地質(zhì)調(diào)查與分析在礦山隧道工程中的應(yīng)用探討

張永磊，王 棟

（商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

在進(jìn)行隧道的地質(zhì)調(diào)查的時(shí)候需要調(diào)查的項(xiàng)目比較多，而且都具有專業(yè)性的特點(diǎn)，因此地質(zhì)調(diào)查工作對(duì)調(diào)查人員的專業(yè)技術(shù)能力和對(duì)設(shè)備的使用能力要求比較高。尤其隨著開(kāi)采需求的加大，礦山隧道工程項(xiàng)目也變得越來(lái)越多，同樣地質(zhì)調(diào)查以及隧道建設(shè)的難度也變得越來(lái)越高，在地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中采樣和數(shù)據(jù)整理的時(shí)候可能會(huì)遇到各種復(fù)雜的問(wèn)題，地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的出入或地下情況較為復(fù)雜難以進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，需要通過(guò)多種方法進(jìn)行綜合勘探。目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外在地質(zhì)調(diào)查勘探中所用到的方法主要有物探法、鉆探法、勘探法、遙感技術(shù)等[1]。無(wú)論基于哪種方法在進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查之前都需要先做好相應(yīng)的信息收集和分析，并作為進(jìn)一步勘察的前提材料。如果地質(zhì)勘探資料不準(zhǔn)確，在后期施工中可能會(huì)遇到一些突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害，可能造成比較嚴(yán)重的損失，要盡可能地保持地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)和材料的準(zhǔn)確性。

1 礦山地質(zhì)隧道調(diào)查的相關(guān)介紹

在落實(shí)地質(zhì)調(diào)查工作之前需要先做好相關(guān)材料的收集和準(zhǔn)備工作，根據(jù)調(diào)查的目標(biāo)和要求以及相關(guān)的規(guī)范要求設(shè)計(jì)整個(gè)地質(zhì)調(diào)查的工作流程。在調(diào)查之前首先獲取系統(tǒng)隧道建設(shè)的相關(guān)資料，根據(jù)資料確定隧道的位置、規(guī)模和需要占的區(qū)域位置。從地質(zhì)調(diào)查專業(yè)的角度對(duì)該區(qū)域地質(zhì)材料進(jìn)行收集，為后續(xù)的地質(zhì)調(diào)查做好準(zhǔn)備工作。所收集的前期材料應(yīng)包含本地的地質(zhì)地貌材料、本地的地質(zhì)狀況調(diào)查報(bào)告、本地的自然環(huán)境和降水環(huán)境、地震歷史等相關(guān)材料，并以此為基礎(chǔ)，做好下一步的初步勘探和詳細(xì)勘探[2]。在勘探的過(guò)程中還要考慮到歷史資料的時(shí)效性，因?yàn)橛行v史資料因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)以及當(dāng)時(shí)的相關(guān)檢測(cè)設(shè)備和科研技術(shù)并不是很成熟，不可避免地會(huì)存在一些歷史資料與真實(shí)情況不對(duì)應(yīng)的情況，相關(guān)的材料可以作為重要的參考依據(jù)，但絕對(duì)不可作為判斷性語(yǔ)句，以免因材料失誤導(dǎo)致后期的判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤。

在正式調(diào)查之前從相關(guān)部門獲取本地區(qū)的地形圖，然后再結(jié)合本地區(qū)的隧道修建需要選擇最合適的線路，對(duì)所選區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)都需要進(jìn)行地質(zhì)勘察。而對(duì)于一些較為大型的隧道工程，除了根據(jù)本地區(qū)的地形材料之外，還可以借助航空攝影技術(shù)對(duì)本地區(qū)的山脈走向、地貌特征采集影像資料，并以此為基礎(chǔ)確定整個(gè)的隧道建設(shè)選擇方案。有些大范圍區(qū)域也可以通過(guò)衛(wèi)星影像，但衛(wèi)星影像圖大多比例尺過(guò)大，無(wú)法獲取一些細(xì)部的資料[3]。因此，基于衛(wèi)星攝影及遙感影像圖可以做好一個(gè)宏觀上的調(diào)查和分析，但是對(duì)于一些細(xì)節(jié)上的仍是需要人工現(xiàn)場(chǎng)勘查或借助于無(wú)人機(jī)低空遙感測(cè)繪技術(shù)[4]。無(wú)論是衛(wèi)星遙感資料還是無(wú)人機(jī)低空遙感資料都要盡可能地保證所有的材料都是最新的，而我國(guó)部分地區(qū)的山區(qū)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)并不是很穩(wěn)定，通常情況下，本地區(qū)出現(xiàn)地震、洪水活動(dòng)之后本地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也可能會(huì)發(fā)生變化，因此勘探人員所獲得的地質(zhì)材料必須是最新的。假如本地區(qū)發(fā)過(guò)生過(guò)山體滑坡洪水和地震之后，還需要考慮到這些自然因素對(duì)原本地質(zhì)材料的準(zhǔn)確性所造成的影響，結(jié)合具體的情況選擇相應(yīng)的勘察方法。

