應用探究

2.1 礦山隧道斷層危害分析

在礦山隧道的地質災害當中，斷層屬于是最為常見同時危害性也是最大的一種，是造成礦山隧道工程施工中塌方的最為直接因素。在2008年到2009年的上半年，安川高速的隧道施工當中就共計發生了50多起塌方事故，在這些事故當中大部分都是因為位于斷層處所引起的。

礦山隧道斷層的危害不僅會增加整個工程施工的時間，加大人力成本以及施工成本的支出，同時也會導致整個工期延誤，嚴重的還會導致施工人員傷亡。

2.2 斷層地面地質調查重要性

在目前國內的許多礦山隧道項目施工之前都會進行斷層地面的調查與勘測，但是由于受制于勘察設計的精確度與其它原因的限制，往往勘察出來的數據存在不精準的情況，導致斷層的位置無法準確識別出來，甚至還會出現遺漏的情況。在施工過程當中由于存在地質勘察技術滯后的情況，時常會引發嚴重的地質災害[3]。因此，施工單位的勘察人員在進行斷層地面的地質調查時，首要的任務應當是針對設計單位所提供的設計圖紙進行嚴格的復查，確保圖紙的準確性，同時針對圖紙當中不完善的地方，在工作調查中逐步完善與補充。

2.3 礦山隧道斷層地面地質調查內容與方法

2.3.1 調查的內容

在礦山隧道斷層地面地質的調查過程中，其調查的內容主要有：第一，通過初步的調查工作的開展，確定礦山隧道當中斷層的較為準確的位置，以及斷層當中破碎帶的寬度與長度，破碎帶周圍的圍巖具體情況；第二，根據設計圖紙當中可能存在的較大規模的斷層遺漏的情況，需要先逐一對斷層進行嚴格仔細的排查，要確保設計圖紙當中所標示出來的斷層位置都是正確的，針對有遺漏的地方需要及時進行勘察與測量；第三，根據斷層破碎帶當中的巖石組成和含泥量等特點，確定斷層構造巖的結構；第四，針對斷層的地方進行逐一的調查，查看斷層當中是否有泉水出露，如果有泉水出露，則要詳細調查與了解泉水的性質和分布的具體特點，判斷涌水情況[4]。

2.3.2 調查的方法

（1）在針對斷層的地質調查當中，最為有效也是最為基本的方法就是直接觀察，從外到內進行觀察，查看斷層處的自然跡象。

（2）走訪調查，在礦山隧道施工的過程中，走訪調查是一種能夠快速獲取必要信息，幫助調查人員更好地了解到當前施工路段的地質情況的一種方法。在走訪調查當中，調查人員需要對當地的居民進行訪問，了解礦山隧道施工路段當中的地質情況；

（3）通過調查發現了斷層以后，調查人員應當沿著斷層的走向，寸照斷層破碎帶露頭。在這個過程中，還可以結合探槽和淺坑等方式深入了解地質的情況。

（4）根據其它的調查，如地表地質與水文的觀察，進行必要的地質填圖工作。在這個過程中，可以結合交匯法或導線法確定斷層位置。結合地質投射法進行測量，確定斷層的寬度。

3 水文地質調查技術的應用探究

3.1 水文地質調查技術分析

水文地質調查的應用范圍極廣，包括了隧道項目、資源勘察等，因此所涉及到的技術也非常多，如圖3。總的概括起來，包括以下幾種：

（1）水文地質遙感探測技術，該技術主要是通過結合遙測影像的方式去推測出所探測的隧道地下水質的情況。結合遙感影像，如圖1，可以獲取到航空照片，通過該照片能夠判斷出地質的構造情況。結合水文地質遙感探測技術，可以幫助調查人員規避一些不良水文地質區域。但是由于這種方式屬于是宏觀的調查方式，因此需要調查人員具備較為豐富的經驗，能夠結合相關數據進行準確的判斷。

圖1 遙感影像

（2）水文地質地球物理探查技術，該技術屬于是一種間接分析技術，主要是通過利用地質材料與地下水體物理性質差異的區別進行分析。比如，在結合震測探查法的情況下，通過受波器來接收震波在地質當中的變化情況并進行記錄，以此來分析水文地質的具體特性。

（3）水文地質測繪技術，該技術當中主要針對與地下水有關的地形、地質的調查測繪，在通過水文地質遙感測繪的檢查，對礦山隧道施工路段有一定的了解情況下，再結合水文地質測繪技術進行深入的了解，調查地下水的分布情況。

（4）鉆孔水文地質調查技術，該技術主要是由鉆孔與巖心直接探查含水層的位置。厚度與深度等相關信息。在結合鉆孔水文地質調查技術開展調查的時候，應當要確保已經取得較好的前期調查成果，要確定本次礦山隧道施工的路段的情況下才應當結合鉆孔水文地質調查技術進行工作的開展。在采用了鉆孔水文地質調查技術后，應先找到孔位并布置完畢以后，然后開始鉆孔與調查。由于鉆孔的費用較高，對此需要確定清楚孔的位置然后才開始施工，確保孔位的準確性。

（5）水文動態觀測調查，該調查方式指的是在確定了具體的位置之后，安裝專門的儀器如水壓計，以此來觀測水文變化的情況。對此，調查人員需要非常了解礦山隧道施工的路段，針對礦山隧道施工路段當中的地下水情況找到具有代表性的位置，然后進行檢測，要了解清楚該地段當中的地下水流向和水量的情況，通過儀器檢測了解地下水的動態變化規律。

3.2 水文地質分析方法

在針對水文地質的調查當中，由于礦山隧道工程中其地下水流場往往所覆蓋的范圍極大，涉及到整個集水區，對此，如果僅僅只是結合水文地質調查方法可能無法很好的調查清楚整個區域的情況，對此，需要通過結合其它的相關分析技術共同進行。

