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        隧道復雜地質環(huán)境下的巖土工程勘察與評價研究

        2021-11-30 01:27:37
        世界有色金屬 2021年1期
        關鍵詞:礦山圍巖工程

        項 京

        (北京城建勘測設計研究院有限責任公司,北京 100101)

        改革開放以來,我國工程建設發(fā)展迅速,橋梁、隧道、地下工程層出不窮,其中隧道工程在礦業(yè)建設中更為常見。本文總結了巖土勘察常用的方法、工程評價內容及注意事項,以期提供系統(tǒng)的巖土勘察理論,對隧道工程勘察具有一定的指導意義和借鑒作用。

        1 巖土工程勘察常用方法概述

        巖土工程勘察手段較多,包括鉆探、物探、地質調查等方法,具體分析如下。

        1.1 探地雷達探測法

        在巖土工程勘察過程中,經(jīng)常使用到的勘察方法便是探底雷達探測法,礦脈的形成與復雜多變的地殼活動相關,因此礦山圍巖的穩(wěn)定性也處于不規(guī)律狀態(tài),部分礦產位于礦山深處,這對于勘察手段的精準度也有了較高的要求。借助高精度探地雷達對于礦山隧道進行探測,能夠清楚了解到隧道不同種類風化層的深度和分布情況,這對后續(xù)開采計劃的擬定有著積極地作用。探地雷達探測法在實際應用中,其工作原理是利用雷達設備,向待測區(qū)域釋放高頻電磁波(頻率在幾十兆赫至數(shù)千兆赫),以寬頻帶短脈沖形式,由地面通過天線T 送入地下,經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面,為另一天線R 所接收。對于反饋信號進行處理,不同巖土性質的土層其反饋波也存在著差異,利用此特征來明確地層性質和分布情況,為后續(xù)開采活動的推進奠定基礎。

        1.2 跨孔電磁波CT法

        在地質工程勘察活動中,跨孔電磁波CT 法也屬于常用的技術類型,而且借助該技術繪制的成果圖,具備了較高的清晰度,能夠對礦山巖層的分布情況進行清晰的呈現(xiàn),這也在很大程度上提高了設計內容的可靠性和實用性。在跨空電磁波CT 法應用過程中,技術的主要作用原理在于,在待測區(qū)域鉆取兩個探測孔,其中A 孔上架設發(fā)出裝置,對于孔內進行CT 波的釋放,而B 孔則是接收位置,對于電磁波反饋信息進行采集。隨后將A 孔和B 孔的工作性質對調,將采集到的所有信息內容進行剖析,使其能夠形成完整地測試剖面,得到可靠巖層參數(shù)信息。在數(shù)據(jù)信息采集的過程中,需要根據(jù)前期踏勘所得到的數(shù)據(jù)反饋結果,對于鉆孔間距、深度、巖體完整度進行調整,使其能夠滿足系統(tǒng)的應用需求,得到更加準確地反饋信息。

        1.3 地質測繪法

        將地質測繪法融入到礦山隧道巖土勘察中的主要目的在于,對待測區(qū)域內的基本參數(shù)(如地質構造、地形變化規(guī)律、地貌特征等)進行采集,同時利用分析結果對巖土地貌內容進行合理劃分,從而為后續(xù)工作的開展提供數(shù)據(jù)支持。地質測繪法的應用原理在于,利用巖土巖層的風化情況,對于土層沉積土情況進行合理處理,結合以往的勘測經(jīng)驗,巖土體主要以松散巖土或碎屑巖夾雜碳酸鹽巖為主,這些巖土層的穩(wěn)定性不太穩(wěn)定,并且含水量相對較較高,很容易導致隧道內涌水的問題,借助地質測繪對于整體情況進行充分掌握,提前做好降水、排水等工作,為礦山開采活動的順利推進奠定基礎。

        1.4 巖層鉆探技術

        在巖土工程勘察活動中,巖層鉆探技術也屬于常用勘察方法之一,該技術的應用原理是借助鉆機在預設點進行鉆探,根據(jù)采集到巖層樣本來判斷巖層性質、厚度等參數(shù),屬于較為傳統(tǒng)的勘察方法??紤]到礦山隧道中可能會存在一些松散或黏性較強的土層,因此為了確保樣本的采集數(shù)量,會適當融入一些新的鉆探技術,如回轉鉆進技術、護壁處理技術等,在加快鉆進速度的同時,也能夠有效提升鉆機的工作質量。對于采集到的數(shù)據(jù)信息進行科學性整理,并且對于樣本的力學參數(shù)進行分析,繪制曲線圖,為開采計劃的擬定提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

        1.5 室內試驗技術

        雖然室內實驗技術的出現(xiàn)時間相對較短,但是目前已經(jīng)在巖土工程勘察中得到了很好地應用。為了確保試驗結果的客觀性和可靠性,在實際處理的過程中,需要合理選擇與區(qū)域巖土性質一致的巖土樣品。而且在選擇巖土樣品時,也需要維持樣品的初始形狀,利用相關的實驗儀器來完成巖土性質的分析工作,并且在實驗室的模擬環(huán)境中,還可以借助環(huán)境來模擬礦山隧道施工過程中,圍巖壓縮情況、地下水壓力變化情況等內容,提前你定好相應的處理措施,同時也積累了較多的數(shù)據(jù)信息,為礦山隧道活動的順利進行奠定基礎。

