探究复杂地质条件矿区的岩土工程勘察方法

曾文超

（江西省勘察设计研究院，江西 南昌 330000）

近几年来，我国在地质勘测大开发方面有着战略性的发展，开展矿区岩土工程勘察和环境修复工作已迫在眉睫。岩场设计是工程的重要组成部分，如矿区岩土工程勘察设计，这些结构的设计，一方面是具有中国国内标准设计背景的设计人员，另一方面是相应的国家规范。不能说两者完全不相容，但两者之间必定存在一定的差异，这将给复杂区域条件下的矿区岩土工程勘察与施工施加些许的困难和阻碍。想要突破这些问题，使得勘察人员能够更优质地适应自己的任务，地面规范体系是不可或缺的东西，也是最能够将勘察任务向前推进的动力和条件，这是岩土工程内最关键的意义和亟待解决的问题[1-3]。

1 基于复杂地质条件下矿区岩土工程勘察的方法

对于复杂地质条件下矿区岩土工程的勘察技术，在我国的发展时间还比较短，一系列的相关知识不够完善，理论体系也没有得到广泛运用，操作和设计的工作人员也缺少相对来说比较全面的岩土勘察经验和实践，这就从根本上阻碍了我国岩土勘察技术向前发展的脚步。我国只有很小一部分的单位可以达到勘察水准，剩下的相关单位测量技术大致不及格，企业的勘察技术略显落后，调查数据往往存在严重的误差。此外，还有抄袭测量数据的情况。对相关技术本身发展的不够重视，导致了矿区工程建设的首先，岩土环境的影响对施工带来了不小的影响，以至于在最大程度上造成工程使用寿命和安全的降低和削弱。

为了满足矿山建设的巨大需求，岩土工程勘察技术的应用逐渐受到相关企业的重视。岩土工程勘察技术包括气象学、岩土力学、化学、环境科学等学科理论，复杂程度很高，需要从业人员具有丰富的经验，以及优秀的实践调查能力，才能彻底掌握这项复杂的技术。对于矿区的岩土工程勘察，以下几项勘探技术是目前比较常见的：①探地雷达探测技术在浅层岩土勘探中具有明显的优势，利用高频脉冲电磁波进行地质探测，有效显示地下介质的层数分布，此检测技术无污染损伤、时间短精度高、对相关技术要求低、无需复杂的人工流程，具有较高的实用性。②CT检测技术比较新颖，最近才开始在国内展露，其通过对地震波的接收检测进行成像分析，有效利用地震波的激发点和接收点进行综合分析，根据地震波形态的变化进行监测，具有较高的准确性和实时性。③TSP探测技术经过了相对优化，通过软硬件的组合进行检测，依靠深度偏移成像方法进行测量，具有精度高的抗环境干扰能力，遥测能力强，可以大大降低对环境的影响。

根据上述内容结合复杂地质条件下岩土工程勘察的特点，从岩石找矿、地基、挡土处理和地基结构四个方面开展了复杂地质条件下矿区岩土工程勘察方法。矿区岩土工程勘察在复杂地质条件下，比较的标准关键在于解决岩土勘察中的问题，其主要问题之一就是参数来源。岩石勘探涵盖了勘探总体、原始定位试验、岩石分类和室内实试等，分析在复杂地质条件下的标准中勘探分区的差异。针对岩石主体设计所需参数，从试验原理、方法、精度等方面评价同一参数在岩土工程规范中的差异，并评价同一参数在不同规范体系中的可替代性。即根据一个范数得到的相同参数是否适用于另一个范数。具体如图1所示。

