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時(shí)間：2023-03-30 11:38:37
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關(guān)鍵詞：地下工程；工程地質(zhì)問(wèn)題；預(yù)防
城市地下工程具有現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境影響控制要求高等特點(diǎn)，是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的高風(fēng)險(xiǎn)性系統(tǒng)工程。但是，地下工程建設(shè)一般都在市區(qū)內(nèi)，在其施工過(guò)程中常常會(huì)引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)，對(duì)周圍地面建筑物及基礎(chǔ)、地下早期人防和其他構(gòu)筑物、公共地下管線和各種地下設(shè)施以及城市道路的路基、路面等都可能構(gòu)成不同程度的危害，已經(jīng)出現(xiàn)并且孕育諸多工程地質(zhì)問(wèn)題。
1地下工程開(kāi)挖引起的工程地質(zhì)問(wèn)題
1.1地面沉降
1.1.1地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變引起的地表沉降：地下工程開(kāi)挖是在存在初始應(yīng)力場(chǎng)的地層中進(jìn)行的，開(kāi)挖引起地層初始應(yīng)力狀態(tài)的改變，即二次應(yīng)力場(chǎng)，它是由地層初始應(yīng)力場(chǎng)與開(kāi)挖引起的附加應(yīng)力場(chǎng)的疊加應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)應(yīng)二次應(yīng)力場(chǎng)開(kāi)挖的位移場(chǎng)僅是由開(kāi)挖引起的附加應(yīng)力場(chǎng)。地表沉降的主要機(jī)理是由開(kāi)挖面的應(yīng)力釋放，附加應(yīng)力等引起地層的彈塑性變形。引起初始地應(yīng)力狀態(tài)改變的主要原因有：
（1）地下工程開(kāi)挖引起的附加應(yīng)力；
（2）地下工程施工對(duì)地層的擾動(dòng)和地層損；
（3）地下水滲流引起的地下水位的變化。
1.1.2土體的固結(jié)沉降：地下工程施工引起的地表沉降與時(shí)間有關(guān)。土體內(nèi)部含水滲出，體積逐漸減少，這一現(xiàn)象成為土的“固結(jié)”。隨著土體的固結(jié)，土體的壓縮變形和強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。因此，土的固結(jié)所產(chǎn)生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的問(wèn)題之一。根據(jù)地下工程施工的特點(diǎn)總結(jié)固結(jié)沉降的主要原因有：
（1）地下水位下降引起的固結(jié)沉降；
（2）土體空隙水壓力變化，引起土體的固結(jié)沉降；
（3）土體擾動(dòng)后，重新固結(jié)后產(chǎn)生沉降；
（4）土體的次固結(jié)和流變。
1.2洞室圍巖失穩(wěn)
地下開(kāi)挖后，洞壁圍巖由于失去了原有的巖體的支持而向洞內(nèi)產(chǎn)生松脹變形，如果變形超過(guò)了圍巖所能承受的能力，圍巖就會(huì)被破壞。圍巖的變形破壞程度常取決于圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)和洞室的斷面形狀等。洞室開(kāi)挖使地下原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)被破壞，圍巖應(yīng)力重分布，產(chǎn)生變形位移。
均質(zhì)巖土體中應(yīng)力未達(dá)到或未超過(guò)其強(qiáng)度以前，在開(kāi)挖過(guò)程中的變形，以彈性變形為主，變形速度快，變量小，瞬時(shí)完成，一般不易察覺(jué)；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)巖土體強(qiáng)度時(shí)，塑性變形十分明顯，發(fā)生壓碎、拉裂或剪破。當(dāng)巖體強(qiáng)度主要由結(jié)構(gòu)面控制時(shí)，與上述情況基本一樣，但當(dāng)結(jié)構(gòu)面組合構(gòu)成圍巖不穩(wěn)定條件時(shí)，巖體除了彈性變形外，塑性變形也比較明顯，它表現(xiàn)為圍巖分離體（巖塊）的相互錯(cuò)動(dòng)，圍巖松動(dòng)時(shí)圍巖穩(wěn)定性降低，為進(jìn)一步松動(dòng)創(chuàng)造了條件。
1.3斜坡破壞
斜坡破壞主要發(fā)生在山區(qū)城市，除直接經(jīng)濟(jì)損失外，還可能造成人員傷亡，其原因主要是:由于自然地質(zhì)作用和工程地質(zhì)作用引發(fā)的，而工程地質(zhì)作用造成的斜坡破壞較自然地質(zhì)作用頻率大。當(dāng)然決非任何斜坡破壞都能稱為地質(zhì)災(zāi)害，但斜坡破壞確屬重大的地質(zhì)災(zāi)害類型之一。
斜坡破壞主要形式為滑坡，其影響因素主要有巖性、構(gòu)造、地形、地震、降雨及人類活動(dòng)等。其中，許多山體滑坡現(xiàn)象是由地下工程活動(dòng)引發(fā)的，即主要是由于地下工程的開(kāi)挖或采掘影響到了上部的山體，使巖體開(kāi)裂，地面傾斜，并在一定條件的配合下，導(dǎo)致山體失穩(wěn)形成滑坡。在隧道建設(shè)中，滑坡現(xiàn)象主要發(fā)生在淺埋、偏壓及進(jìn)出口等地段，其危害常常比較嚴(yán)重。為評(píng)價(jià)斜坡巖土的穩(wěn)定性，預(yù)防斜坡破壞導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，認(rèn)識(shí)引起斜坡破壞的內(nèi)在原因與外部條件，掌握其運(yùn)動(dòng)發(fā)展規(guī)律顯得非常重要，尤其是當(dāng)前在城市這個(gè)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的密集區(qū)，斜坡破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡都是巨大的，都是由于工程活動(dòng)不合理造成的。
1.4地下水污染
在城市環(huán)境地質(zhì)中地下水的不良作用主要表現(xiàn)為地下水的侵蝕。地下水的不良作用和地下水污染主要由人為引起。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，人類活動(dòng)加劇，對(duì)地下水的污染越來(lái)越嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：多數(shù)城市垃圾隨意堆放；工業(yè)廢水和廢液不經(jīng)處理或初步處理后任意排放。首先污染地表水，經(jīng)地表水補(bǔ)給地下水或滲入地下水，再污染地下水，使地下水具有侵蝕性，對(duì)城市的建筑物基礎(chǔ)及地下工程不斷侵蝕破壞。
2防治措施
2.1開(kāi)展詳盡的工程地質(zhì)勘察
工程地質(zhì)勘察資料是地下工程施工的重要依據(jù)，通過(guò)詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察，為設(shè)計(jì)施工提供需要的參數(shù)和指標(biāo)，確定合理的開(kāi)挖方案、開(kāi)挖步驟，如果地下工程建設(shè)所涉及勘察資料不詳細(xì)、不準(zhǔn)確，勢(shì)必給支護(hù)工程帶來(lái)事故隱患。