在針對地下水滲流情況的分析技術當中，傳統的分析技術大多主要是以理論的方式來進行。但是在實際的隧道工程的勘測過程中，由于礦山隧道大多要穿越陡峭的山區，地形極為復雜，比起平原地區的水文情況而言，礦山隧道工程當中水文情況則要復雜上許多，如果僅僅是依靠理論公式進行解析，往往難以較為全面地描述清楚山區復雜的情況。隨著這些年計算機技術的發展，其運算的能力不斷提高[5-7]。

3.2.1 MODFLOW分析法的分析基本原理

在地下水的分析當中，MODFLOW有限差分析法具有較高的準確性，目前已經獲得了許多國家的認可。結合MODFLOW有限差分析法展開分析，主要用來描述，密度恒定情況下的地下水流動情形，主要以二維。三維飽和地下水流方程式進行表示，如下。

在該方程公式當中，Kxx，Kyy，Kzz分別為多孔介質體于x，y，z方向的水力傳導系數；Ss為比貯水率；h為水頭；W為凈源匯量；t為時間。

3.2.2 模式建立要點

（1）研究范圍擬定。在水文地質概念模式的建構當中，首先需要對準備要研究的區域范圍進行確定。以礦山隧道工程作為案例進行分析，主要研究礦山隧道項目當中所要經過的所有鄰近區域的水文地質情況。

（2）地形數據整合。在確定了研究的范圍之后，接下來就要進行研究區范圍的地形圖資料的搜集，作為基本地形立體模型架構建立的主要依據，把搜集到數據轉化為模型。

（3）地質數據整合。針對研究的區域當中的所有地質資料進行搜集與整理，主要是了解當前的地質情況與空間分布情形，同時把搜集到數據進行地質信息數化，建立概念模型。

4 巖溶地質調查技術應用分析

4.1 巖溶地質調查分析

巖溶屬于在南方地區施工當中經常會遇到的地質現象之一。當礦山隧道施工的時候，在通過巖溶區域時，一旦沒有做好相應的防護措施，極為容易引發涌水以及洞內泥石流等大型的地質災害，嚴重的還會影響到施工進度和危險人身安全。而巖溶的發育與所處的地質構造條件之間極為密切，地質構造不僅控制著巖溶的發育方向，同時還會影響到其發育的規模和大小，如圖2。

圖2 巖溶

4.2 巖溶地質調查技術分析

4.2.1 地質測繪

你是了解我的小蘭，我真的被李老黑暗算了，要不我怎么會辦那樣不要臉的事。我還懷疑，那天是李老黑把我灌醉后給拖過去的。再說，我已經醉成了一攤爛泥，就是真的跟李金枝鉆了一個被窩，我也不敢對她怎么樣啊。小蘭，我可是清白的，你要相信我。你要不相信，我真是跳進黃河洗不清了。

在地質測繪當中主要包括了地表的測繪和洞穴的調查，地表的測繪當中要求技術人員要弄清楚巖溶現象的分布以及巖溶地區當中的地下水分布情況。主要的內容包括：①測出巖溶與非巖溶地質在水平與垂直方向上的分布情況；②實地測繪廠區巖溶地層內的各種不同力學性質結構面的情況；③要根據當前巖溶地層的各種天然與揭露水點的分布情況，檢測和分析其是否與暗河有關。而在洞穴調查的工作開展當中，主要包括以下兩個方面：第一是要調查清楚洞穴的形態特征和地質構造之間的關系，從而為研究巖溶的發育規律提供必要的基礎；第二是要分析清楚地下水系的來龍去脈，弄清楚地面天然水點之間的聯系。

4.2.2 地球物理探測

在地球物理勘探技術當中，主要是通過運用物體之間的不同物理特性來有效區分各種物體，而根據不同物體的特性在采用物理勘探的方法上也會有所區別。比如電磁法、聲波探測和電位法等。而在針對巖溶病害進行探測的時候，經常會采用的方法有自然電位法和高密度電阻率法，如圖3、圖4。

圖3 自然電位法

圖4 高密度電阻率法

5 礦層地質調查技術應用分析

5.1 礦層地質調查技術的重要性

在礦山隧道工程或者是礦層開采的過程當中，礦產結構原本所處的狀態會受到外界的影響而發生變化，導礦產結構出現變動。對此，如果在挖到礦層的時候，如果不采取合適的開采理技術與方案，則會引起工程突發風險，影響到工程的進一步施工，造成重大安全事故的發生。

5.2 礦層地質調查的主要內容分析

地質構造超前探測，結合地質構造超前探測的形式，能夠較好地進行礦層的抽采，同時在施工的過程中，需要及時記錄好其中所出現的異常情況，針對這些異常情況需要采取相對應的措施，明確地質所發生的變化，對突出風險進行有效識別并加以控制。

礦層厚度的超前探測。探測礦層厚度能夠有助于調查人員更加清晰地了解到礦層形成的具體情況。結合采鉆孔技術，能夠明確具體的參數。

6 結論

在礦山隧道工程項目勘察、設計及施工等階段，應針對礦山隧道進行全面地質調查與分析工作，以地質調查、分析為基礎，采用各種先進勘探、物探或鉆探技術手段，才能更加全面掌握隧道地質信息，及時發現隧道可能存在的不良地質災害與其風險。不同的調查工作所涉及到的技術與調查內容都會有較大區別，對此，需要配備足夠專業且經驗豐富的地質工程師，投入足夠調查儀器設備。同時要嚴格要求調查人員，按照制定的調查方案與內容進行調查，確保數據的準確性與真實性。