地质调查与分析在矿山隧道工程中的应用探讨

梅 宏

（上海同济检测技术有限公司，上海 200000）

在当前的地质调查工作开展中，由于涉及的地质调查内容较多，对于技术人员的要求非常高。尤其是当前隧道工程的项目逐年增多，施工的难度也在不断增加，经常会遇到各种复杂地质问题，虽目前国内外已有各种先进的勘探、物探、钻探等技术，但如果没有做好相关地质调查与分析工作，未能全面掌握隧道地质基础信息，仍可能导致勘察、设计及地质预测预报结果偏差，极有可能在隧道施工当中因特殊不良地质而引发各种地质灾害事故，造成巨大的损失。因此，本文分析矿山隧道施工前和施工过程，开展地质调查与分析工作极为重要。针对矿山隧道各项地质调查技术应用展开探讨。

1 矿山隧道地形地貌调查分析

在展开矿山隧道工程的地质调查过程中，应根据矿山隧道不同设计阶段的任务、目的和要求，针对公路等级、隧道的特点和规模，确定搜集、调查资料的内容和范围，并认真进行调查、测绘、勘探和试验。调查的资料应齐全、准确，满足设计要求[1]。在资料搜集时应当包括：地形地貌资料、工程地质状况、地质测绘、隧道的温度与降水等气象资料、地震历史和周边环境等。主要调查步骤为：踏勘、初勘和详勘，如下图。

在地质结构的调查工作中，一般的情况是从国家测绘系统取得一定比例尺的地形图，目的是进行路线的规划或者用于矿山隧道不同方案之间的比选，也可以搜集控制比较严格的航空照片，主要是用于一些重要的长大矿山隧道[2]。地质结构发育资料的调查比较重要，它是进行线路选择、线形确定、用地以及自然环境、地形地质判读的基本资料，一般都需要在现场进行实地核查。尤其现在随着国家矿山开采事业的不断发展，矿山地质结构发展的实际情况与地形图显示有所出入，所以在进行选用地形图规划设计是应选用恰当的最新的地图为主。

2 矿山隧道断层地面地质调查技术的应用探究

2.1 矿山隧道断层危害分析

在矿山隧道的地质灾害当中，断层属于是最为常见同时危害性也是最大的一种，是造成矿山隧道工程施工中塌方的最为直接因素。在2008年到2009年的上半年，安川高速的隧道施工当中就共计发生了50多起塌方事故，在这些事故当中大部分都是因为位于断层处所引起的。

矿山隧道断层的危害不仅会增加整个工程施工的时间，加大人力成本以及施工成本的支出，同时也会导致整个工期延误，严重的还会导致施工人员伤亡。

2.2 断层地面地质调查重要性

在目前国内的许多矿山隧道项目施工之前都会进行断层地面的调查与勘测，但是由于受制于勘察设计的精确度与其它原因的限制，往往勘察出来的数据存在不精准的情况，导致断层的位置无法准确识别出来，甚至还会出现遗漏的情况。在施工过程当中由于存在地质勘察技术滞后的情况，时常会引发严重的地质灾害[3]。因此，施工单位的勘察人员在进行断层地面的地质调查时，首要的任务应当是针对设计单位所提供的设计图纸进行严格的复查，确保图纸的准确性，同时针对图纸当中不完善的地方，在工作调查中逐步完善与补充。

2.3 矿山隧道断层地面地质调查内容与方法

2.3.1 调查的内容

在矿山隧道断层地面地质的调查过程中，其调查的内容主要有：第一，通过初步的调查工作的开展，确定矿山隧道当中断层的较为准确的位置，以及断层当中破碎带的宽度与长度，破碎带周围的围岩具体情况；第二，根据设计图纸当中可能存在的较大规模的断层遗漏的情况，需要先逐一对断层进行严格仔细的排查，要确保设计图纸当中所标示出来的断层位置都是正确的，针对有遗漏的地方需要及时进行勘察与测量；第三，根据断层破碎带当中的岩石组成和含泥量等特点，确定断层构造岩的结构；第四，针对断层的地方进行逐一的调查，查看断层当中是否有泉水出露，如果有泉水出露，则要详细调查与了解泉水的性质和分布的具体特点，判断涌水情况[4]。