2.2做好開(kāi)挖方案的優(yōu)化選擇
地下工程的開(kāi)挖方法很多，以基坑工程為例，有分層全開(kāi)挖、中心島式開(kāi)挖等等。開(kāi)挖順序不同，引起的位移不同，中心島法的開(kāi)挖順序就比從一個(gè)方向按順序向另一個(gè)方向的開(kāi)挖方法，對(duì)基底隆起和樁后地面沉降有一定程度地減少。因此，基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)做好開(kāi)挖方案的優(yōu)化選擇。
2.3實(shí)行科學(xué)的降水設(shè)計(jì)
水是影響基坑工程穩(wěn)定的重要因素之一，從實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，約有70%的基坑事故與地下水有關(guān)，因此，地下工程建設(shè)中應(yīng)特別注意地下水的影響。地下工程建設(shè)絕大多數(shù)都需要進(jìn)行人工降低地下水。要降低地下水位，就要合理地選擇降水方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人工降水的方案設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行降水方案的水位預(yù)測(cè)，通過(guò)預(yù)測(cè)進(jìn)行降水方案的優(yōu)化，從而達(dá)到最佳的降水方案。
2.4做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，開(kāi)展信息化施工技術(shù)
地下工程是土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)體相互共同作用的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)，僅依靠理論分析和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)是難以把握在復(fù)雜的開(kāi)挖和降雨等條件下支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的變形破壞，也難以完成可靠而經(jīng)濟(jì)的開(kāi)挖設(shè)計(jì)。通過(guò)施工時(shí)對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，可以了解變化的態(tài)勢(shì)，利用監(jiān)測(cè)信息的反饋分析，就能較好地預(yù)測(cè)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)。當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情預(yù)兆時(shí)，可做出預(yù)警，及時(shí)采取措施，保證施工和環(huán)境的安全；當(dāng)安全儲(chǔ)備過(guò)大時(shí)，可及時(shí)修改設(shè)計(jì)，削減圍護(hù)措施。
2.5積極采用新技術(shù)、新方法
1．1放炮影響范圍根據(jù)開(kāi)發(fā)方案，采場(chǎng)每次布置3排鉆孔，每排10個(gè)孔，排距4．6m，孔距5．6m，共布置30個(gè)孔，每孔深16．5m，超深1．5m，以確保爆破后臺(tái)階高度達(dá)15m。
1．2采礦可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害影響范圍礦山開(kāi)采過(guò)程中采用自上而下臺(tái)階式分層開(kāi)采，高度為15m；開(kāi)采時(shí)工作臺(tái)階切向坡和反向坡最終開(kāi)采的邊坡角不大于55°。由此可確定采礦可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害影響范圍為礦區(qū)開(kāi)采最終邊界外延15m。綜上所述：礦山開(kāi)采影響范圍為露天采場(chǎng)外延215m。
2地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)根據(jù)開(kāi)發(fā)技術(shù)方案，礦山開(kāi)采后四周將形成5段高度為110m的邊坡，邊坡編號(hào)分別為AB、BC、CD、DE、EF，邊坡位置詳見(jiàn)福祿鎮(zhèn)周家槽周家槽水泥用石灰?guī)r礦山礦區(qū)范圍及開(kāi)采平面圖
3水文地質(zhì)預(yù)測(cè)礦區(qū)范圍內(nèi)開(kāi)采三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三段（T1j3）石灰?guī)r礦層，開(kāi)采標(biāo)高均高于當(dāng)侵蝕基準(zhǔn)面；開(kāi)采范圍內(nèi)無(wú)河流、水庫(kù)等地表水體；地下水與地表水沒(méi)有必然的水力聯(lián)系。礦山開(kāi)采對(duì)巖溶裂隙水的補(bǔ)給條件破壞小，礦山開(kāi)采后不會(huì)對(duì)含水層結(jié)構(gòu)破壞，不會(huì)造成地下水水位下降、疏干等。對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕。
4地形地貌預(yù)測(cè)按照開(kāi)發(fā)利用方案，礦山開(kāi)采后將形成高度0～105m的邊坡，礦山采礦活動(dòng)對(duì)地形地貌景觀影響嚴(yán)重。
5土地資源影響預(yù)測(cè)璧山縣福祿鎮(zhèn)周家槽水泥用石灰?guī)r礦不單獨(dú)設(shè)置料場(chǎng)及廢渣場(chǎng)，在礦區(qū)東側(cè)采區(qū)50m外設(shè)置破碎站及運(yùn)輸?shù)缆罚加酶刭Y源4．41ha；工業(yè)廣場(chǎng)修建占用耕地資源1．59ha；礦區(qū)為露天采場(chǎng)，占用耕地資源43ha；石灰?guī)r礦山開(kāi)采共占用耕地49ha。因此，璧山縣福祿鎮(zhèn)周家槽水泥用石灰?guī)r礦開(kāi)采后對(duì)土地資源影響嚴(yán)重。
6建（構(gòu)）筑物影響預(yù)測(cè)礦山為露天開(kāi)采，將會(huì)對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的所有建（構(gòu)）筑物全部破壞。根據(jù)計(jì)算的爆破地震波安全距離為158．45m，計(jì)算的爆破產(chǎn)生飛石最遠(yuǎn)飛散距離為200m；對(duì)礦區(qū)周邊200m范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物造成較嚴(yán)重破壞。因此，璧山縣福祿鎮(zhèn)周家槽水泥用石灰?guī)r礦開(kāi)采后對(duì)建（構(gòu)）筑物影響嚴(yán)重。
二、礦山地質(zhì)環(huán)境防治
針對(duì)礦山開(kāi)采影響范圍及采后地質(zhì)環(huán)境因素的影響預(yù)測(cè)結(jié)果，將礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)劃分為重點(diǎn)區(qū)、次重點(diǎn)區(qū)、一般區(qū)，設(shè)計(jì)以下防治工程：1）礦山開(kāi)采時(shí)應(yīng)及時(shí)清除邊坡上的掉塊，特別是在BC邊坡東段邊坡可能會(huì)發(fā)生局部掉塊。2）對(duì)礦山采坑四周形成的邊坡采用生物工程護(hù)坡；對(duì)采坑坑底進(jìn)行綠化或土地復(fù)墾。3）對(duì)礦區(qū)道路、破碎站和工業(yè)廣場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行環(huán)境恢復(fù)。4）修建截排水工程。
