基于環境保護下水工環地質勘察工作分析

戴 雷

（中國地質大學（北京），北京 10083）

水工環地質勘察是各項工程建設以及地質環境災害監測項目中，所必須開展的調查工作，其目的在于為上述項目提供地層結構、水文條件、巖土類別、埋藏深度以及巖層分布規律等物理力學性質。這樣的地質信息，將有助于項目開展時合理利用空間基土資源與規避地質災害。但現如今多數水工環地質勘察工作由于缺乏環境保護的工作視野，容易因技術工藝選取不當或操作不當給調查點的地質環境帶來負面的破壞影響，不僅使后續項目順利開展遇到了極大的障礙阻力，且十分不利于社會效益與生態效益目標的實現。因此深入探討水工環地質勘察的環保問題，在當下階段是非常緊要迫切的。

1.水工環地質勘察對環境的破壞影響

1.1 槽探工程對周邊環境的破壞影響

槽探工程是一種傳統水工環地質勘察工作中，用于揭露基巖來觀測地質活動規律，或用于取樣檢樣的坑道挖方工程，因其工程形式多為倒梯形槽狀而得名。這樣的槽探工程通常深度均在2.5m-3.0m之間，按照水工環地質勘察項目的內容性質以及環境條件不同，分為若干條主探槽與輔助探槽。其中主探槽的分布走向往往與含礦巖層、含水帶或圍巖砂巖分界線相垂直，這樣的探槽內部相當于為地質勘察人員提供了一個天然的地層“橫截面”。而輔助探槽則可以視為是主探槽之間用于揭露礦體或地質界限的短槽，通常情況下與主槽平行分布。槽探技術的優點在于地質信息更加直觀、施工簡便、設備要求條件不苛刻，所以地質勘察周期較短，適用于地質填圖以及普查探測等揭露或采樣性質的水工環地質勘察項目。

但它的缺點非常顯著，首先槽探工程在施工時，不可避免地會直接挖除破壞坑道上方及周邊一定區域內的林木、草皮，這顯然是一種將該處地貌完全破壞的做法，探槽施工后的地表將徹底失去耕植功能。其次在土石方開挖施工的過程中，由探槽坑洞部位清出的基土很難找到合適的棄土場地進行處理，容易對棄土點的地表植被造成壓覆破壞，導致水工環地質勘察區域在幾年時間里綠化帶面積迅速衰減，生態條件急劇惡化。總的來說，槽探工程的弊端問題在于對地表覆土以上的綠植區域破壞嚴重，尤其是當勘察地點位于公路、鐵路的沿線風景區時，不僅會導致生態退化的問題，更直接影響到地區旅游經濟的可持續發展。

1.2 鉆探工程對周邊環境的破壞影響

鉆探工程就是指利用大型鉆機設備在水工環地質勘察項目的調查地點，直接以向下深進的方式擷取地層剖面信息的勘察技術。通常情況下在修筑橋基、路基、壩基、港口或其他大型高層建筑項目前，為了了解項目所在地點的地下巖層基礎承載力，需要通過向下深進工程鉆孔來勘察地下的巖層土質與水文條件，它在防治地下基巖裂除的軟泥層、粘土層等軟弱地基土質問題上具有非常深遠的應用意義。鉆探勘察技術通常采用取巖心法，鉆孔深度往往在30.0m-100m之間，相比于槽探技術來說，鉆探技術的作業面深度更大，獲取的地層信息更加全面，但施工難度以及工程作業量也顯然不能與槽探技術同日而語。

鉆塔工程對環境的破壞主要是對地層的擾動，由于鉆孔的布設范圍非常廣，控制網格內既有自然湖泊河流、又有城鄉轄區交界，所以它對于周邊環境的破壞影響是非常多樣的。首先是工程排放問題，鉆進在向下深進的過程中為了避免鉆頭過熱，以及將鉆孔沖擊下的碎巖土渣全部排出鉆孔，會使用特制的泥漿灌進鉆孔進行護壁。而這樣的清洗液或冷卻液將難以徹底回收處理，遺留在鉆孔內的泥漿物質將會在土層自然作用下，滲進地下水系或農田土壤，對周邊環境造成極大的滲透污染。其次是鉆孔會破壞勘察區域的巖體穩定性，若勘察區域存在巖土互層結構，一旦經受鉆頭的高頻沖擊，將會進一步演化為地下圍巖的碎裂發育狀態，使勘察區域松軟的坡積土體、巖體更容易進入不穩定的振動狀態，最終發展成為巖體滑坡、坍塌、下陷等地質災害問題。最后是設備進場的環境破壞問題，相比于槽探工程的使用設備來說，鉆機設備的體積尺寸以及重量顯然更大，且難以拆分。所以為了將鉆機設備運輸到指定的地點就位作業，必須修筑臨時道路。而這樣額外的施工內容中很難避免對勘察周邊地區進行多次破壞，例如路基填筑的取土破壞、棄土的壓覆破壞、混凝土與瀝青等硬化施工部位的污染破壞問題。

