基于环境保护下水工环地质勘察工作分析

戴 雷

（中国地质大学（北京），北京 10083）

水工环地质勘察是各项工程建设以及地质环境灾害监测项目中，所必须开展的调查工作，其目的在于为上述项目提供地层结构、水文条件、岩土类别、埋藏深度以及岩层分布规律等物理力学性质。这样的地质信息，将有助于项目开展时合理利用空间基土资源与规避地质灾害。但现如今多数水工环地质勘察工作由于缺乏环境保护的工作视野，容易因技术工艺选取不当或操作不当给调查点的地质环境带来负面的破坏影响，不仅使后续项目顺利开展遇到了极大的障碍阻力，且十分不利于社会效益与生态效益目标的实现。因此深入探讨水工环地质勘察的环保问题，在当下阶段是非常紧要迫切的。

1.水工环地质勘察对环境的破坏影响

1.1 槽探工程对周边环境的破坏影响

槽探工程是一种传统水工环地质勘察工作中，用于揭露基岩来观测地质活动规律，或用于取样检样的坑道挖方工程，因其工程形式多为倒梯形槽状而得名。这样的槽探工程通常深度均在2.5m-3.0m之间，按照水工环地质勘察项目的内容性质以及环境条件不同，分为若干条主探槽与辅助探槽。其中主探槽的分布走向往往与含矿岩层、含水带或围岩砂岩分界线相垂直，这样的探槽内部相当于为地质勘察人员提供了一个天然的地层“横截面”。而辅助探槽则可以视为是主探槽之间用于揭露矿体或地质界限的短槽，通常情况下与主槽平行分布。槽探技术的优点在于地质信息更加直观、施工简便、设备要求条件不苛刻，所以地质勘察周期较短，适用于地质填图以及普查探测等揭露或采样性质的水工环地质勘察项目。

但它的缺点非常显著，首先槽探工程在施工时，不可避免地会直接挖除破坏坑道上方及周边一定区域内的林木、草皮，这显然是一种将该处地貌完全破坏的做法，探槽施工后的地表将彻底失去耕植功能。其次在土石方开挖施工的过程中，由探槽坑洞部位清出的基土很难找到合适的弃土场地进行处理，容易对弃土点的地表植被造成压覆破坏，导致水工环地质勘察区域在几年时间里绿化带面积迅速衰减，生态条件急剧恶化。总的来说，槽探工程的弊端问题在于对地表覆土以上的绿植区域破坏严重，尤其是当勘察地点位于公路、铁路的沿线风景区时，不仅会导致生态退化的问题，更直接影响到地区旅游经济的可持续发展。

1.2 钻探工程对周边环境的破坏影响

钻探工程就是指利用大型钻机设备在水工环地质勘察项目的调查地点，直接以向下深进的方式撷取地层剖面信息的勘察技术。通常情况下在修筑桥基、路基、坝基、港口或其他大型高层建筑项目前，为了了解项目所在地点的地下岩层基础承载力，需要通过向下深进工程钻孔来勘察地下的岩层土质与水文条件，它在防治地下基岩裂除的软泥层、粘土层等软弱地基土质问题上具有非常深远的应用意义。钻探勘察技术通常采用取岩心法，钻孔深度往往在30.0m-100m之间，相比于槽探技术来说，钻探技术的作业面深度更大，获取的地层信息更加全面，但施工难度以及工程作业量也显然不能与槽探技术同日而语。

钻塔工程对环境的破坏主要是对地层的扰动，由于钻孔的布设范围非常广，控制网格内既有自然湖泊河流、又有城乡辖区交界，所以它对于周边环境的破坏影响是非常多样的。首先是工程排放问题，钻进在向下深进的过程中为了避免钻头过热，以及将钻孔冲击下的碎岩土渣全部排出钻孔，会使用特制的泥浆灌进钻孔进行护壁。而这样的清洗液或冷却液将难以彻底回收处理，遗留在钻孔内的泥浆物质将会在土层自然作用下，渗进地下水系或农田土壤，对周边环境造成极大的渗透污染。其次是钻孔会破坏勘察区域的岩体稳定性，若勘察区域存在岩土互层结构，一旦经受钻头的高频冲击，将会进一步演化为地下围岩的碎裂发育状态，使勘察区域松软的坡积土体、岩体更容易进入不稳定的振动状态，最终发展成为岩体滑坡、坍塌、下陷等地质灾害问题。最后是设备进场的环境破坏问题，相比于槽探工程的使用设备来说，钻机设备的体积尺寸以及重量显然更大，且难以拆分。所以为了将钻机设备运输到指定的地点就位作业，必须修筑临时道路。而这样额外的施工内容中很难避免对勘察周边地区进行多次破坏，例如路基填筑的取土破坏、弃土的压覆破坏、混凝土与沥青等硬化施工部位的污染破坏问题。

