水文地质条件下矿山岩土工程勘察设计与施工方法.pdf

2023年6月上 世界有色金属 151水文地质条件下矿山岩土工程勘察设计与施工方法田杰，侯永莲，曹云健（湖北省地质局第八地质大队，湖北 襄阳 4 4 1 0 0 0）摘 要：矿山岩土工程施工前需要进行详细的工程勘察工作，对水文地质条件进行合理评估。本文简要阐述了水文地质矿山岩土工程勘察工作内容与要点，总结分析了影响水文地质条件下矿山岩土工程勘察设计施工的主要问题，并根据工程设计施工情况与实际需求提出了问题处理办法，以期为水文地质矿山岩土工程项目施工提供相关参考。关键词：水文地质；矿山岩土工程；勘察设计；施工质量中图分类号：T U1 9 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 1-0 1 5 1-3Design and construction method of mine Geotechnical investigation under hydrogeological conditionsTIANJie,HOUYong-lian,CAOYun-jian(E i g h t h G e o l o g i c a l B r i g a d e o f Hu b e i,X i a n g y a n g 4 4 1 0 0 0,C h i n a)Abstract:B e f o r e t h e c o n s t r u c t i o n o f mi n i n g g e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g,d e t a i l e d e n g i n e e r i n g s u r v e y w o r k i s r e q u i r e d t o c o n d u c t a r e a s o n a b l e e v a l u a t i o n o f h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s.T h i s p a p e r b r i e f l y e x p o u n d s t h e c o n t e n t s a n d k e y p o i n t s o f G e o t e c h n i c a l i n v e s t i g a t i o n o f h y d r o g e o l o g i c a l mi n e s,s u mma r i z e s a n d a n a l y z e s t h e ma i n p r o b l e ms a f f e c t i n g t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f G e o t e c h n i c a l i n v e s t i g a t i o n o f mi n e s u n d e r h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s,a n d p u t s f o r w a r d s o l u t i o n s t o p r o b l e ms a c c o r d i n g t o t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n c o n d i t i o n s a n d a c t u a l n e e d s,w i t h a v i e w t o p r o v i d i n g r e l e v a n t r e f e r e n c e f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f g e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g p r o j e c t s o f h y d r o g e o l o g i c a l mi n e s.Keywords:h y d r o g e o l o g y;Mi n e g e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g;S u r v e y a n d d e s i g n;C o n s t r u c t i o n q u a l i t y收稿日期：2 0 2 3-0 3作者简介：田杰，男，生于1 9 8 3 年，汉族，湖北孝感人，本科，工程师（水工环），研究方向：水工环（地质）。