1.3 坑探工程對周邊環境的破壞影響

坑探工程又叫做井巷工程或掘進工程，它在水工環地質勘察作業中經常以淺井、豎井、斜井或試坑等形式出現，坑探工程通常地下開挖深度在10m左右。它與一般鉆探工程相比，更利于勘察人員通過下井觀察的方法來了解地質結構，所以無論是第四紀松散地層地區還是基巖出露地區，都可以用來作為測繪巖脈寬度、描述巖體風化層厚度以及探測地下水裂縫寬度的主要勘察探測手段。

它對周圍自然環境產生的破壞影響在于如下方面：首先是用地破壞，坑探工程的設備機具雖然不像鉆探工程那樣笨重，但它仍然存在著較大的挖方作業量，而以往傳統坑探作業中在山坡、山腰隨意堆放的棄石與棄土，正是地區泥石流與山體洪流等地質災害頻發的主要誘因。其次是對下游地勢較低地區的影響，坑探工程形成的斜井與鉆探工程一樣容易使地下整塊分布的巖體被碎裂分割，因此在結束勘察作業后，若是回填處理作業流程草草了事，極容易出現垮塌凹陷。而若是水工環地質勘察項目場地位于水平落差較大的地點，坑井垮塌還會進一步引起山體或巖體的崩塌災害，這對下游的綠植地帶無疑是毀滅性的，也容易給周邊的村莊帶來嚴重的安全隱患。

2.基于環境保護視角下水工環地質勘察的新技術應用

近年來我國水工環地質勘察行業新型技術的主要研究方向，在于最大程度減少對勘察位置的用地破壞，力求在觀測地質現象與規律時，最大程度減少直接開挖或破壞巖層土體揭露地質信息的工程作業量。在這樣的研究需求背景下，一種以降低環境擾動為目的的“GPS-RTK”水工環地質勘察技術應聲而出。

2.1 GPS-RTK勘察的技術原理與優勢分析

GPS-RTK是指將GPS全球定位技術與RTK實時差分技術來收集探測控制地點位置信息的方法，在該技術系統內，首先需要建設至少多臺由GPS接收器構成的信號基站，負責調解空地衛星的加密位置電文。當勘察區域同步同時段的觀測衛星數量不少于4個的時候，由信號基站將測距碼信號的傳播時間乘以電磁波的傳播速度，得到該位置與不同測距衛星的相對距離，接著再用專業的軟件在WCS-84坐標系中分析計算出基站發出測距信號的瞬時坐標。由于GPS全球定位技術的精確度會受到對流層折射誤差、衛星軌道誤差以及衛星時鐘誤差等因素的影響，所以需要RTK技術來建立平面控制點，將基準站上的GPS接收器接到的衛星數據電文以數據通信鏈的形式發送出去，實現流動站與基準站之間的差分數據傳輸功能。而后根據地面基準站與流動站之間測距數據，生成某個流動站相對于基準站的位置坐標。在RTK實時差分技術的定位輔助作用下，所有流動站坐標位置都是基于基準站所在的空間位置坐標系生成的，因此它可以完全避免GPS距離定位數據的誤差問題，將勘察定位測量的誤差控制在cm級以上。

2.2 控制測量的布網方案

首先是流動站與基準站之間的配置選點問題，它與傳統地質勘察的測量手段不同，并不過多注重站與站之間相互通視關系，所以在測點選擇上較為靈活。在水工環地質勘察項目中應用GPS-RTK技術，在布點方案上需要注意如下幾個問題：

一是為了避免測距信號出現屏蔽阻擋，基準站與流動站的信號基站設備應當設立在視野較為開闊、且高差較大的位置上；二是點位目標需要清晰可識別，基站的觀測視場周圍不能出現高度較大的障礙物，以避免接收測距信號的質量效果；三是測距位置周遭200m范圍內不能出現高功率無線電設備，以防多路徑止電磁波互相干涉引起的衰減問題，同時在高壓電網的傳送授道周圍50m處也不宜設置基站平臺，避免重要電氣設備被磁化或受到電磁干擾；四是流動站的控制點應當確保利于點位標記長期儲存，通常做法是完成7組GPS-RTK勘察測點流動站定位后，用漆涂標志的方式進行刺點，而后再在控制點位置埋設具有中心標志作用的標石。

2.3 測量勘察的結果處理

下面以某地水工環地質勘測項目的開展實際為例，說明GPS-RTK技術在水工環地質勘察工作的結果生成中發揮的重要作用。

某地建設一硝化纖維廠，于某次生產事故導致約2.2t未經處理的工業污水泄漏排放入周圍水體中，為了勘察該區域地下水、潛水面以及巖溶層中遭受污染情況，決定在該區域展開水工環地質勘察工作，調查周邊環境遭受硝化纖維污水污染情況。在該項目中GPS-RTK技術主要發揮了如下功能優勢。