图1 矿区岩土工程勘察技术路线图

地质条件矿区的岩土工程勘察又称为GIS勘察，这种勘察技术主要通过对数据进行分析和对比的方法来完成，有效筛选出勘察过程中偏差较大的数据，从而提高勘察准确性。这种勘察技术有利于地质数据的输入与储存，增强了矿区岩土工程勘察的专业性及实用性。岩土设计中涉及的止岩参数比较复杂，从试验中直接获得的参数到最终设计的参数，往往需要设计多个参数的转换。工程造价比例涉及到材料、人工、机械等方面的定价，比例比较复杂。埋深越大开采深度越大，变形向地表延伸的时间越长，地表变形值越小变形平缓均匀，但地表移动盆地的范围增大。厚度越大采空区增加的地表变形值越大，若北面矿层总厚度大于南面，则地表变形值也大于南面。当矿体不直立时，其倾斜角越大水平移动值越高，地表裂缝出现的可能性越大，凹陷盆地和采空区的位置越不规则。当覆岩强度高且矿层较厚时，地表变形所需采空区大，破坏过程耗时更长。厚硬岩层长时间不产生地表变形，强度低岩层薄，往往产生较大的表面变形，而且速度快变形不均匀，表面一般不出现裂缝。脆性岩石的表面容易产生裂纹，厚且塑性大的软岩层覆盖硬脆岩层，后者的破坏会被缓冲或被前者覆盖，使表面变形平缓。反之，覆岩软弱层较薄表面变形较快，并容易出现裂纹，当岩层为软硬相间，倾角较大时接触点处往往会出现分离现象。

这个地方采用了一种互联反射的方法，即通过设置相同的条件，按照部分规范可以获得较好的工程特性。也就是说，这部分标准在经济上更好体现。随着计算机的快速发展该技术最初主要用于矿产资源的勘探，现在已广泛应用于地质勘探。随着数据系统的不断完善，矿区岩土工程勘察技术也变得越来越成熟，使用频率也越来越高。矿区岩土工程勘察技术的发展具有很大的必然性，在进行岩土勘察的同时，还可以共享地质资源数据信息，对于我国地质勘察工程的发展具有重大意义。

现场勘察最注重的就是质量问题，为保证现场资料的准确和及时，在勘察开始之前要对每一位勘察操作技术管理人员进行技能和质量安全方面的内容培训。要求钻机材料在开始之前必须是齐全的，不齐全要进行相应的补全。样品要及时打孔，打孔之后再进行其余补充。样品密封后要第一时间送区实验室做化验，且密封要求要严格按照规章制度进行，以此来确保物理指标的准确无误。应测量并记录每孔的岩面和最终孔深，对复杂地貌的分布规模做出准确的形态掌握。在本次调查中为更方便看清底层构造所以进行三孔桩，严格组织室内数据调查报告，在国家规定深度要求下执行一系列强制性规定。对一个明确的目标提出适当的意见，而不是笼统参数提出，想要数据准确就不能采取估算的结果。为了确证工程勘察质量，给出最准确的地质条件数据，调查结果应由总工程师去审查。在水平方向上进行了岩石校勘、种植基础、围护结构和地基处理，并强调了岩石测量与其他部分的关系。从数据试验结果、中间参数和最终设计等方面，对在岩体纵向切入的参数转换过程中进行对比研究。

2 对比实验

2.1 实验准备

在我国，目前还没有相对完善的地质勘探体系，毕竟发展的时间较短，还没有形成具体的流程。再加上各个国家对于地质勘探技术都是呈保守状态，毕竟会牵扯到国家利益的层面，所以要小心谨慎一些。可随着社会的发展，国内外一体化是不可扭转的局势，这也就意味着勘探技术的交流要跨越国际跨越一切鸿沟，这就使我国在复杂地质条件下的勘探技术必须要制定规范标准，才能实现一定意义上的飞速发展。施工前应编制勘察方案，勘察方案的内容要齐全，勘察的目的和要求要设计的明确具体，对应的施工方案要具有一定的合理性。勘探任务的安排要规范，不能急于求成，不能因为种种原因没有明确目标就盲目妥协。勘探开始后要对勘测大纲进行审批，在勘测时应严格按照测量大纲指导进行，不能在勘探开始之后就忽视大纲规章。因采动影响引起的地面变形、开裂、下沉等现象属一综合移动，岩移力量影响很大。据煤矿生产技术科提供的资料，岩移甚至可把预留的宽的煤柱压碎，最终导致地面大幅度塌陷。随着该矿陡倾斜煤层继续向深部开采，地面塌陷的影响深度和影响范围将不可避免地会越来越大。

在某地区进行了对比试验，设立的勘探孔一共有三个，分别是k1、K2、K3，其勘察孔的下探深度相同，下探位置由3个不同的层面组成，其每一层的厚度相近但不相同，由此可以观测出一个更为直白客观的数据，可以使此次实验更有说服性，土层与土层之间保证各层厚度分布匀称，具体参数如以下表1所示。