水文地质矿山岩土工程勘察设计是工程设计前的必要准备工作，该项工作具有系统性与综合性特征，而其所勘察的地形条件、水文条件与地质条件等内容也是影响工程建设质量与进度的重要影响因素。因此，若想要保证矿山岩土工程建设质量及效益，则必须采用适宜的方法进行工程区域内的地形、水文与地质等条件的勘察工作，并对整体情况作出综合性评判，从而帮助工程设计人员了解工程区域的具体情况，以帮助其更合理地进行工程设计1。据此，本研究探讨了水文地质条件下矿山岩土工程勘察设计与施工方案，以期提升矿山岩土工程建设中的水文地质勘察水平。1 水文地质岩土勘察工作概述1.1 基本内容随着科学技术的不断发展，我国建筑施工技术不断革新与改进，信息化水平不断提升，建设工程整体规模不断扩大，作为建筑工程的基础项目，矿山岩土工程的工作量也对应有了大幅度的提升2。为了保障矿山岩土工程的高效开展，必须加强对水文地质岩土勘察工作的管理力度。施工单位在正式工程设计与开展之前，需要配置专门的勘察人员对施工区域内的水文地质情况进行全面勘察，并整理出影响工程设计的各类影响因素，给出综合性评估结果。水文地质岩土勘察工作需要勘察的内容包括地质条件、地下水水位、地层厚度等一切与水文相关的数据。在获取到相关水文数据以后，设计人员需要对其进行细致化分析与处理，并依据实际施工情况预测施工过程中可能发生的风险因素，以及风险因素所引发的风险事故等级3。设计人员需要根据这一评估结果，根据不同风险事件制定有效的应对方案，实现风险事件的提前预防，并保证在发生风险事故以后也可有效保障施工的稳步推进，不会影响到施工进度4。1.2 工作要点施工前首先需要对整体施工方案进行细致化评估，确定施工过程中的要点内容，并以其为基础开展对应的工程项目，从而确保工程整体质量。首先，勘察工作人员必须仔细分析施工区域内的岩土层物理性质，包括岩土层类型、厚度以及力学性质等5。在勘察上述指标数据时，需要采用水文地质物探技术，地震勘探技术为目前较为常见的技术手段，借助此类高效的技术手段可以更精准地获取到相关数据。地震勘探技术是指依据地下介质的弹性与密度等重要指标差异，以人工方式进行地震波的激发，通过地震波的反馈分析出地下岩层的性质与状态，获取到相关勘探数据6。在实际工程中，地震勘探技术又可分为反射法、折射法等不同手段，需要结合施工区域具体情况选择适宜的技术方法及其组合，才能世界有色金属2023年6月上152充分了解深部位置岩土状态，避免在施工过程中破坏掉原有的地质构造，影响到施工安全。此外，施工中还需要确保地质钻探工作质量，这需要充分了解复杂的地质结构与地下环境情况，综合各类数据得出评估结果，从而用于指导工程项目的有效开展。目前，地质钻探工作主要采用回旋钻进法，此方法为采用设备对勘察位置进行反复回旋钻进，同时需要在钻机上配置用于感应地质信息的传感器，传感器在感应到地质信息以后，可第一时间借助传输技术将信息反馈至控制中心。2 水文地质矿山岩土工程勘察设计与施工的主要问题2.1 地下水位涨幅问题地下水位是水文地质矿山岩土工程的一大影响因素，若出现地下水位涨幅问题，不仅会造成施工区域内的地基出现下沉，还会引发地质结构的变形，进而影响到矿山岩土工程的整体稳定性。水下地位的涨幅往往与降水量有关，当遇到集中降雨季节，会促进施工区域内的水资源循环，从而大量降水渗透到地下，便会出现地下水位的持续性涨幅。当然，地下水位涨幅还与人为因素有关，在工程建设过程中，可能会对施工区域的地质状态造成严重影响，从而改变了地质结构，地质渗水能力增强，同样会引起地下水位的涨幅。在地下水位涨幅到一定水平以后，施工区域内的岩土层会在长时间浸泡下出现软化现象，岩土层的抗压能力因此而大幅度下降，从而引发地基塌陷问题。