2.3.2 调查的方法

（1）在针对断层的地质调查当中，最为有效也是最为基本的方法就是直接观察，从外到内进行观察，查看断层处的自然迹象。

（2）走访调查，在矿山隧道施工的过程中，走访调查是一种能够快速获取必要信息，帮助调查人员更好地了解到当前施工路段的地质情况的一种方法。在走访调查当中，调查人员需要对当地的居民进行访问，了解矿山隧道施工路段当中的地质情况；

（3）通过调查发现了断层以后，调查人员应当沿着断层的走向，寸照断层破碎带露头。在这个过程中，还可以结合探槽和浅坑等方式深入了解地质的情况。

（4）根据其它的调查，如地表地质与水文的观察，进行必要的地质填图工作。在这个过程中，可以结合交汇法或导线法确定断层位置。结合地质投射法进行测量，确定断层的宽度。

3 水文地质调查技术的应用探究

3.1 水文地质调查技术分析

水文地质调查的应用范围极广，包括了隧道项目、资源勘察等，因此所涉及到的技术也非常多，如图3。总的概括起来，包括以下几种：

（1）水文地质遥感探测技术，该技术主要是通过结合遥测影像的方式去推测出所探测的隧道地下水质的情况。结合遥感影像，如图1，可以获取到航空照片，通过该照片能够判断出地质的构造情况。结合水文地质遥感探测技术，可以帮助调查人员规避一些不良水文地质区域。但是由于这种方式属于是宏观的调查方式，因此需要调查人员具备较为丰富的经验，能够结合相关数据进行准确的判断。

图1 遥感影像

（2）水文地质地球物理探查技术，该技术属于是一种间接分析技术，主要是通过利用地质材料与地下水体物理性质差异的区别进行分析。比如，在结合震测探查法的情况下，通过受波器来接收震波在地质当中的变化情况并进行记录，以此来分析水文地质的具体特性。

（3）水文地质测绘技术，该技术当中主要针对与地下水有关的地形、地质的调查测绘，在通过水文地质遥感测绘的检查，对矿山隧道施工路段有一定的了解情况下，再结合水文地质测绘技术进行深入的了解，调查地下水的分布情况。

（4）钻孔水文地质调查技术，该技术主要是由钻孔与岩心直接探查含水层的位置。厚度与深度等相关信息。在结合钻孔水文地质调查技术开展调查的时候，应当要确保已经取得较好的前期调查成果，要确定本次矿山隧道施工的路段的情况下才应当结合钻孔水文地质调查技术进行工作的开展。在采用了钻孔水文地质调查技术后，应先找到孔位并布置完毕以后，然后开始钻孔与调查。由于钻孔的费用较高，对此需要确定清楚孔的位置然后才开始施工，确保孔位的准确性。

（5）水文动态观测调查，该调查方式指的是在确定了具体的位置之后，安装专门的仪器如水压计，以此来观测水文变化的情况。对此，调查人员需要非常了解矿山隧道施工的路段，针对矿山隧道施工路段当中的地下水情况找到具有代表性的位置，然后进行检测，要了解清楚该地段当中的地下水流向和水量的情况，通过仪器检测了解地下水的动态变化规律。

3.2 水文地质分析方法

在针对水文地质的调查当中，由于矿山隧道工程中其地下水流场往往所覆盖的范围极大，涉及到整个集水区，对此，如果仅仅只是结合水文地质调查方法可能无法很好的调查清楚整个区域的情况，对此，需要通过结合其它的相关分析技术共同进行。

在针对地下水渗流情况的分析技术当中，传统的分析技术大多主要是以理论的方式来进行。但是在实际的隧道工程的勘测过程中，由于矿山隧道大多要穿越陡峭的山区，地形极为复杂，比起平原地区的水文情况而言，矿山隧道工程当中水文情况则要复杂上许多，如果仅仅是依靠理论公式进行解析，往往难以较为全面地描述清楚山区复杂的情况。随着这些年计算机技术的发展，其运算的能力不断提高[5-7]。

3.2.1 MODFLOW分析法的分析基本原理

在地下水的分析当中，MODFLOW有限差分析法具有较高的准确性，目前已经获得了许多国家的认可。结合MODFLOW有限差分析法展开分析，主要用来描述，密度恒定情况下的地下水流动情形，主要以二维。三维饱和地下水流方程式进行表示，如下。