2 斷層法在礦山隧道地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)斷層對(duì)隧道的危害

地質(zhì)斷層是礦山隧道災(zāi)害中最常見(jiàn)的一種災(zāi)害類型，同時(shí)也是危害性較為嚴(yán)重的一種災(zāi)害類型，也是導(dǎo)致隧道可能會(huì)出現(xiàn)斷層塌方事故的一個(gè)主要因素。比如當(dāng)年在2008 年所修建的安川高速的隧道施工過(guò)程中，在不到一年的期間內(nèi)因斷層因素引發(fā)了將近50 多次的塌方。直接增加了該隧道工程再建設(shè)期間的安全管理難度，造成了大量的財(cái)產(chǎn)和資源的損失。礦山隧道工程出現(xiàn)斷層災(zāi)害不僅會(huì)影響到整體的施工進(jìn)度，導(dǎo)致各種成本的支出，嚴(yán)重情況下還可能會(huì)引發(fā)災(zāi)難性事故，導(dǎo)致施工人員的死亡。后續(xù)投入使用之后也可能會(huì)在受到一定的地質(zhì)影響之后發(fā)生塌方，后果更是不堪設(shè)想。

2.2 對(duì)地質(zhì)斷層調(diào)查的必要性

現(xiàn)階段，我國(guó)多條隧道工程在施工之前都會(huì)對(duì)地質(zhì)斷層的情況進(jìn)行勘探和調(diào)查，但最終調(diào)查的結(jié)果還可能會(huì)受到各種因素的影響，導(dǎo)致結(jié)果與實(shí)際情況存在著較大的出入。比如對(duì)斷層的位置無(wú)法準(zhǔn)確地標(biāo)注出來(lái)，甚至有一些斷層根本無(wú)法勘測(cè)出來(lái)，等后期施工中還會(huì)造成更大的影響。尤其在后續(xù)的施工中如果不注重對(duì)相應(yīng)防護(hù)措施的落實(shí)而盲目推進(jìn)施工的話，可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。因此，施工單位的勘察人員在斷層勘察時(shí)，需要結(jié)合具體的設(shè)計(jì)文件進(jìn)行全方位的審查，分析圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖紙中存在著不科學(xué)、不完善的地方，要與相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通并基于對(duì)勘察資料的采集，進(jìn)一步完善圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

2.3 對(duì)于礦山隧道中地質(zhì)斷層調(diào)查的項(xiàng)目和方法

在礦山隧道地質(zhì)斷層調(diào)查中，其主要的任務(wù)就是要通過(guò)一系列的調(diào)查工作確定礦山隧道中斷層的位置，盡可能地將斷層位置準(zhǔn)確地標(biāo)注出來(lái)。通過(guò)調(diào)查資料分析斷層的寬度以及長(zhǎng)度和周圍破碎帶的具體分布情況。同時(shí)結(jié)合具體的圖紙對(duì)隧道施工中可能存在的地質(zhì)斷層進(jìn)行全方位的勘探和排查，確保所有的斷層位置以及可能出現(xiàn)的新斷層位置都要勘察清楚，如果發(fā)現(xiàn)原本設(shè)計(jì)圖紙存在著遺漏的地方要及時(shí)地進(jìn)行標(biāo)注，并保障標(biāo)注的準(zhǔn)確性和合理性。通過(guò)采集斷層帶中泥石和泥土的含量比例，分析斷層帶的巖層構(gòu)造特征。對(duì)所有的斷層再進(jìn)行排查，是否存在著礦泉水的流出，如果有泉水出現(xiàn)，則需要對(duì)該地區(qū)的水文資料進(jìn)行收集。

調(diào)查方法：針對(duì)斷層的調(diào)查，通常最直接的方法就是對(duì)其特征的直接觀察，看是否存在著明顯的斷層現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)現(xiàn)明顯斷層點(diǎn)時(shí)要由外而內(nèi)進(jìn)行斷層分析。其次通過(guò)對(duì)本地區(qū)的走訪，從當(dāng)?shù)厝说目谥辛私庠摰貐^(qū)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的地質(zhì)災(zāi)害，該地區(qū)斷層表面的地質(zhì)特征，確定該地區(qū)斷層的大致情況。在確定斷層帶的位置之后，相應(yīng)的地質(zhì)調(diào)查人員需要根據(jù)斷層的走向以及斷層帶的特征，對(duì)下部的地質(zhì)情況進(jìn)行進(jìn)一步的分析，必要的情況下可以通過(guò)探槽和淺坑的方法來(lái)收集下方的地質(zhì)樣本進(jìn)行分析。再結(jié)合其他方面的調(diào)查工作，比如地表以及水文內(nèi)容的調(diào)查材料，完成對(duì)于調(diào)查報(bào)告的地質(zhì)填圖。在收集斷層材料的時(shí)候，可以通過(guò)導(dǎo)線法和結(jié)合交匯法來(lái)分析出斷層的寬度。