一是減少了實際勘察作業成本，最大程度控制勘察作業的擾動破壞影響。原定勘察計劃中，擬定在工廠周邊4000m2的區域內，布設15個50m深鉆孔作為雷達主測井，布設6個30m深作為聯系測井。其中30m聯系測井的用途，主要是為了驗證雷達勘測點位的潛水面以及溶巖層分布規律，同時對主測井的空間位置進行控制。因此原本需要鉆機作業的6個聯系測井，可以由GPS-RTK軟件提供的三維數據圖來代替，這種三維數據圖的縱向探測深度約為10-15m，可以基本滿足該區域的勘察工作的網格布孔控制需求。

二是幫助水工環地質勘察人員獵取地質的精確數據，該勘察項目中為了找出地質環境污染源的分布流向，縷清污染緣由，主要是采取了如下措施：使用集裝箱對雷達勘測點位進行GPS-RTK技術試驗，若試驗結果證明臨近的兩個測點之間不存在互相連通污染的趨勢，那么僅需使用GPS-RTK技術來觀測臨近鉆井潛水面是否存在懸浮污染物來佐證結論即可；但若試驗結果表明兩個測點之間存在連通污染關系，雖然并未直接觀測地下潛水面情況，但可以根據溶巖層、地下分布水層的遍布發展規律，來推斷潛水面污染物的飽和狀態。

3.傳統水工環地質勘察技術的環保優化措施

3.1 完善環境補償機制

水工環地質勘察往往是周期較為緩慢且系統化的工作，對于不可避免地槽探、鉆探及井探作業內容，首先應當在項目開展初期，對勘察工作的環境破壞力度進行評估調查，根據勘察地點的自然屬性來分析環境的可承受破壞限度，這樣才能遵循環境保護原則開展后續的勘探調查作業。例如在探槽、探孔以及探井的位置選擇上，應當盡可能地繞開水源涵養的功能濕地、自然風景保護區等生態脆弱環境，盡量將可綠化修復的土地作為勘察活動開發破壞的合理場所，采用合適的勘察技術最小化，合理規劃勘察作業臨時道路或土石挖方的棄土與借土場地，在勘察作業進行時，應同步開展植樹綠化工程，包括項目臨近巖體的邊坡綠化防護、耕植土壤的屬性改良以及喬木灌木種植，做到“破壞一處、修復一處”。當在水工環地質勘察作業時發現了環境的異常問題，應當立即停止作業并查清環境擾動影響根源，展開針對性的挽救措施恢復生態條件后方可繼續勘察作業流程。

3.2 處理好地質工作的污染排放問題

一是廢水污染問題，應當在水工環地質勘察作業地點建設一處污水處理站，盡量收集自然降雨，經過沉降池循環凈化后投入給地質工作的機具設備使用。同時還要將污水處理單元與地下水系的聯系完全切斷隔絕，避免周邊地下水系與水源地受到廢水滲透污染。而過量的泥漿處理，則可以采用添加膠結劑的方法加速固化過程，等到其完全凝固后統一運輸出勘察地點進行集中處理。

二是氣體廢棄物處理，每當開展爆破作業或土石方開挖時，應當在現場同步開展灑水降塵，并在周圍設置一定高度的綠化帶，避免施工揚塵逸散到大氣環境，給周邊地區帶來空氣質量問題。

三是固體廢棄物處理，尤其是土石方開挖留下的碎石、渣土、塊土。應當合理規劃棄土場的位置以及堆土高度，不得在高差、坡度較大的位置隨意堆砌固體廢棄物，避免給地勢較低的地點帶來泥石流、滑坡等地質災害。

3.3 落實勘察孔坑洞的封孔回填工作

最后是勘察作業的孔坑洞回填處理，對于槽探工程這種開挖深度較淺的部位，應當建立地質勘察土石方作業的臺賬，合理平衡借土用土關系，暫時堆放等待回填的土體，應當定期以澆水臨水的方式來提高土體的濕潤度，避免過度暴曬沙化失去耕植功能。等到勘察作業結束后，應當第一時間著手改善土質的工作，盡可能地加快開挖地表的生態恢復速度。

4.結語

綜上所述，水工環地質勘察工作的主要環境問題，在于勘察作業面形成過程中的土石方開挖以及廢棄物排放。因此為了降低地質工作的環境破壞與擾動影響，需要從兩個方面來進行，一是采用先進的高精度勘察探測技術，盡可能地減少勘察作業的開發破壞活動，二是處理好傳統槽探、鉆探以及井探等工程的作業污染破壞問題。只有在開展水工環地質勘查工作時，始終以環境可持續發展為指導原則，促進我國環保地質勘查技術理論不斷進步完善。