在该方程公式当中，Kxx，Kyy，Kzz分别为多孔介质体于x，y，z方向的水力传导系数；Ss为比贮水率；h为水头；W为净源汇量；t为时间。

3.2.2 模式建立要点

（1）研究范围拟定。在水文地质概念模式的建构当中，首先需要对准备要研究的区域范围进行确定。以矿山隧道工程作为案例进行分析，主要研究矿山隧道项目当中所要经过的所有邻近区域的水文地质情况。

（2）地形数据整合。在确定了研究的范围之后，接下来就要进行研究区范围的地形图资料的搜集，作为基本地形立体模型架构建立的主要依据，把搜集到数据转化为模型。

（3）地质数据整合。针对研究的区域当中的所有地质资料进行搜集与整理，主要是了解当前的地质情况与空间分布情形，同时把搜集到数据进行地质信息数化，建立概念模型。

4 岩溶地质调查技术应用分析

4.1 岩溶地质调查分析

岩溶属于在南方地区施工当中经常会遇到的地质现象之一。当矿山隧道施工的时候，在通过岩溶区域时，一旦没有做好相应的防护措施，极为容易引发涌水以及洞内泥石流等大型的地质灾害，严重的还会影响到施工进度和危险人身安全。而岩溶的发育与所处的地质构造条件之间极为密切，地质构造不仅控制着岩溶的发育方向，同时还会影响到其发育的规模和大小，如图2。

图2 岩溶

4.2 岩溶地质调查技术分析

4.2.1 地质测绘

你是了解我的小兰，我真的被李老黑暗算了，要不我怎么会办那样不要脸的事。我还怀疑，那天是李老黑把我灌醉后给拖过去的。再说，我已经醉成了一摊烂泥，就是真的跟李金枝钻了一个被窝，我也不敢对她怎么样啊。小兰，我可是清白的，你要相信我。你要不相信，我真是跳进黄河洗不清了。

在地质测绘当中主要包括了地表的测绘和洞穴的调查，地表的测绘当中要求技术人员要弄清楚岩溶现象的分布以及岩溶地区当中的地下水分布情况。主要的内容包括：①测出岩溶与非岩溶地质在水平与垂直方向上的分布情况；②实地测绘厂区岩溶地层内的各种不同力学性质结构面的情况；③要根据当前岩溶地层的各种天然与揭露水点的分布情况，检测和分析其是否与暗河有关。而在洞穴调查的工作开展当中，主要包括以下两个方面：第一是要调查清楚洞穴的形态特征和地质构造之间的关系，从而为研究岩溶的发育规律提供必要的基础；第二是要分析清楚地下水系的来龙去脉，弄清楚地面天然水点之间的联系。

4.2.2 地球物理探测

在地球物理勘探技术当中，主要是通过运用物体之间的不同物理特性来有效区分各种物体，而根据不同物体的特性在采用物理勘探的方法上也会有所区别。比如电磁法、声波探测和电位法等。而在针对岩溶病害进行探测的时候，经常会采用的方法有自然电位法和高密度电阻率法，如图3、图4。

图3 自然电位法

图4 高密度电阻率法

5 矿层地质调查技术应用分析

5.1 矿层地质调查技术的重要性

在矿山隧道工程或者是矿层开采的过程当中，矿产结构原本所处的状态会受到外界的影响而发生变化，导矿产结构出现变动。对此，如果在挖到矿层的时候，如果不采取合适的开采理技术与方案，则会引起工程突发风险，影响到工程的进一步施工，造成重大安全事故的发生。

5.2 矿层地质调查的主要内容分析

地质构造超前探测，结合地质构造超前探测的形式，能够较好地进行矿层的抽采，同时在施工的过程中，需要及时记录好其中所出现的异常情况，针对这些异常情况需要采取相对应的措施，明确地质所发生的变化，对突出风险进行有效识别并加以控制。

矿层厚度的超前探测。探测矿层厚度能够有助于调查人员更加清晰地了解到矿层形成的具体情况。结合采钻孔技术，能够明确具体的参数。

6 结论

在矿山隧道工程项目勘察、设计及施工等阶段，应针对矿山隧道进行全面地质调查与分析工作，以地质调查、分析为基础，采用各种先进勘探、物探或钻探技术手段，才能更加全面掌握隧道地质信息，及时发现隧道可能存在的不良地质灾害与其风险。不同的调查工作所涉及到的技术与调查内容都会有较大区别，对此，需要配备足够专业且经验丰富的地质工程师，投入足够调查仪器设备。同时要严格要求调查人员，按照制定的调查方案与内容进行调查，确保数据的准确性与真实性。