1邊坡防治工程
1．1邊坡放坡根據(jù)開(kāi)發(fā)方案礦山開(kāi)采的最終邊坡角為55°，自上而下臺(tái)階式分層開(kāi)采，采高15m，臺(tái)階寬度約10．5m；AB邊坡長(zhǎng)約600m，高2～50m；BC邊坡長(zhǎng)約440m，高50～106m；CD邊坡長(zhǎng)約360m，高40～96m3；DE邊坡長(zhǎng)約526m，高17～42m3；EF邊坡長(zhǎng)約210m，高2～17m；放坡處理各段邊坡。
1．2清理危石及時(shí)清理采場(chǎng)邊坡上的危石，避免發(fā)生危石滾落傷人事故。按照“邊采邊治”的原則，對(duì)各邊坡上的危石清理完成后，才能進(jìn)行下一臺(tái)階的開(kāi)采。
1．3截水溝礦區(qū)位于瀝鼻峽背斜軸部，地形呈渾圓狀的小型獨(dú)立山包，自然排水條件良好，匯水面積小，在礦區(qū)DE、EF邊坡頂部修建截水溝長(zhǎng)約300m，以防治地表水進(jìn)入礦區(qū)。在其余每個(gè)臺(tái)階坡面每隔50m，高差10～20m，設(shè)置橫向和豎向的截排水溝，將邊坡頂部的地表水匯入采坑內(nèi)的排水溝，避免對(duì)坡面草籽植物造成沖刷，豎向的排水溝按急流槽設(shè)計(jì)。迎坡面溝壁需設(shè)置泄水孔。
2水文防治工程礦山開(kāi)采后的采場(chǎng)地面標(biāo)高高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面，對(duì)地下水的影響小。對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度較輕。故本次不對(duì)其進(jìn)行處理。但未解決礦山生產(chǎn)、生活用水，需在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)修建一個(gè)蓄水池。蓄水池尺寸為15m×15m×2m，墻體寬度為0．3m，預(yù)計(jì)砌筑工程量約為36m3。生產(chǎn)廢水主要為清洗礦車及挖掘機(jī)所排除的污水，設(shè)計(jì)每個(gè)污水處理池采用尺寸為2．5m×2．5m×1．6m，容積10m3污水處理池3個(gè)，墻體寬度為0．3m。預(yù)計(jì)開(kāi)挖工程量30m3；砌筑工程量約為14．4m3，污水經(jīng)生化處理后由砼管排放。露天采石場(chǎng)的作業(yè)點(diǎn)應(yīng)實(shí)行濕式作業(yè)和噴霧灑水，對(duì)采場(chǎng)及裝載點(diǎn)設(shè)2臺(tái)灑水器進(jìn)行了灑水降塵，防止粉塵飛揚(yáng)。
三、地形地貌景觀防治工程礦山環(huán)境恢復(fù)治理設(shè)計(jì)方案圖。
1露天采場(chǎng)采坑地貌景觀恢復(fù)根據(jù)劃定礦界和開(kāi)發(fā)方案，露天開(kāi)采結(jié)束后采坑的平面面積為302013m2，礦山開(kāi)采前礦區(qū)土地主要為耕地，以種植果樹(shù)為主；礦山開(kāi)采難以恢復(fù)原來(lái)的地面植物，故礦山環(huán)境恢復(fù)治理主要以綠化為主?？刹扇≈卫矸桨溉缦拢海?）回填土壤，平均厚度不得小于0．8m，預(yù)計(jì)回填方量為241610m3；（2）平整場(chǎng)地，場(chǎng)地平整應(yīng)采坑中間高，四周低，便于地表水排入排水溝中；（3）植樹(shù)，行距×株距為5m×5m，預(yù)計(jì)12080株，建議種植樟樹(shù)或果樹(shù)等經(jīng)濟(jì)類樹(shù)木（4）排水，沿采坑邊坡坡腳圍繞采坑修建截排水溝，保證采坑內(nèi)地表水排泄通暢，將礦區(qū)的地表水有序的排放到礦區(qū)東側(cè)地形較低地段，用以灌溉耕地。排水溝采用梯形斷面，底寬400mm，頂寬700mm，高800mm，壁厚300mm，預(yù)計(jì)長(zhǎng)度約2350m。排水溝每隔10～15m設(shè)置一道伸縮縫，用瀝青麻絲進(jìn)行有效止水。
2采坑邊坡地貌景觀恢復(fù)采坑邊坡采用坡面綠化＋截排水的礦山環(huán)境恢復(fù)設(shè)計(jì)方案。對(duì)于采坑邊坡主要采取分階放坡＋綠化處理。每級(jí)邊坡分階高度取15m，每階平臺(tái)寬度取10．5m，種植蔓藤類植物綠化坡面，在坡頂設(shè)置截排水溝。臺(tái)階邊緣修砌墻體，墻體嵌入基巖0．1m，墻體截面0．3m×0．5m（寬×高）。墻背回填0．3m厚的土壤，蔓藤種植行距×株距為5m×3m。截排水工程在邊坡防治工程中實(shí)施。
3礦區(qū)公路及破碎站礦區(qū)公路兩側(cè)及破碎站區(qū)域的空地進(jìn)行植樹(shù)綠化，預(yù)計(jì)植樹(shù)60株。待礦山閉坑后，建筑垃圾清除干凈，將表層1．0m范圍土地掘松，種植樟樹(shù)等經(jīng)濟(jì)類樹(shù)木。礦區(qū)公路和破碎站的平面面積約為4410m2，可采用挖掘機(jī)松土，植樹(shù)綠化，行距×株距為5m×5m，預(yù)計(jì)176株。
4土地資源的采后處理礦區(qū)主要的土地資源占用和破壞為礦區(qū)范圍內(nèi)的采場(chǎng)、礦區(qū)東側(cè)的破碎站及工業(yè)廣場(chǎng)，礦山閉坑后，采場(chǎng)及破碎站將對(duì)其進(jìn)行地貌景觀恢復(fù)，工業(yè)廣場(chǎng)建（構(gòu)）筑物提供給當(dāng)?shù)厥褂?，不進(jìn)行處理。
5地表建（構(gòu)）筑物的處理礦山為露天開(kāi)采，將會(huì)對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的所有建（構(gòu)）筑物全部破壞，對(duì)礦區(qū)周邊200m范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物造成較嚴(yán)重破壞。為保護(hù)村民的人身財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)在影響范圍內(nèi)的村民實(shí)施搬遷。
四、結(jié)論
1）分析了礦山地質(zhì)條件，認(rèn)為礦山開(kāi)發(fā)技術(shù)條件的級(jí)別為中等；
二、工程地質(zhì)勘測(cè)中水文地質(zhì)問(wèn)題及其危害性
1．上文對(duì)水文勘測(cè)重要性進(jìn)行了分析，通過(guò)這些分析能夠更加透徹的了解到水文勘測(cè)對(duì)于巖土工程整體結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行工程地質(zhì)勘測(cè)的時(shí)候，正確對(duì)待水文地質(zhì)勘測(cè)，全面分析存在于水文地質(zhì)中的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，積極進(jìn)行勘測(cè)，具體分析如下:1．1關(guān)于取土樣做腐蝕性分析的問(wèn)題在實(shí)際勘測(cè)中，一般都是取的水樣，取土樣做腐蝕性測(cè)試的較少，土試樣的腐蝕性測(cè)試是將土試樣放在純凈水中制備浸出液，對(duì)浸出液測(cè)定的結(jié)果作為土的腐蝕性。地下水的腐蝕性一般高于土的腐蝕性，因?yàn)榈叵滤灰韵碌耐灵L(zhǎng)期浸在地下水中，顯然地下水的腐蝕性高于土的腐蝕性，因此只要測(cè)定水的腐蝕性就可以了。1．2地下水的腐蝕問(wèn)題地下水有很多種類型，其水位變化也非常大，同時(shí)季節(jié)不同，降水量不同，都會(huì)對(duì)地下水水位造成影響。