如果施工过程中面临的地下水位涨幅问题较为严重时，不仅影响着项目的正常施工，无法按照预期时间完成项目，还会影响到施工项目的质量与安全性，造成更严重的安全事故发生。2.2 地下水位下降问题地下水水位作为影响矿山岩土工程建设质量的关键因素，在出现水位下降时，同样会对建设质量造成较为严重的影响。地下水位下降的影响因素有很多，其中最为关键的影响因素仍然为人为因素，具体表现为地下水过度抽取而引发地下水大量流失，当施工区域内的地下水抽取量过大时，地下水位的严重下降会破坏掉岩土层的原有结构，从而出现地基下降乃至崩塌问题。并且，若地下水位持续下降，施工区域内的水质同样会受到影响，出现恶化问题。因为地下水如果无法得到及时的补给，地下水资源便会出现持续流失现象，此时海水便会流入地下水系统作为地下水补给，然而两种水的盐碱度具有一定差异性，因此会影响到原有地下水的酸碱度平衡，地下水的盐碱度将出现明显提升。目前，矿山岩土工程中所采用的施工建筑材料往往难以抵抗高盐碱环境的侵蚀，因此会逐渐发生硬化与腐蚀问题，并分解出硅酸钙或铝酸钙等物质，影响到地基稳定性。2.3 地下水压变动问题地下水压变动问题主要由地下水水位不稳定造成的，若地下水水位处于平稳状态下，地下水压力一般不会出现明显变化，但是如果周边环境条件的变动不大，不会对矿山岩土工程建设造成明显影响。地下水压力的变动主要由外在因素的综合影响所决定，其中较为主要的影响因素有表面压力变动以及降水变动，表面压力变动是指项目施工对地质结构的影响而导致地表变化，此时在遇到强降雨的情况下，地下水压会出现明显上升情况，从而造成基坑涌水问题。因此，地下水压变动问题同样不可忽视，勘察人员需要在工程项目施工之前进行地下水压勘察工作。3 水文地质矿山岩土工程勘察设计与施工的方法3.1 提高矿山岩土工程勘察人员工作认知能力水文地质条件下开展矿山岩土工程勘察工作前，需要明确勘察对象与工作范围，在具体工作实施前做好相关资料的收集整理工作。工程勘察工作人员需要查询该区域的工程资料与历史水文条件资料，了解地区内水文地质条件的变化情况，掌握工程施工区域降水量、地下水位等详细资料，根据此类资料做好详细的水文地质条件整体分析工作，提升地质评价的合理性，切实提升施工活动的科学性，保证工程勘察人员能够根据按照前期工作要求科学开展各项工作内容。此外，在资料查询与获取中应不断提升勘察人员的认知水平，坚持以科学严谨的态度为施工建设提供可靠的勘察数据支撑。工作人员应根据工程勘察制度与目标要求，将工作内容具体化，明确勘察工作的任务边界和具体要求。在制定工程勘察目标时，应根据项目建设要求和区域地址基本情况有序设计，在勘察工作人员同时工作中，应做好任务划分工作，避免出现工程勘察任务重复或疏漏的情况，影响勘察数据的整体质量。矿山岩土工程勘察中提升工作人员的认知能力有利于提高数据的精准性和有效性，能够为后续工程施工提供有效的数据保障，降低矿山岩土工程施工中的设计偏差问题。3.2 强化水文地质问题预防措施矿山岩土工程建设前需要组织专业技术人员对开挖基坑区域的水文地质条件进行充分调研，分析矿山岩土工程施工区域的岩层性状、有水层和有透水层的具体参数内容，根据技术调查参数结果制定行之有效的水文地质问题预防措施，保证矿山岩土工程施工的正常开展。通过技术参数整理分析应在开挖基坑时对其深度进行严格控制，具体开挖深度要经过科学的测量，保证在不破坏隔水层的基础条件下完成基坑开挖工作。需要注意的是，若矿山岩土工程施工区域的隔水层比较薄弱，应迅速开展安全加固措施，防止因隔水层较薄影响整体工程的施工安全性。2023年6月上 世界有色金属 153此外，应尽量减弱水的压力，在矿山岩土工程施工中应加装设置相应的排水装置和水位测量设备，做好地下水位的控制工作，考虑到地下水位对矿山岩土工程施工的重要影响，应对水文变化情况进行实时监测，可通过水位传感器设备实时采集水位变化数据，根据工程施工要求设定预警水位。考虑到矿山岩土工程施工区域的安全性要求，应做好地面加固与硬化处理，防止出现渗水问题影响工程施工。矿山岩土工程建筑周围应做好影响的排涝部署工程，若地下水被大量抽干，地下水位会明显下降，此时地面容易发生沉降情况，严重还会导致矿山岩土工程塌陷，且会对后续工程施工造成巨大的安全隐患。3.3 应用先进的工程勘察技术矿山岩土工程勘察技术的不断更新发展，为工程设计施工提供了巨大便利。