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(zhì)工程有限公司，云南 昆明 650041）

近些年，礦山開采技術(shù)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(jié)構(gòu)的破壞也是最嚴重的，可能會導(dǎo)致礦山的結(jié)構(gòu)失衡。在雨水、風(fēng)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(chǔ)，勘察結(jié)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(wù)

鉆探就是朝著地下鉆孔，當(dāng)前工程地質(zhì)鉆探這種方法應(yīng)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(wù)。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(wù)。需要進行現(xiàn)場測量（圖1）、調(diào)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(diào)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(guān)結(jié)構(gòu)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(wù)和目的都包含在內(nèi)[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(zhuǎn)[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(nèi)，各巖土分層的深度在5 cm左右；采取回轉(zhuǎn)的方式鉆出取樣孔和鑒別孔，取出巖土樣。如果是軟土結(jié)構(gòu)，要采取干鉆法，這樣不會給軟土結(jié)構(gòu)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(guān)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(zhì)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(xué)性質(zhì)、計算單樁極限承載力等[4]。

圖4 靜力觸探

1.4 把握室內(nèi)實驗要點

室內(nèi)實驗包含：巖石實驗和室內(nèi)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(yīng)當(dāng)考慮工程土體力學(xué)情況，選擇最合適的排水條件。

在巖石試驗過程中，應(yīng)當(dāng)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(yīng)力，為了計算出這個極限應(yīng)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(jié)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(jié)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(zhì)情況，這與勘察階段得到的結(jié)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(zhì)情況。確保施工階段不會出現(xiàn)問題。監(jiān)測內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)物檢測、不同荷載下巖土的反應(yīng)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(zhì)現(xiàn)象進行監(jiān)測。勘察階段就應(yīng)當(dāng)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(shù)，重新調(diào)整勘察形式。如：大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)搜集礦山環(huán)境相關(guān)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(zhì)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(gòu)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(chǔ)，編制相關(guān)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(zhì)建模是基于大數(shù)據(jù)搜集巖土力學(xué)參數(shù)、地質(zhì)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(zhì)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(diào)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(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全方位升級。技術(shù)升級包含兩個方面，一個是巖土勘察，另一個是地質(zhì)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(nèi)實驗等多個環(huán)節(jié)，才能準確獲取巖土參數(shù)。但黃土、風(fēng)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(zhì)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(yù)估地下環(huán)境，同時也會借助一定的技術(shù)手段分析被檢測區(qū)域是否存在軟弱結(jié)構(gòu)，是否有不良地質(zhì)體。而大數(shù)據(jù)技術(shù)則能在此基礎(chǔ)上幫助工作人員更加精準的判斷地質(zhì)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(jié)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(dāng)前存在的問題，提出個性化應(yīng)對策略，這要求支護施工要更加科學(xué)，更有針對性。一旦支護施工工作不到位，出現(xiàn)質(zhì)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(zhì)條件、所處的位置、當(dāng)?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(shè)計方案。而是要基于巖土工程勘察結(jié)果，結(jié)合工程實際提出具體的支護方案。所以，在支護設(shè)計這一階段，就必須考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、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(dǎo)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(zhì)情況各不相同，要結(jié)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(shù)。如：軟土層對勘察技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)果綜合分析巖土層的分布情況。把握地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣才能綜合性評價邊坡的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性評價的內(nèi)容包含：施工現(xiàn)場環(huán)境、土層性質(zhì)、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(chǔ)，又能確?；舆吰碌姆€(wěn)定性。

3.3 影響水文地質(zhì)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。可能會導(dǎo)致地基不穩(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(dǎo)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(guān)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(jié)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(shù)在其中占有重要地位，這是當(dāng)前很多礦企關(guān)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(shù)的作用，這樣才能為支護施工提供支持。