隧道复杂地质环境下的岩土工程勘察与评价研究

2021-11-30项京

世界有色金属 2021年1期

关键词：岩土围岩矿山

项京

（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101）

改革开放以来，我国工程建设发展迅速，桥梁、隧道、地下工程层出不穷，其中隧道工程在矿业建设中更为常见。本文总结了岩土勘察常用的方法、工程评价内容及注意事项，以期提供系统的岩土勘察理论，对隧道工程勘察具有一定的指导意义和借鉴作用。

1 岩土工程勘察常用方法概述

岩土工程勘察手段较多，包括钻探、物探、地质调查等方法，具体分析如下。

1.1 探地雷达探测法

在岩土工程勘察过程中，经常使用到的勘察方法便是探底雷达探测法，矿脉的形成与复杂多变的地壳活动相关，因此矿山围岩的稳定性也处于不规律状态，部分矿产位于矿山深处，这对于勘察手段的精准度也有了较高的要求。借助高精度探地雷达对于矿山隧道进行探测，能够清楚了解到隧道不同种类风化层的深度和分布情况，这对后续开采计划的拟定有着积极地作用。探地雷达探测法在实际应用中，其工作原理是利用雷达设备，向待测区域释放高频电磁波（频率在几十兆赫至数千兆赫），以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T 送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R 所接收。对于反馈信号进行处理，不同岩土性质的土层其反馈波也存在着差异，利用此特征来明确地层性质和分布情况，为后续开采活动的推进奠定基础。

1.2 跨孔电磁波CT法

在地质工程勘察活动中，跨孔电磁波CT 法也属于常用的技术类型，而且借助该技术绘制的成果图，具备了较高的清晰度，能够对矿山岩层的分布情况进行清晰的呈现，这也在很大程度上提高了设计内容的可靠性和实用性。在跨空电磁波CT 法应用过程中，技术的主要作用原理在于，在待测区域钻取两个探测孔，其中A 孔上架设发出装置，对于孔内进行CT 波的释放，而B 孔则是接收位置，对于电磁波反馈信息进行采集。随后将A 孔和B 孔的工作性质对调，将采集到的所有信息内容进行剖析，使其能够形成完整地测试剖面，得到可靠岩层参数信息。在数据信息采集的过程中，需要根据前期踏勘所得到的数据反馈结果，对于钻孔间距、深度、岩体完整度进行调整，使其能够满足系统的应用需求，得到更加准确地反馈信息。

1.3 地质测绘法

将地质测绘法融入到矿山隧道岩土勘察中的主要目的在于，对待测区域内的基本参数（如地质构造、地形变化规律、地貌特征等）进行采集，同时利用分析结果对岩土地貌内容进行合理划分，从而为后续工作的开展提供数据支持。地质测绘法的应用原理在于，利用岩土岩层的风化情况，对于土层沉积土情况进行合理处理，结合以往的勘测经验，岩土体主要以松散岩土或碎屑岩夹杂碳酸盐岩为主，这些岩土层的稳定性不太稳定，并且含水量相对较较高，很容易导致隧道内涌水的问题，借助地质测绘对于整体情况进行充分掌握，提前做好降水、排水等工作，为矿山开采活动的顺利推进奠定基础。

1.4 岩层钻探技术

在岩土工程勘察活动中，岩层钻探技术也属于常用勘察方法之一，该技术的应用原理是借助钻机在预设点进行钻探，根据采集到岩层样本来判断岩层性质、厚度等参数，属于较为传统的勘察方法。考虑到矿山隧道中可能会存在一些松散或黏性较强的土层，因此为了确保样本的采集数量，会适当融入一些新的钻探技术，如回转钻进技术、护壁处理技术等，在加快钻进速度的同时，也能够有效提升钻机的工作质量。对于采集到的数据信息进行科学性整理，并且对于样本的力学参数进行分析，绘制曲线图，为开采计划的拟定提供可靠的数据支持。

1.5 室内试验技术

虽然室内实验技术的出现时间相对较短，但是目前已经在岩土工程勘察中得到了很好地应用。为了确保试验结果的客观性和可靠性，在实际处理的过程中，需要合理选择与区域岩土性质一致的岩土样品。而且在选择岩土样品时，也需要维持样品的初始形状，利用相关的实验仪器来完成岩土性质的分析工作，并且在实验室的模拟环境中，还可以借助环境来模拟矿山隧道施工过程中，围岩压缩情况、地下水压力变化情况等内容，提前你定好相应的处理措施，同时也积累了较多的数据信息，为矿山隧道活动的顺利进行奠定基础。