3 礦山隧道水文地質(zhì)材料的勘察和收集

地質(zhì)水文材料的勘查被廣泛應(yīng)用到各種項(xiàng)目上，包括隧道建設(shè)項(xiàng)目、資源勘探項(xiàng)目、建設(shè)工程勘察項(xiàng)目等，在勘察過(guò)程中所用到的技術(shù)種類比較多，主要包含以下5 種技術(shù)，分別是水文地質(zhì)遙感探測(cè)技術(shù)、水文地質(zhì)地球物理勘探、水文地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)、鉆孔水文地質(zhì)調(diào)查技術(shù)、水文動(dòng)態(tài)觀測(cè)調(diào)查技術(shù)。

3.1 遙感探測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)潔且效率較高的方法，其原理就是通過(guò)衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)所拍攝的空中遙感影像來(lái)分析目標(biāo)隧道內(nèi)的地下水的分布和含量情況，結(jié)合遙感圖片可以從大范圍上對(duì)本地區(qū)的水文情況進(jìn)行大方向的推測(cè)，因此該方法只適合一些宏觀上的調(diào)查，而且部分區(qū)域的地質(zhì)特征比較復(fù)雜，基于遙感圖像并不能夠?qū)ο旅娴恼鎸?shí)水文情況做出合理的推測(cè)，因此通常需要經(jīng)驗(yàn)豐富的人員對(duì)遙感圖像進(jìn)行分析才可以得出相應(yīng)有用的資料，遙感圖像往往需要與其他方法結(jié)合之后才可以保證其精準(zhǔn)性。

3.2 地物勘探法

地物勘探法是在地質(zhì)勘探中應(yīng)用的一個(gè)較為成熟的技術(shù)之一，該技術(shù)是一種基于間接分析原理所實(shí)現(xiàn)的水文勘探方法。比如通過(guò)對(duì)該地區(qū)的地震波特征進(jìn)行分析，對(duì)下方的水文特點(diǎn)做出相應(yīng)的推測(cè)。

3.3 水文地質(zhì)測(cè)繪

該方法主要針對(duì)可能影響到地下水分布的地形地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查測(cè)繪，再結(jié)合遙感調(diào)查的水文資對(duì)隧道建設(shè)區(qū)域下方的水文地質(zhì)情況進(jìn)行分析，推測(cè)出在隧道下方的水文地質(zhì)情況。

3.4 鉆孔水文勘探技術(shù)

鉆孔勘探技術(shù)的方式比較直接，根據(jù)具體的勘探需要直接對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行鉆孔，通過(guò)鉆孔分析不同地層地區(qū)的含水情況，可以更精確地得到含水層的厚度和深度資料。通常情況下，在進(jìn)行鉆孔勘探時(shí)需要結(jié)合其他已經(jīng)獲得的水文勘探資料，并對(duì)其之前的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)才會(huì)使用到該方法。因?yàn)樵摲椒ǖ某杀颈容^高，效率比較慢，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大，只有在確定關(guān)鍵的勘探點(diǎn)之后才會(huì)進(jìn)行鉆孔。

3.5 水文資料的觀測(cè)調(diào)查技術(shù)

該技術(shù)是指通過(guò)前方一系列的水文資料調(diào)查方法之后，大致確定了水文資料的特征，然后在特定的位置安裝相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備來(lái)收集水文變化的相關(guān)資料。為了確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和代表性，相關(guān)的地質(zhì)調(diào)查人員需要對(duì)該地區(qū)的地形、隧道建設(shè)位置非常熟悉，選擇具有代表性的位置進(jìn)行檢測(cè)，以了解地下水的變化規(guī)律和動(dòng)態(tài)特征。[5]

4 礦山隧道工程中巖溶地質(zhì)的調(diào)查技術(shù)分析

巖溶是一種相對(duì)特殊的地質(zhì)情況，在我國(guó)南方地區(qū)遇到的概率比較高，由于巖溶地質(zhì)的不穩(wěn)定性較強(qiáng)，隧道施工經(jīng)過(guò)巖溶路段的時(shí)候一定要強(qiáng)化相應(yīng)的防護(hù)體系。在施工中所引發(fā)的震動(dòng)或者其他的操作很可能會(huì)引發(fā)洞內(nèi)泥石流或涌水情況的發(fā)生，如果泥石流或涌水面比較大而且較為兇猛的話，很可能會(huì)威脅到作業(yè)人員的生命安全，通常在不同的地質(zhì)構(gòu)造條件下所形成的巖溶規(guī)模也會(huì)有所不同，因?yàn)槠洳煌牡刭|(zhì)構(gòu)造特征也會(huì)影響到整個(gè)巖溶的大小和規(guī)模。在對(duì)于巖溶地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查時(shí)所用的技術(shù)一共有兩種，分別是地質(zhì)測(cè)繪和地球物理探測(cè)。