表1 各勘察孔的底层厚度分布表

由上表可知，结合规定有不同的处理方法有着不一样的数值，想要计算出最终的沉降量，就必须对荷载植长和土层勘察厚度等一系列数据作出研究。

通过对复杂地质条件下矿区岩土工程勘察地层厚度资料的分析，认为该地层为均质地层。因此，根据Li（1，2，3）可确定第1层土壤的平均厚度，同一样品可得到第2层和第3层的高度。国内规则对于偏载时，荷载作用下的基础应力的计算，一般采用等效应基础应力法，即基础应力力和受力距离，如基础力和受力距离的组合，根据平均层厚确定桩的极限承载力，进而得到桩力的设计值。

沿建筑轴线谨慎安置勘探点，点与点之间的距离不要在规范之内。预定深度可能影响地基稳定性，应在洞底基岩表面下钻孔不小于2m。必要时应划定范围，以一柱一桩的基础布置勘探孔。在土洞及塌陷发育区可采用静贯入、轻动力贯入和小直径钻孔等方法，要详细查明分布断层、岩石组构边界、井距、井形、沉降等影响因素。岩土勘察工作的质量直接影响到矿山工程建设的质量和效果，所以在勘察过程中必须注意每一个步骤，准确记录探测过程，在施工过程中严格分析和落实记录数据。有效的质量管理体系可以提高员工的质量意识，提高施工和检测技术规范的程度，有利于责任的落实。管理制度要明确相关的检测标准和勘察方案，使每项工作“有根有据”，保证岩土勘察工作的有序开展。

图2 岩土工程中厚度与荷载关系

2.2 实验结论

根据复杂地质的岩土工程勘探要求安排勘察工作，在土穴和塌方段，在已经开挖的基础槽内放入探头或钎焊探头进行勘察。嵌岩桩内要依次安置勘探点，尤其是大直径的桩内更需如此，勘探要求深度不小于4.5m，大概距离是桩径底部向下2.5倍左右，相邻两个桩之间的底基存在起伏，做些加深会更加合适。为了快速、准确地识别复杂地质现象，各种方法的综合应用和优化是必要的，特别是不同物探方法与物探、钻探的结果配合显得特别关键。物理勘探的时间越短，钻探结果便可以削弱其工作时长，缩短勘探所花费的时间。此外，物探技术和设备在快速地更新换代，精度得到了大幅度的提高。

有关单位要注重技术人员能力的培养，注重他们先进思想的培养，使他们适应现代发展的趋势。对于新兴的技术和方法要及时学习和掌握，如数字化综合应用、基于GIS的数字化调查技术、培养样本人员在概念过程中，还应注重培养他们使用先进设备的能力确保全面发展。单位各方面应注重交流沟通，相互交流信息和技术，以共同提高相关技术人员的勘察能力，从而共同提高矿山建设的质量和水平。调查技术的研究要注重国际化，积极与国外相关人员进行交流和研究，从而开展适合自身发展的理论和技术，保证企业和单位的长远发展。注意岩土勘察资料的整理与共享，相关工作人员应重视勘测数据的存储和共享，这样可以有效地促进岩土勘察技术的发展，便于试验经验的交流和积累。有效准确的数据库可以提高岩土工程勘察数据的准确性，减少工程建设过程中的障碍，相关人员的长期积累可以提高他们在地质调查过程中处理问题的能力，使他们可以结合自己的经验，提高调查的效率。这样可以积累和分享大量的实践经验，有利于我国岩土勘察技术的发展和创新，提高我国相关单位的核心竞争力[4]。

3 结语

岩土勘察技术在探究复杂地质的过程中起着不可替代的作用，但因为国内勘探技术的发展时间比较晚，完善的质量管理体系一直都是缺失状态，相关人员在观念技术上有一些欠缺，因此前方还存在着很长的路要走。在未来复杂地质条件的调查中，首先是地表调查，物探、钻探验证必须严格遵循，勘探线应尽可能与各种物探剖面线一致，以提高物探解释和钻探验证的精度和效果。要确保经验积累和实践交流，在时代的引领下不断向前走，提高我国产业的竞争力，接纳和学习更加先进的仪器设备，使我国岩土勘察工作飞速发展，提高复杂地质条件矿区的勘察能力。总之，在复杂地区的勘察与工程建设领域，还有许多理论和知识需要在今后的学习和工作中进行研究和消化积累。