與地表水一樣，地下水也具有很大的腐蝕作用，其主要的原因就是因?yàn)閮?nèi)其中的礦物成分比較多，這個(gè)時(shí)候，一旦收到污染，其礦物質(zhì)成份還會(huì)繼續(xù)增加，所以說(shuō)在進(jìn)行巖土工程勘測(cè)的時(shí)候，工作人員必須要對(duì)地下水的腐蝕性進(jìn)行嚴(yán)密的勘測(cè)。通過(guò)對(duì)其中礦物質(zhì)成份的測(cè)量和分析，來(lái)確定其腐蝕性的高低，在地下水中的某一種化學(xué)成分含量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其還會(huì)對(duì)建筑材料產(chǎn)生一定的腐蝕。2．巖土工程整體穩(wěn)定性和可靠性與地下水的活動(dòng)變化有著密切聯(lián)系，地下水位不同程度的變化，必然會(huì)對(duì)巖土工程造成危害，為了能夠最大限度的降低這些危害，穩(wěn)定巖土工程結(jié)構(gòu)，全面分析地下水變化引起的巖土工程危害，才能夠有針對(duì)性的采取治理以及預(yù)防措施，下面就對(duì)一些常見(jiàn)危害進(jìn)行分析:2．1水位上升問(wèn)題引起的巖土工程危害地下水位上升必然會(huì)對(duì)巖土工程造成一定程度的危害，而導(dǎo)致其水位上升的原因有很多中，例如:總體巖性產(chǎn)狀以及含水層結(jié)構(gòu)，水文、氣象以及溫度等等都會(huì)導(dǎo)致地下水位上升，甚至有的時(shí)候是幾種因素綜合作用，從而導(dǎo)致水位上升。另外，還有一些比較特殊的巖土機(jī)構(gòu)強(qiáng)度以及濕度不符合施工要求，并導(dǎo)致其出現(xiàn)粉土以及管涌現(xiàn)象發(fā)生，這些都是由于水位上升而引起的巖土工程危害。2．2地下水位下降引起的巖土工程危害無(wú)論是地下水位上升，還是下降，對(duì)于巖土工程都會(huì)造成帶來(lái)巨大危害，上文對(duì)地下水位上升的危害性進(jìn)行了研究，下面來(lái)具體分析地下水位下降的危害，通常來(lái)講地下水位下降的大部分都是由于人為因素導(dǎo)致的，比如:大量抽取地下水、采礦、以及修改水庫(kù)等等。這些行為會(huì)導(dǎo)致地下水位大幅度下降，從而造成地面沉降、塌陷以及開(kāi)裂等現(xiàn)象。這些都對(duì)建筑物的穩(wěn)定性造成巨大影響，并危及到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。2．3地下水頻繁升降對(duì)巖土工程造成的危害針對(duì)地下水位的沉降現(xiàn)象，我國(guó)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)多年的研究，已經(jīng)取得了一些成績(jī)，但是與實(shí)際的要求相比，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，由于地下水位的變化會(huì)導(dǎo)致膨脹性巖石發(fā)生一定程度的膨脹形變，因此，如果這種顯現(xiàn)反復(fù)出現(xiàn)，必然會(huì)使巖土的膨脹收縮幅度更大，最終必然導(dǎo)致地面開(kāi)裂，引發(fā)建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，這種破壞在輕型建筑結(jié)構(gòu)中更加明顯。另外，地下水的升降變動(dòng)帶，由于地下水的不斷侵入，還會(huì)帶走土層中的鋁鐵成份，土層失去膠結(jié)物，會(huì)變得松動(dòng)、含水空隙變大、其承載力以及強(qiáng)度就會(huì)降低，從而對(duì)巖土工程基礎(chǔ)處理帶來(lái)巨大阻礙。
三、水文地質(zhì)勘測(cè)的任務(wù)
在充分了解地下水變化所帶來(lái)的危害性后，強(qiáng)化水文勘測(cè)力度，做好鉆探以及物探工作，是提供準(zhǔn)確情況評(píng)價(jià)與判斷結(jié)果的前提。1．鉆探的任務(wù)鉆探工作是水文地質(zhì)勘測(cè)中的重要環(huán)節(jié)，其最主要的任務(wù)就是沖擊鑿碎巖石，工作人員會(huì)借助專業(yè)的工具和設(shè)備進(jìn)行，鉆探的最大優(yōu)點(diǎn)就是適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在多種復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行，并能夠深入到巖體內(nèi)部，勘測(cè)結(jié)果精確度高。2．物探的任務(wù)電法勘測(cè)與彈性勘測(cè)是目前工程地質(zhì)勘測(cè)中最為常見(jiàn)的兩種方法，前者會(huì)受到地形條件的影響較大，并且要更具巖石的電學(xué)特性為基礎(chǔ)，分析巖石縫隙，巖石程度強(qiáng)弱等情況對(duì)電法勘測(cè)效果的影響，專業(yè)的技術(shù)人員適用專業(yè)的勘測(cè)儀器，對(duì)目標(biāo)巖層進(jìn)行物理參數(shù)的測(cè)定，從而確定地下深層的地質(zhì)狀況。3．野外測(cè)驗(yàn)在水文地質(zhì)勘測(cè)的過(guò)程中，還有一種測(cè)驗(yàn)方式也十分常見(jiàn)，那就是野外測(cè)驗(yàn)。這種勘察方法是能夠獲取全方位的水文地質(zhì)資料，為日后的工程設(shè)計(jì)、測(cè)評(píng)、施工提供最為科學(xué)的參數(shù)依據(jù)。綜上所述，我國(guó)的地質(zhì)勘測(cè)工作人員，要不斷提高自身的勘測(cè)技能，將以上三種勘測(cè)方法全面掌握，將水文地質(zhì)勘察工作作為共組重點(diǎn)，積極進(jìn)行創(chuàng)新和研究，做到具體問(wèn)題，具體分析，科學(xué)采用檢測(cè)方法，從而最大限度的提高勘測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
1前言
壩陵河大橋離擬建貴州省鎮(zhèn)寧至勝境關(guān)高速公路起點(diǎn)約21km，地處黔中山原地帶。高速公路在關(guān)嶺縣東北跨越壩陵河峽谷，峽谷兩岸地勢(shì)陡峭，地形變化急劇，高差起伏大，河谷深切達(dá)400～600m。橋址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕、溶蝕中低山河谷地貌。巖石建造類型以碳酸鹽巖與陸源碎屑巖互層，以碳酸鹽巖構(gòu)成峽谷谷坡，以碎屑巖互層構(gòu)成谷底及緩坡為基本特征。壩陵河流向與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線方向(NW)基本一致。河谷西岸地形較陡，地形坡度40～70°，近河谷一帶為陡崖。橋位區(qū)西岸（關(guān)嶺岸）錨碇地段處于斜坡中部，出露的巖層有三疊系中統(tǒng)竹桿坡組第一段（T2z1）中厚層狀泥晶灰?guī)r和楊柳井組（T2y）中厚層狀白云巖[1,2]。弱風(fēng)化巖體直接出露于地表，微新巖體埋深30～50m。
壩陵河懸索橋主跨1068m，橋面總寬度24.5m，東岸錨碇采用重力式錨，西岸錨碇采用隧道式錨。西岸隧道式錨碇在技術(shù)設(shè)計(jì)中全長(zhǎng)74.7m，最大埋深78m，主要由散索鞍支墩、錨室（34.7m）和錨塞體（40m）三部分組成，兩錨體相距18～6.36m。錨塞體和錨室為一傾斜、變截面結(jié)構(gòu)，上緣為圓形，下緣為矩形，縱向呈楔形棱臺(tái)，矩形截面尺寸為10m×5.8m～21m×14.5m。西岸每根主纜纜力（P）約為270MN，水平夾角約26°。錨體中設(shè)預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，主纜索股通過(guò)索股錨固連接器與錨體中的預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)連接。