4.1 地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)

巖溶勘探的測(cè)繪技術(shù)主要包括地表測(cè)繪和洞內(nèi)調(diào)查兩方面的為內(nèi)容，其地表測(cè)繪的目的主要是為了了解巖溶區(qū)域的表層分布特征以及地下水的分布情況，其需要測(cè)繪的項(xiàng)目一共包含以下三點(diǎn)：對(duì)巖溶何非巖溶地質(zhì)在垂直方向上的分布情況進(jìn)行檢測(cè)；通過(guò)測(cè)繪分析在巖溶區(qū)域內(nèi)不同位置的力學(xué)結(jié)構(gòu)特征；根據(jù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的巖溶洞層的特點(diǎn)以及天然漏水點(diǎn)的分布情況，分析是否因?yàn)榈叵掳岛佣纬傻膸r溶地層。

在進(jìn)入洞穴內(nèi)調(diào)查時(shí)需要做好兩方面的工作，首先要分析洞穴特征以及地質(zhì)構(gòu)造之間是否存在關(guān)系，分析地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)與本地區(qū)的地質(zhì)類型是否吻合。其次分析對(duì)于地下水的來(lái)源和流向與地表水之間是否存在聯(lián)系，并以此為基礎(chǔ)對(duì)本地區(qū)地質(zhì)水文資料進(jìn)行完善，作為隧道后期施工過(guò)程中重要的水文參考資料。

4.2 地球物理勘探

正如前文所說(shuō)，該方法是一個(gè)間接的勘探方法，通過(guò)對(duì)該地區(qū)施加特定的物理特性來(lái)分析地質(zhì)情況，比如說(shuō)常用到的聲波探測(cè)閥、電位法、電磁法等。在勘探巖溶地支的時(shí)候，通常用到的為電位法和高密度電阻法。

5 礦山隧道工程中礦層地質(zhì)調(diào)查技術(shù)

在礦山隧道工程或者是礦層開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)原本所處的狀態(tài)會(huì)受到外界的影響而發(fā)生變化，導(dǎo)礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變動(dòng)。對(duì)此，在挖到礦層的時(shí)候，如果不采取合適的開(kāi)采技術(shù)與方案，就會(huì)引起工程突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，影響到工程的進(jìn)一步施工，造成重大安全事故的發(fā)生。

（1）地質(zhì)構(gòu)造超前探測(cè)。結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造超前探測(cè)的形式，能夠較好地進(jìn)行礦層的抽采，同時(shí)在施工的過(guò)程中，需要及時(shí)記錄好其中所出現(xiàn)的異常情況，針對(duì)這些異常情況需要采取相對(duì)應(yīng)的措施，明確地質(zhì)所發(fā)生的變化，對(duì)突出風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效識(shí)別并加以控制。（2）礦層厚度的超前探測(cè)。探測(cè)礦層厚度能夠有助于調(diào)查人員更加清晰地了解到礦層形成的具體情況。結(jié)合采鉆孔技術(shù)，能夠明確具體的參數(shù)。（3）連續(xù)參數(shù)監(jiān)測(cè)。連續(xù)參數(shù)監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)地質(zhì)當(dāng)中的各種參數(shù)，及時(shí)通過(guò)瓦斯參數(shù)的變化分析出當(dāng)前地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況。

6 結(jié)語(yǔ)

為了保障礦山隧道施工的安全性，在勘察設(shè)計(jì)階段應(yīng)做好對(duì)于礦產(chǎn)隧道區(qū)域的全方位地質(zhì)調(diào)查工作，在地質(zhì)調(diào)查工作落實(shí)之前應(yīng)充分地收集所需要的各種資料，選擇合適的方法和技術(shù)手段對(duì)隧道區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)和風(fēng)險(xiǎn)時(shí)及時(shí)標(biāo)注在相應(yīng)的設(shè)計(jì)文件上。一定要細(xì)化地質(zhì)勘察工作，確保能夠發(fā)現(xiàn)所有潛在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。由于地質(zhì)調(diào)查具有一定的復(fù)雜性特征，地質(zhì)調(diào)查之前需要確保勘探人員的技術(shù)水平，選擇合適的儀器調(diào)查設(shè)備，按照科學(xué)合理的方法進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，并保證調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。