具体工作中需要借助新的技术形式提高工作效率。本文根据水文地质条件下矿山岩土工程勘察设计与施工需求，介绍了几种专业的新技术。第一，遥感技术。遥感技术是指利用卫星、飞机等远距离传感器获取地表信息的技术，可以快速、准确地获得大范围的地形、水文、地质等信息，为勘察提供了非常宝贵的数据支持。目前，遥感技术已广泛应用于矿山岩土工程勘察中，如利用卫星影像和数字地形模型（DTM）生成三维地貌图、采用激光扫描获取地形数据等。第二，地球物理探测技术。地球物理探测技术是一种非破坏性探测方法，通过对地下物质的电、磁、重力、声波等性质进行测量，可以获得地下结构信息。地球物理探测技术广泛应用于矿山岩土工程勘察中，通过对变化特征和原始地质资料的科学分析可推断分析出地质的具体状态，如利用电法勘探获取地下水位、采用重力勘探确定地下岩性分布等。第三，数字化勘察技术。数字化勘察技术是指将勘察过程中所涉及的各种信息数字化处理的方法，包括数据采集、处理和分析等。数字化勘察技术可以大幅提高勘察效率和精度，同时还可以方便后续的数据管理和共享。目前，数字化勘察技术已广泛应用于矿山岩土工程勘察中，如利用GIS技术制作地质图、采用BIM技术建立三维模型等。第四，现场无损检测技术。现场无损检测技术是利用超声波、X射线、电磁波等方法对工程材料进行非破坏性检测的技术。这种技术可以准确地检测出工程材料的缺陷和性质，为工程设计和施工提供重要依据。现场无损检测技术已广泛应用于矿山岩土工程勘察中，如利用超声波检测矿山岩土工程中的潜在安全隐患问题，确定地层结构性质等。3.4 构建系统性的勘察工作评价体系矿山岩土工程勘察工作以了解施工区域水文地质条件1李 志.综 合 勘 察 技 术 在 岩 土 工 程 勘 察 中 的 应 用 分 析 J.山 西 建筑,2023,49(07):85-87.2胡励耘,黄亮,文家刚.岩土工程勘察数字化技术的应用研究以武汉东湖区某小区为例J.中国建设信息化,2023,No.181(06):62-65.3蔡勇.岩土工程勘察及建筑基坑支护设计中的常见问题探究J.工程建设与设计,2023,No.500(06):56-58.4卢纯青.水平定向钻技术在岩土工程勘察中的应用研究J.福建建设科技,2023,No.189(02):51-55.5罗文汉.岩土工程勘察工作问题及经验方法探讨J.中国勘察设计,2023,No.366(03):94-97.6李文可.岩土工程勘察中常见的质量问题及控制措施J.工程建设与设计,2023,No.498(04):35-37.7严洲卓.试析矿山岩土工程勘察土工试验方法及管理措施J.世界有色金属,2023,No.615(03):187-189.8钟国洪.矿山岩土工程勘察中基础地质技术的应用J.世界有色金属,2022,No.595(07):187-189.9高扬.矿山岩土工程勘查设计与施工的认识分析J.世界有色金属,2019,No.536(20):165+167.10 胡优柏.矿山岩土工程勘查中的水文地质问题分析J.技术与市场,2020,27(02):120-121.为主，为提升工程施工质量与安全性，需要做好前期的工程勘察工作，根据勘察流程与内容详细记录各项数据信息。为了充分发挥勘察数据信息的功能作用，需要根据矿山岩土工程勘察工作内容建立系统性的工作评价体系，由工程技术专业人员进行数据的统一整理与收集，根据工程项目设计与施工要求开展数据分析工作，将此项工作内容作为矿山岩土工程精准评估的重要依据。在严谨的数据技术处理与分析后确定工程设计与施工工作具体内容的可行性与施工难度，完成数据分析后需要对此项工作进行精准评估，了解矿山岩土工程勘察工作开展的有效性情况。为保证测评的准确性，有关部门在矿山岩土工程勘察工作评估中可运用大数据技术对勘察数据进行深入分析，了解勘察工作数据信息的获取情况与变化规律，从而为工程设计与施工提供更加科学的勘察数据参考，为各项活动的开展提供相应的数据技术支撑。4 结语水文地质条件勘察对矿山岩土工程建设质量与施工进度具有重要影响，在矿山岩土工程施工之前必须详细进行水文地质条件勘察，注意勘察设计与施工的要点，关注地下水位变动的相关问题，合理选择勘察方式，获取到准确的勘察数据，以为施工设计提供数据支撑，保障矿山岩土工程的顺利开展。