懸索橋錨碇在承受來(lái)自主纜的豎向反力的同時(shí)，主要還承受主纜的水平拉力，是懸索橋的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)之一，其總體穩(wěn)定性和受力狀態(tài)直接影響到大橋的安全和長(zhǎng)期使用的可靠性。壩陵河懸索橋是鎮(zhèn)寧－勝境關(guān)高速公路的重要節(jié)點(diǎn)，針對(duì)該大橋施工圖設(shè)計(jì)階段，本文提出壩陵河懸索橋西岸隧道式錨碇及其邊坡的工程地質(zhì)力學(xué)研究建議。鑒于錨碇型式受到地形、地質(zhì)條件的限制，國(guó)內(nèi)外采用隧道式錨碇的大跨懸索橋?yàn)閿?shù)較少[3－7]，見(jiàn)諸文獻(xiàn)報(bào)道的更少，本研究建議有不適當(dāng)之處，請(qǐng)專家批評(píng)指正。
2巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究建議
2.1錨碇圍巖工程地質(zhì)條件研究
西岸隧道式錨碇坐落于邊坡淺表弱風(fēng)化～微新巖體中，弱風(fēng)化～微新巖體的工程地質(zhì)條件關(guān)系到錨碇隧洞的成洞條件及錨碇體系在主纜拉力荷載作用下的整體穩(wěn)定狀態(tài)。
邊坡淺表部中存在卸荷巖體。巖體卸荷帶是伴隨河谷下切過(guò)程或邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，由于應(yīng)力釋放，巖體向臨空面方向發(fā)生卸荷回彈變形，能量的釋放導(dǎo)致斜坡淺表一定范圍巖體內(nèi)應(yīng)力的調(diào)整，淺表部位應(yīng)力降低，而坡體更深部位產(chǎn)生更大程度的應(yīng)力集中。由于表部應(yīng)力降低導(dǎo)致巖體回彈膨脹、結(jié)構(gòu)松弛，破壞巖體的完整性，并在集中應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用下產(chǎn)生卸荷裂隙。巖體應(yīng)力的降低最直觀的表現(xiàn)是導(dǎo)致巖體松弛和原有的裂隙發(fā)生各種變化，形成新環(huán)境下的裂隙網(wǎng)絡(luò)。這些裂隙一部分是遷就原有構(gòu)造裂隙引張擴(kuò)大經(jīng)改造形成[8]，有一些是微裂隙擴(kuò)展后的顯式裂隙，也有在新的應(yīng)力環(huán)境和外動(dòng)力環(huán)境下形成的裂隙。在巖體卸荷、應(yīng)力降低的過(guò)程中，隨著新的裂隙系統(tǒng)的形成，也為外動(dòng)力或風(fēng)化營(yíng)力提供了通道，加速巖體的風(fēng)化和應(yīng)力的進(jìn)一步降低。風(fēng)化巖體裂隙的增多，是巖體卸荷和風(fēng)化共同造就的。
西岸錨碇邊坡巖體在淺部節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體透水性較好，滲透系數(shù)高；隨著深度的增加，透水性逐漸減弱。深部的巖溶發(fā)育情況有待研究。
據(jù)初步設(shè)計(jì)階段工程勘察資料，西岸錨碇邊坡出露的灰?guī)r和白云巖的產(chǎn)狀為：傾向50～80°，傾角48～87°。主要發(fā)育三組優(yōu)勢(shì)節(jié)理：①155°∠57°；②220°∠34°；③333°∠46°。在巖層層面、不利結(jié)構(gòu)面組合切割和深部巖溶發(fā)育情況下，在主纜巨大拉力下，不能夠排除存在深部拉裂滑移面威脅西岸錨碇邊坡整體穩(wěn)定性的可能性。
錨碇圍巖工程地質(zhì)條件研究?jī)?nèi)容包括：
（1）研究從邊坡表部至深部巖體中裂隙的分布密度及張開(kāi)度變化，揭示巖體的卸荷程度，為錨碇施工期和運(yùn)行期邊坡巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)以及巖體質(zhì)量變化趨勢(shì)提供可靠基礎(chǔ)資料；
（2）在巖層層面和不利結(jié)構(gòu)面組合切割下，由于錨碇工程荷載，研究巖體中形成的潛在不穩(wěn)定塊體的安全度以及西岸錨碇邊坡的整體穩(wěn)定性；
（3）采用地球物理勘探方法，研究邊坡深部溶蝕裂隙與溶蝕洞穴的分布規(guī)律及其發(fā)育特征。
2.2錨碇圍巖工程力學(xué)特性研究
主懸索的巨大拉力通過(guò)索股、錨桿傳人隧道中填充的（預(yù)應(yīng)力）混凝土，再通過(guò)（錨塞體）混凝土與隧道巖體的摩阻力和粘結(jié)力傳遞給周圍的巖體。隧道式錨碇在巨大主纜拉力荷載作用下，不僅要維持自身的抗拔穩(wěn)定，同時(shí)還要將自身承受的主纜拉力傳遞到錨碇圍巖中，以充分利用圍巖的承載能力，使錨碇和圍巖共同作用形成一個(gè)整體的承載體系。
錨碇圍巖工程力學(xué)特性研究包括三個(gè)方面：
（1）錨塞體與巖體之間的抗剪摩擦力學(xué)性能[9，10]和粘結(jié)特性試驗(yàn)研究；
（2）錨碇下部及兩錨體之間的巖體處于復(fù)雜的拉剪應(yīng)力狀態(tài)，研究錨碇圍巖在拉剪應(yīng)力下的變形及強(qiáng)度特性，尤其是弱風(fēng)化～微新圍巖在拉剪復(fù)雜應(yīng)力下的變形、強(qiáng)度及疲勞試驗(yàn)研究，模擬其破壞現(xiàn)象和破壞過(guò)程，從而掌握其破壞機(jī)制；
（3）巖體在中度～輕度工程爆破開(kāi)挖擾動(dòng)下的力學(xué)性能研究。
錨碇圍巖工程力學(xué)試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定錨碇邊坡巖體力學(xué)參數(shù)建議值，供設(shè)計(jì)和三維數(shù)值仿真采用。建議在設(shè)計(jì)錨碇區(qū)域附近開(kāi)挖一試驗(yàn)斜硐，采取巖樣，并在硐壁打適量鉆孔，進(jìn)行室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)和原位巖石力學(xué)性質(zhì)及配套的各項(xiàng)試驗(yàn)研究工作。主要包括室內(nèi)巖石力學(xué)三軸剪切試驗(yàn)、節(jié)理（裂隙）測(cè)量、巖體變形特性（靜載）試驗(yàn)、巖體抗剪（抗剪斷）試驗(yàn)、巖體抗拉試驗(yàn)、混凝土與基巖膠結(jié)面抗剪和摩擦等試驗(yàn)和硐室聲波普測(cè)、硐室地球物理勘探、含水量測(cè)試、鉆孔聲波測(cè)試、鉆孔壓水試驗(yàn)等試驗(yàn)研究工作。錨碇系統(tǒng)的摩阻力由基巖與錨碇系統(tǒng)接觸面的正應(yīng)力與摩擦系數(shù)來(lái)決定，摩擦系數(shù)一般由相似原理進(jìn)行模型試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到。硐室地球物理勘探是查明錨碇圍巖（主要是錨碇下部及兩錨體之間的巖體）中的巖溶發(fā)育情況。
試驗(yàn)資料的整理應(yīng)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析，結(jié)合現(xiàn)行有關(guān)行業(yè)規(guī)范（規(guī)程）和工程經(jīng)驗(yàn)的類比，提出西岸隧道式錨碇邊坡區(qū)域巖體力學(xué)參數(shù)建議值，供設(shè)計(jì)采用。
2.3錨碇圍巖滲透及抗溶蝕特性研究