1.3 坑探工程对周边环境的破坏影响

坑探工程又叫做井巷工程或掘进工程，它在水工环地质勘察作业中经常以浅井、竖井、斜井或试坑等形式出现，坑探工程通常地下开挖深度在10m左右。它与一般钻探工程相比，更利于勘察人员通过下井观察的方法来了解地质结构，所以无论是第四纪松散地层地区还是基岩出露地区，都可以用来作为测绘岩脉宽度、描述岩体风化层厚度以及探测地下水裂缝宽度的主要勘察探测手段。

它对周围自然环境产生的破坏影响在于如下方面：首先是用地破坏，坑探工程的设备机具虽然不像钻探工程那样笨重，但它仍然存在着较大的挖方作业量，而以往传统坑探作业中在山坡、山腰随意堆放的弃石与弃土，正是地区泥石流与山体洪流等地质灾害频发的主要诱因。其次是对下游地势较低地区的影响，坑探工程形成的斜井与钻探工程一样容易使地下整块分布的岩体被碎裂分割，因此在结束勘察作业后，若是回填处理作业流程草草了事，极容易出现垮塌凹陷。而若是水工环地质勘察项目场地位于水平落差较大的地点，坑井垮塌还会进一步引起山体或岩体的崩塌灾害，这对下游的绿植地带无疑是毁灭性的，也容易给周边的村庄带来严重的安全隐患。

2.基于环境保护视角下水工环地质勘察的新技术应用

近年来我国水工环地质勘察行业新型技术的主要研究方向，在于最大程度减少对勘察位置的用地破坏，力求在观测地质现象与规律时，最大程度减少直接开挖或破坏岩层土体揭露地质信息的工程作业量。在这样的研究需求背景下，一种以降低环境扰动为目的的“GPS-RTK”水工环地质勘察技术应声而出。

2.1 GPS-RTK勘察的技术原理与优势分析

GPS-RTK是指将GPS全球定位技术与RTK实时差分技术来收集探测控制地点位置信息的方法，在该技术系统内，首先需要建设至少多台由GPS接收器构成的信号基站，负责调解空地卫星的加密位置电文。当勘察区域同步同时段的观测卫星数量不少于4个的时候，由信号基站将测距码信号的传播时间乘以电磁波的传播速度，得到该位置与不同测距卫星的相对距离，接着再用专业的软件在WCS-84坐标系中分析计算出基站发出测距信号的瞬时坐标。由于GPS全球定位技术的精确度会受到对流层折射误差、卫星轨道误差以及卫星时钟误差等因素的影响，所以需要RTK技术来建立平面控制点，将基准站上的GPS接收器接到的卫星数据电文以数据通信链的形式发送出去，实现流动站与基准站之间的差分数据传输功能。而后根据地面基准站与流动站之间测距数据，生成某个流动站相对于基准站的位置坐标。在RTK实时差分技术的定位辅助作用下，所有流动站坐标位置都是基于基准站所在的空间位置坐标系生成的，因此它可以完全避免GPS距离定位数据的误差问题，将勘察定位测量的误差控制在cm级以上。

2.2 控制测量的布网方案

首先是流动站与基准站之间的配置选点问题，它与传统地质勘察的测量手段不同，并不过多注重站与站之间相互通视关系，所以在测点选择上较为灵活。在水工环地质勘察项目中应用GPS-RTK技术，在布点方案上需要注意如下几个问题：

一是为了避免测距信号出现屏蔽阻挡，基准站与流动站的信号基站设备应当设立在视野较为开阔、且高差较大的位置上；二是点位目标需要清晰可识别，基站的观测视场周围不能出现高度较大的障碍物，以避免接收测距信号的质量效果；三是测距位置周遭200m范围内不能出现高功率无线电设备，以防多路径止电磁波互相干涉引起的衰减问题，同时在高压电网的传送授道周围50m处也不宜设置基站平台，避免重要电气设备被磁化或受到电磁干扰；四是流动站的控制点应当确保利于点位标记长期储存，通常做法是完成7组GPS-RTK勘察测点流动站定位后，用漆涂标志的方式进行刺点，而后再在控制点位置埋设具有中心标志作用的标石。

2.3 测量勘察的结果处理

下面以某地水工环地质勘测项目的开展实际为例，说明GPS-RTK技术在水工环地质勘察工作的结果生成中发挥的重要作用。

某地建设一硝化纤维厂，于某次生产事故导致约2.2t未经处理的工业污水泄漏排放入周围水体中，为了勘察该区域地下水、潜水面以及岩溶层中遭受污染情况，决定在该区域展开水工环地质勘察工作，调查周边环境遭受硝化纤维污水污染情况。在该项目中GPS-RTK技术主要发挥了如下功能优势。