        1.6 原位測試技術

        除了之前提到的勘察技術以外,在巖土工程勘察過程中,原位測試技術也屬于勘察過程中常用方法。在該技術應用的過程中,需要做好調零的相關工作,而且還需要對外界溫度、濕度等內容做好均衡化處理,避免這些因素干擾到檢測結果。該技術在應用中的原理在于,利用裝置上的液壓靜力觸探探頭,對于待測區(qū)域內受力情況進行采集,根據(jù)受力分析情況來判斷區(qū)域土層的分布情況和基礎參數(shù)。需要注意的是,在落錘自由落體的過程中,需要對初始速度進行控制,同時做好清孔操作,從而提升方法的應用效果,提高檢測數(shù)據(jù)信息的準確性。

        2 巖土工程勘察的評價內容

        2.1 巖土物理力學指標

        在巖土工程勘察評價過程中,巖土物理力學指標屬于基礎性評估內容,在指標評估之前,會借助室內試驗技術、原位測試技術、探地雷達技術對于作業(yè)區(qū)域的基本資料進行采集,在大數(shù)據(jù)技術的幫助下,順利完成指標整理工作,得到最終的評價結果。將評估后的資料和《工程巖體分級標準》中標注的參數(shù)進行比對,從而判斷出礦山隧道巖土層物理力學指標的合規(guī)性,針對相互之間的差異性,搭配超前支護、濕噴混凝土等技術手段進行隧道施工處理,從而起到改善力學指標的作用。

        2.2 洞身圍巖地質情況

        從目前的分類情況來看,通常情況下,會將洞身圍巖地質的強度等級分為1 到5 個等級,其中1 級圍巖性質最穩(wěn)定,5 級則屬于軟弱圍巖,性質非常不穩(wěn)定,若施工過程中存在錯誤操作,很容易引起隧道坍塌的安全事故。對此,利用工程地質勘察方法對于洞身圍巖地質情況進行資料采集,按照相應規(guī)范對于洞身圍巖的種類、分布、厚度等參數(shù)進行確定,針對不同等級圍巖擬定相應的處理措施,從而營造出更加安全可靠的開采環(huán)境。

        2.3 隧道穩(wěn)定性

        在對礦山隧道進行評價時,隧道穩(wěn)定性也是重要的評價內容之一,在穩(wěn)定性評價指標中,包括了形變量、用水量、應力分布情況、裂隙參數(shù)等,這些內容也是在前期需要做好借助可靠的勘察技術對于作業(yè)區(qū)域的基本資料進行采集,在大數(shù)據(jù)技術的幫助下,順利完成指標整理工作,得到最終的評價結果。由于礦山隧道內部環(huán)境的復雜性,因此在實際處理中,可以搭配BIM 技術、數(shù)字技術對于礦山三維模型進行制定,這對于提高評價內容客觀性有著重要的幫助意義。

        2.4 隧道涌水情況

        通常情況下,礦脈所在位置附近都存在著地下水,除了自由水形式外,還會以結合水和毛細水的形式存在。在礦山隧道施工過程中,會破壞原來的儲水平衡,在應力突然增加的情況下,便會造成隧道內涌水的情況。如果未能及時排除洞外,那么很容易影響到地質穩(wěn)定性,對于后續(xù)開采活動帶來較大的負面影響。由此可見,對涌水量的計算和評估也是巖土工程勘察中的重要環(huán)節(jié)之一。

        3 巖土工程勘察的注意事項

        3.1 新技術設備的積極引進

        新技術設備的積極引進,能夠加快巖土工程勘察工作的完成速度,提高勘察結果的完整性和準確性[1]。在實際應用環(huán)節(jié)中,企業(yè)也需要結合目前的預算情況和區(qū)域地質情況,擬定合適的新技術設備采購計劃,提升新技術設備的適用性。而且企業(yè)也不能忽略人才的培訓工作,針對新技術設備的操作規(guī)范來進行培訓,從而將新技術設備的應用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,提高數(shù)據(jù)采集結果的實用性。

        3.2 勘察人員綜合能力提升

        勘察人員綜合能力提升,可以提高巖土工程勘察質量,同時也降低了工作期間的容錯率,提高了采集數(shù)據(jù)的準確性。企業(yè)在日常工作中,需要做好勘察人員的技能培訓工作,除了一些技術操作規(guī)范外,還需要做好責任意識、安全意識的培訓,使其可以按照既定要求高效完成勘察工作。同時企業(yè)也可以推行競爭上崗制度,在每季度或者每月進行一次能力考核,不滿足要求的人會調離該崗位,替換儲備人才進入,從而營造良好的競爭環(huán)境[2]。

        3.3 做好基礎資料采集工作

        做好基礎資料采集工作,能夠為后續(xù)工作的順利推薦奠定基礎,這也是勘察計劃不斷優(yōu)化處理的前提條件之一。除了借助勘察技術對作業(yè)區(qū)域基本資料進行采集外,還需要對于當?shù)貧庀筚Y料、地質演變資料進行分析,這樣可以大致判斷出區(qū)域地質的基本情況,為開采計劃的優(yōu)化完善、加快工程項目開采速度有著積極地意義。

        4 結語

        綜上所述,新技術設備的積極引進,能夠加快巖土工程勘察工作的完成速度,勘察人員綜合能力提升,可以提高巖土工程勘察質量,做好基礎資料采集工作,能夠為后續(xù)工作的順利推薦奠定基礎。

        基于隧道復雜地質環(huán)境,采取可靠措施做好巖土工程勘察和評價工作,對于完善施工計劃,加快工程推進速度有著積極地意義。

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