壩陵河懸索橋西岸錨碇圍巖為弱風(fēng)化～微新的灰?guī)r和白云巖，屬于易溶蝕化巖體。錨碇邊坡地段地下水主要為（節(jié)理）裂隙水、巖溶裂隙水和巖溶孔（洞）穴水。西岸隧道式錨碇錨體混凝土澆筑后，在邊坡巖體中形成不透水體（阻滲體），從而改變錨碇邊坡的地下水滲流場(chǎng)。可以預(yù)見(jiàn)，地下水將從錨塞體混凝土邊緣繞滲，因此錨塞體與圍巖的交界部位巖體更易遭到溶蝕，削弱錨塞體混凝土與圍巖之間的摩阻力和粘結(jié)力。錨碇圍巖滲透特性的研究應(yīng)著重錨塞體與圍巖的交界部位巖體的滲透性能與抵抗溶蝕的能力的試驗(yàn)研究。
為防治錨塞體與圍巖交界部位巖體的溶蝕危害采取的工程措施，主要是加強(qiáng)錨碇邊坡坡面的排水工程。
2.4錨碇及其圍巖相互作用三維數(shù)值模擬研究
由于懸索橋安全是依靠錨碇固定橋的體系，錨碇發(fā)生移動(dòng)將嚴(yán)重影響橋梁體系，甚至導(dǎo)致橋體破壞，因此研究西岸隧道式錨碇的錨塊及其圍巖在主動(dòng)拉力作用下的穩(wěn)定性、瞬時(shí)變位與長(zhǎng)期變位是相當(dāng)重要的。應(yīng)建立真實(shí)反映隧道式錨碇錨體和圍巖二者相互作用、考慮施工過(guò)程非線性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面影響等的三維數(shù)值仿真模型，對(duì)錨碇穩(wěn)定性及變位進(jìn)行預(yù)測(cè)[11]。
2.5錨碇隧道鉆爆開(kāi)挖及支護(hù)的施工技術(shù)試驗(yàn)
根據(jù)西岸隧道式錨碇為傾斜、變截面的工程特點(diǎn)，需研究錨碇隧道的鉆爆開(kāi)挖以及支護(hù)的施工技術(shù)[12－14]。在隧道式錨碇施工過(guò)程中，自始至終都要注意嚴(yán)格控制圍巖的完整性，盡量避免對(duì)圍巖產(chǎn)生過(guò)大的擾動(dòng)。為保證主纜等硐內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，錨碇的防水按GB50108－2001二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，要求較高。施工開(kāi)挖后應(yīng)對(duì)圍巖中的塑性變形帶進(jìn)行擠密壓漿處理，以使錨塞體混凝土與圍巖緊密結(jié)合。
2.6錨碇錨固系統(tǒng)試驗(yàn)
試驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證用于壩陵河大橋錨碇錨固系統(tǒng)的各產(chǎn)品力學(xué)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)內(nèi)容包括錨拉桿組件靜載試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)及錨具組裝件靜載試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)[15]等。
2.7大體積混凝土澆筑防裂的施工技術(shù)研究
地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估
筆者對(duì)研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估方法采用“危險(xiǎn)性積分法”，即列出與地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性最密切的評(píng)分項(xiàng)目，按100分制逐段、逐項(xiàng)進(jìn)行考核打分，分高為危險(xiǎn)性大，分低為危險(xiǎn)性?。?－6］。最后根據(jù)評(píng)分結(jié)果，結(jié)合實(shí)際情況給出危險(xiǎn)性不同級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)分值，并按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)估每一地段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)(表略)。綜合評(píng)估原則與量化指標(biāo)，對(duì)管道工程和附屬站場(chǎng)逐段逐場(chǎng)進(jìn)行綜合評(píng)估。據(jù)管道沿線各段地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、施工和營(yíng)運(yùn)過(guò)程中可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害、管道施工方法、管線附近人類工程活動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害對(duì)管道和周邊的危害程度等方面的依據(jù)，將整個(gè)天然氣管道工程1967.05km長(zhǎng)管線(含支線工程)劃分為162個(gè)段進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合評(píng)估。全路段及分省段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)。
地質(zhì)災(zāi)害防治對(duì)策
二、遙感技術(shù)的應(yīng)用
遙感技術(shù)按照遙感平臺(tái)的高度不同,一般分為航天遙感、航空遙感和地面遙感共3大類。遙感技術(shù)由于視域廣闊、信息豐富、具立體感、衛(wèi)星影像成周期性重現(xiàn)以及獲取資料快速等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于水利水電工程中有關(guān)重大工程地質(zhì)問(wèn)題及相關(guān)的環(huán)境等問(wèn)題的調(diào)查與研究。
(一)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性研究。由于遙感圖像能提供大量宏觀的線性構(gòu)造信息,較好地反映區(qū)域地質(zhì)特征、水系分布特征和地貌形態(tài),所以對(duì)研究區(qū)域構(gòu)造格架,確定斷裂體系及活動(dòng)性以及評(píng)價(jià)工程及其周緣地區(qū)的構(gòu)造穩(wěn)定性有重大作用。因此遙感技術(shù)的應(yīng)用也成為研究此問(wèn)題必用的手段。
(二)水庫(kù)區(qū)塌、滑坡、泥石流調(diào)查。在大型水利水電工程庫(kù)區(qū)岸坡的滑坡、崩塌、泥石流以及某些松散堆積體的調(diào)查中,有一些工程應(yīng)用遙感技術(shù)利用航衛(wèi)片或彩紅外片進(jìn)行地質(zhì)解譯,結(jié)合野外現(xiàn)場(chǎng)觀察、復(fù)查和檢查查明了許多久拖不決的影響庫(kù)岸穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的大型或較大型、塌滑體的數(shù)量,分布及其穩(wěn)定狀態(tài)。
(三)巖溶調(diào)查。利遙感影像,特別是彩紅外影像進(jìn)行巖溶及巖溶水文地質(zhì)調(diào)查有其特殊的優(yōu)勢(shì),像片解譯不僅能很好地判讀各種巖溶地貌現(xiàn)象,而且還可以充分利用和其它介質(zhì)紅外光譜的差異,判斷地下水的分布和泉水分布等。清江招來(lái)河、高壩洲,黃河萬(wàn)家寨等工程曾利用彩紅外航片解譯來(lái)研究巖溶及巖溶滲漏問(wèn)題,都取到了良好的效果。
(四)中小比例尺地質(zhì)測(cè)繪填圖。推廣遙感技術(shù),在保持必須的野外工作量和成圖現(xiàn)場(chǎng)校核工作的前提下,中小比例尺地質(zhì)圖以遙感成圖取代常規(guī)地質(zhì)測(cè)繪;建筑物及其它重要地區(qū)大比例尺工程地質(zhì)圖優(yōu)先考慮遙感成圖。這是十年前在全國(guó)水利水電勘測(cè)工作會(huì)議上由水利水電規(guī)劃總院提出的“勘測(cè)技術(shù)發(fā)展目標(biāo)”文件所確定的。