一是减少了实际勘察作业成本，最大程度控制勘察作业的扰动破坏影响。原定勘察计划中，拟定在工厂周边4000m2的区域内，布设15个50m深钻孔作为雷达主测井，布设6个30m深作为联系测井。其中30m联系测井的用途，主要是为了验证雷达勘测点位的潜水面以及溶岩层分布规律，同时对主测井的空间位置进行控制。因此原本需要钻机作业的6个联系测井，可以由GPS-RTK软件提供的三维数据图来代替，这种三维数据图的纵向探测深度约为10-15m，可以基本满足该区域的勘察工作的网格布孔控制需求。

二是帮助水工环地质勘察人员猎取地质的精确数据，该勘察项目中为了找出地质环境污染源的分布流向，缕清污染缘由，主要是采取了如下措施：使用集装箱对雷达勘测点位进行GPS-RTK技术试验，若试验结果证明临近的两个测点之间不存在互相连通污染的趋势，那么仅需使用GPS-RTK技术来观测临近钻井潜水面是否存在悬浮污染物来佐证结论即可；但若试验结果表明两个测点之间存在连通污染关系，虽然并未直接观测地下潜水面情况，但可以根据溶岩层、地下分布水层的遍布发展规律，来推断潜水面污染物的饱和状态。

3.传统水工环地质勘察技术的环保优化措施

3.1 完善环境补偿机制

水工环地质勘察往往是周期较为缓慢且系统化的工作，对于不可避免地槽探、钻探及井探作业内容，首先应当在项目开展初期，对勘察工作的环境破坏力度进行评估调查，根据勘察地点的自然属性来分析环境的可承受破坏限度，这样才能遵循环境保护原则开展后续的勘探调查作业。例如在探槽、探孔以及探井的位置选择上，应当尽可能地绕开水源涵养的功能湿地、自然风景保护区等生态脆弱环境，尽量将可绿化修复的土地作为勘察活动开发破坏的合理场所，采用合适的勘察技术最小化，合理规划勘察作业临时道路或土石挖方的弃土与借土场地，在勘察作业进行时，应同步开展植树绿化工程，包括项目临近岩体的边坡绿化防护、耕植土壤的属性改良以及乔木灌木种植，做到“破坏一处、修复一处”。当在水工环地质勘察作业时发现了环境的异常问题，应当立即停止作业并查清环境扰动影响根源，展开针对性的挽救措施恢复生态条件后方可继续勘察作业流程。

3.2 处理好地质工作的污染排放问题

一是废水污染问题，应当在水工环地质勘察作业地点建设一处污水处理站，尽量收集自然降雨，经过沉降池循环净化后投入给地质工作的机具设备使用。同时还要将污水处理单元与地下水系的联系完全切断隔绝，避免周边地下水系与水源地受到废水渗透污染。而过量的泥浆处理，则可以采用添加胶结剂的方法加速固化过程，等到其完全凝固后统一运输出勘察地点进行集中处理。

二是气体废弃物处理，每当开展爆破作业或土石方开挖时，应当在现场同步开展洒水降尘，并在周围设置一定高度的绿化带，避免施工扬尘逸散到大气环境，给周边地区带来空气质量问题。

三是固体废弃物处理，尤其是土石方开挖留下的碎石、渣土、块土。应当合理规划弃土场的位置以及堆土高度，不得在高差、坡度较大的位置随意堆砌固体废弃物，避免给地势较低的地点带来泥石流、滑坡等地质灾害。

3.3 落实勘察孔坑洞的封孔回填工作

最后是勘察作业的孔坑洞回填处理，对于槽探工程这种开挖深度较浅的部位，应当建立地质勘察土石方作业的台账，合理平衡借土用土关系，暂时堆放等待回填的土体，应当定期以浇水临水的方式来提高土体的湿润度，避免过度暴晒沙化失去耕植功能。等到勘察作业结束后，应当第一时间着手改善土质的工作，尽可能地加快开挖地表的生态恢复速度。

4.结语

综上所述，水工环地质勘察工作的主要环境问题，在于勘察作业面形成过程中的土石方开挖以及废弃物排放。因此为了降低地质工作的环境破坏与扰动影响，需要从两个方面来进行，一是采用先进的高精度勘察探测技术，尽可能地减少勘察作业的开发破坏活动，二是处理好传统槽探、钻探以及井探等工程的作业污染破坏问题。只有在开展水工环地质勘查工作时，始终以环境可持续发展为指导原则，促进我国环保地质勘查技术理论不断进步完善。