1.6 原位测试技术

除了之前提到的勘察技术以外，在岩土工程勘察过程中，原位测试技术也属于勘察过程中常用方法。在该技术应用的过程中，需要做好调零的相关工作，而且还需要对外界温度、湿度等内容做好均衡化处理，避免这些因素干扰到检测结果。该技术在应用中的原理在于，利用装置上的液压静力触探探头，对于待测区域内受力情况进行采集，根据受力分析情况来判断区域土层的分布情况和基础参数。需要注意的是，在落锤自由落体的过程中，需要对初始速度进行控制，同时做好清孔操作，从而提升方法的应用效果，提高检测数据信息的准确性。

2 岩土工程勘察的评价内容

2.1 岩土物理力学指标

在岩土工程勘察评价过程中，岩土物理力学指标属于基础性评估内容，在指标评估之前，会借助室内试验技术、原位测试技术、探地雷达技术对于作业区域的基本资料进行采集，在大数据技术的帮助下，顺利完成指标整理工作，得到最终的评价结果。将评估后的资料和《工程岩体分级标准》中标注的参数进行比对，从而判断出矿山隧道岩土层物理力学指标的合规性，针对相互之间的差异性，搭配超前支护、湿喷混凝土等技术手段进行隧道施工处理，从而起到改善力学指标的作用。

2.2 洞身围岩地质情况

从目前的分类情况来看，通常情况下，会将洞身围岩地质的强度等级分为1 到5 个等级，其中1 级围岩性质最稳定，5 级则属于软弱围岩，性质非常不稳定，若施工过程中存在错误操作，很容易引起隧道坍塌的安全事故。对此，利用工程地质勘察方法对于洞身围岩地质情况进行资料采集，按照相应规范对于洞身围岩的种类、分布、厚度等参数进行确定，针对不同等级围岩拟定相应的处理措施，从而营造出更加安全可靠的开采环境。

2.3 隧道稳定性

在对矿山隧道进行评价时，隧道稳定性也是重要的评价内容之一，在稳定性评价指标中，包括了形变量、用水量、应力分布情况、裂隙参数等，这些内容也是在前期需要做好借助可靠的勘察技术对于作业区域的基本资料进行采集，在大数据技术的帮助下，顺利完成指标整理工作，得到最终的评价结果。由于矿山隧道内部环境的复杂性，因此在实际处理中，可以搭配BIM 技术、数字技术对于矿山三维模型进行制定，这对于提高评价内容客观性有着重要的帮助意义。

2.4 隧道涌水情况

通常情况下，矿脉所在位置附近都存在着地下水，除了自由水形式外，还会以结合水和毛细水的形式存在。在矿山隧道施工过程中，会破坏原来的储水平衡，在应力突然增加的情况下，便会造成隧道内涌水的情况。如果未能及时排除洞外，那么很容易影响到地质稳定性，对于后续开采活动带来较大的负面影响。由此可见，对涌水量的计算和评估也是岩土工程勘察中的重要环节之一。

3 岩土工程勘察的注意事项

3.1 新技术设备的积极引进

新技术设备的积极引进，能够加快岩土工程勘察工作的完成速度，提高勘察结果的完整性和准确性[1]。在实际应用环节中，企业也需要结合目前的预算情况和区域地质情况，拟定合适的新技术设备采购计划，提升新技术设备的适用性。而且企业也不能忽略人才的培训工作，针对新技术设备的操作规范来进行培训，从而将新技术设备的应用优势充分发挥出来，提高数据采集结果的实用性。

3.2 勘察人员综合能力提升

勘察人员综合能力提升，可以提高岩土工程勘察质量，同时也降低了工作期间的容错率，提高了采集数据的准确性。企业在日常工作中，需要做好勘察人员的技能培训工作，除了一些技术操作规范外，还需要做好责任意识、安全意识的培训，使其可以按照既定要求高效完成勘察工作。同时企业也可以推行竞争上岗制度，在每季度或者每月进行一次能力考核，不满足要求的人会调离该岗位，替换储备人才进入，从而营造良好的竞争环境[2]。