(五)巖土工程開(kāi)挖面地質(zhì)編錄。為適應(yīng)大型水利水電工程施工中進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)、安全預(yù)報(bào)和存檔備查的需在人工開(kāi)挖高邊坡、大型地下建筑物和大壩基坑的開(kāi)挖中采用地面遙感技術(shù),進(jìn)行地質(zhì)編錄,并為有關(guān)的穩(wěn)定分析和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)提供翔實(shí)的地質(zhì)資料和數(shù)據(jù)是很必要的。為此長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所在“七五”、“八五”和“九五”科技攻關(guān)中開(kāi)發(fā)和完善了“高邊坡快速地質(zhì)編錄系統(tǒng)”,并成功地應(yīng)用于長(zhǎng)江三峽永久船閘、瀾滄江小灣、清江水布埡等工程的巖質(zhì)高邊坡開(kāi)挖中的地質(zhì)編錄。該項(xiàng)技術(shù)采用的是數(shù)碼像機(jī)攝影,微機(jī)現(xiàn)場(chǎng)采集及預(yù)處理,自主開(kāi)發(fā)的軟件處理可隨時(shí)提供巖質(zhì)高邊坡的連續(xù)彩色影像圖和地質(zhì)所需的將邊坡開(kāi)挖面置于任意方位的線劃圖。
(六)水土保持、防洪與移民安置容量研究。如1994年,長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所承擔(dān)的長(zhǎng)江上游水土保持重點(diǎn)治理區(qū)滑坡、泥石流發(fā)育程度與穩(wěn)態(tài)區(qū)域研究項(xiàng)目,該項(xiàng)目在研究中利用TM衛(wèi)片對(duì)隴南、金沙江下游、三峽庫(kù)區(qū)3大片進(jìn)行解譯與發(fā)育程度的劃分(滑坡分四級(jí),泥石流分五級(jí))作出了區(qū)劃圖,提出了防治意見(jiàn)和預(yù)警系統(tǒng)建立的基本設(shè)想。1990年地礦部航空物探中心與長(zhǎng)江委規(guī)劃處、綜勘局一道,開(kāi)展長(zhǎng)江中游干流防洪工程現(xiàn)狀遙感調(diào)查,用TM衛(wèi)片和1∶3萬(wàn)～1∶5萬(wàn)彩紅外航片進(jìn)行解譯和編寫報(bào)告,提交的成果獲得了較好的成效。移民安置容量研究,航衛(wèi)片,尤其是彩紅外航片,以其對(duì)土地利用類型的可判讀性和現(xiàn)實(shí)性,為移民安置容量分析確定提供了新手段。
三、地理信息系統(tǒng)(GIS)
GIS技術(shù)可自動(dòng)制作平面圖、柱狀圖、剖面圖和等值線圖等工程地質(zhì)圖件,還能處理圖形、圖像、空間數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間分析等問(wèn)題,將GIS技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)信息管理和制圖輸出是近幾年工程地質(zhì)勘察行業(yè)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。目前,國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多且比較成熟的專業(yè)軟件是由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的MAPGIS,是一種專業(yè)的地理信息系統(tǒng)軟件。
四、工程物探技術(shù)
在我國(guó)工程物探雖然起步較晚,但在水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)單位從20世紀(jì)80年代初至90年代初逐漸引進(jìn)和裝備了一些必要的儀器,如信號(hào)增強(qiáng)式地震儀、綜合測(cè)井儀、電法儀、透視儀、聲波儀、管線儀、地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔彩色電視系統(tǒng)等,使物探儀器得到了全面的更新,其中有些是當(dāng)時(shí)或至今都是世界水平的新儀器,大大地提高了數(shù)據(jù)采集精度和野外工作效率,促進(jìn)了物探的發(fā)展。
(一)地球物理層析成像技術(shù)(CT)。CT技術(shù)是利用已有的平洞或鉆孔,通過(guò)對(duì)采用一定發(fā)射和一定接收方式產(chǎn)生的透射波的采集與處理,反演孔洞間巖體的波速值,并對(duì)區(qū)間巖體進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)的一種技術(shù)方法。當(dāng)前在勘探孔洞間了解巖體情況尚沒(méi)有一個(gè)經(jīng)濟(jì)的、有效的技術(shù)措施做進(jìn)一步工作的情況下,CT技術(shù)不失為是一個(gè)查明孔洞間巖體總體完整性程度的好方法。做得好,不僅能節(jié)約一定的勘探工作量而且還會(huì)對(duì)巖體物理力學(xué)性的整評(píng)價(jià)質(zhì)量的提高有所促進(jìn)。所以“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)以來(lái),包括“八五”和“九五”攻關(guān)幾個(gè)涉及水電建設(shè)的項(xiàng)目,涉及水利水電工程地質(zhì)勘探的課題和專題中大多數(shù)都涉及CT技術(shù)攻關(guān)的內(nèi)容,并獲得許多很有成效的成果。
(二)鉆孔彩色電視系統(tǒng)。a53mm的鉆孔彩電是為適應(yīng)水利水電工程勘察的大多數(shù)鉆孔都是a56mm的金剛石鉆孔而設(shè)計(jì)制造的;50mm的鉆孔彩色電視是在電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上為適應(yīng)水平風(fēng)鉆孔觀察而設(shè)計(jì)制造的,并首次將CCD光電偶合器件應(yīng)用于鉆孔電視。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)合理,集成度高,性能穩(wěn)定,與傳統(tǒng)的攝像管探頭相比,具有彩色圖像重現(xiàn)性好、幾何失真小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊、體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn),是一個(gè)更新?lián)Q代產(chǎn)品。當(dāng)前,隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,鉆孔彩電又在開(kāi)發(fā)的圖像處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制出多功能鉆孔彩色電視系統(tǒng),系統(tǒng)采用工控級(jí)主機(jī),形成控制器、監(jiān)視器、錄相機(jī)三合為一的一體化主機(jī)。主機(jī)可配接多種不同口徑的鉆孔電視探頭,實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)字化實(shí)時(shí)采集壓縮存儲(chǔ),成果可刻錄成VCD光盤,還可進(jìn)行后期圖像處理及制作。
參考文獻(xiàn):
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[2]王妙月,勘探地球物理學(xué)[M].北京:地震出版社,2003.
1前言
現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)(GIS)都主要表達(dá)二維的地表地物的圖形和屬性信息，要擴(kuò)展到真三維包含地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地質(zhì)信息系統(tǒng)還有差距。一個(gè)大型地質(zhì)工程項(xiàng)目從可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，乃至到工程施工與運(yùn)行階段，往往積累了大量的地質(zhì)資料，用三維模型圖形圖像來(lái)表達(dá)和解釋如此龐大的資料，比光靠數(shù)據(jù)庫(kù)和圖表圖紙等傳統(tǒng)手段來(lái)得有效的多。建立工程地質(zhì)體的三維模型，處理巖層界面與結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系，逼真反映地下主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)全貌，將為工程地質(zhì)工作者分析研究工程地質(zhì)現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)掌握巖土體結(jié)構(gòu)規(guī)律，提供一種嶄新的研究手段和研究方法。
國(guó)外三維地質(zhì)建模和可視化研究發(fā)展較快。加拿大阿波羅科技集團(tuán)公司推出的三維建模與分析軟件MicroLYNX，通過(guò)對(duì)離散點(diǎn)采樣、鉆探采樣和探槽采樣等空間數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生剖面、塊和面等模型，確定礦藏分布和等級(jí)變化并計(jì)算礦藏儲(chǔ)量。加拿大GemcomSoftwareInternationalInc.公司開(kāi)發(fā)的Gemcom軟件通過(guò)鉆孔、點(diǎn)、多邊形等數(shù)據(jù)，利用實(shí)用的圖形編輯和生成工具，顯示鉆孔孔位分布，運(yùn)用不規(guī)則三角網(wǎng)建立表面和實(shí)體模型，運(yùn)用多義線圈閉巖層和礦體邊界進(jìn)行儲(chǔ)量和品位分析，提供了交互操作功能并允許用戶根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)勾畫(huà)地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)任意剖面切割任意角度觀察和實(shí)體與實(shí)體或?qū)嶓w與表面的交切與布爾運(yùn)算等。國(guó)外軟件主要是瞄準(zhǔn)采礦工程，能夠較好地滿足采礦工程活動(dòng)中的礦產(chǎn)資源勘探和評(píng)價(jià)、地下礦井和露天礦坑設(shè)計(jì)和規(guī)劃、礦產(chǎn)資源管理和采礦生產(chǎn)管理等需求。美國(guó)Kinetix公司開(kāi)發(fā)的3DStudioMAX，Alias/Wavefront公司開(kāi)發(fā)的Maya和微軟公司開(kāi)發(fā)的Softimage等大眾化的三維建模軟件，在構(gòu)建工業(yè)和建筑模型與動(dòng)畫(huà)制作方面有其獨(dú)到之處，但交互查詢的功能較弱，與工程勘測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合并應(yīng)用于工程地質(zhì)三維建模方面還有較大距離。
張菊明等對(duì)風(fēng)化帶分布、多層地層等地質(zhì)信息的可視化和斷層錯(cuò)斷巖層的表達(dá)和顯示的算法[1,2]進(jìn)行了較為深入的研究，為工程地質(zhì)三維可視化軟件的開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并借助AutoCAD平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜三維地質(zhì)圖形的顯示。國(guó)內(nèi)的靈圖VRMap地理信息系統(tǒng)軟件有較強(qiáng)的地形模擬和地表地物的查詢功能，但不是真三維的地質(zhì)建模工具。北京東方泰坦科技有限公司開(kāi)發(fā)TITAN三維建模軟件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)，建立起三維空間復(fù)雜形狀物體的真三維實(shí)體模型，但目前只是初步的三維建模與圖形處理的引擎，在面向具體專業(yè)時(shí)，需要添加或擴(kuò)充專業(yè)模塊，比如工程地質(zhì)專業(yè)模塊等。
縱觀國(guó)內(nèi)外幾種軟件的研究與開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，它們?yōu)楣こ痰刭|(zhì)三維建模與可視化打下了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，提供了很寶貴的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。但是，對(duì)于工程地質(zhì)專業(yè)的地質(zhì)體建模與可視化分析的針對(duì)性不強(qiáng)，不能夠很好地滿足工程地質(zhì)生產(chǎn)與研究的專業(yè)功能需要。因此本文將從分析工程地質(zhì)的三維建模和可視化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題入手，簡(jiǎn)單描述作者在工程地質(zhì)三維建模和可視化方面的初步開(kāi)發(fā)研究成果。
2關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析2.1離散數(shù)據(jù)的插值與擬合
工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體中的各種地質(zhì)信息，包括地表地形、地下水位、地層界面、斷層、節(jié)理、風(fēng)化帶分布、侵入體及各種地球物理、地球化學(xué)、巖土體的物理力學(xué)參數(shù)或數(shù)據(jù)的等值面(線)等，都可以看作是三維空間中的函數(shù)，它們的擬合函數(shù)要根據(jù)實(shí)際勘測(cè)數(shù)據(jù)建立，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)越豐富，越能夠真實(shí)描繪出這些信息的空間分布規(guī)律。地表地形測(cè)量數(shù)據(jù)、地下水位埋深測(cè)量信息等的單值曲面圖形生成可歸結(jié)為雙自變量離散數(shù)據(jù)的插值和擬合，多值曲面如倒轉(zhuǎn)褶皺和空間等值面等，則應(yīng)采用多參變量插值等其他一些較復(fù)雜的方法?？臻g曲面插值函數(shù)有以下構(gòu)造方法，如與距離成反比的加權(quán)方法(Shepard方法)，徑向基函數(shù)插值法(Multiquadric方法)[3]，平面彈性理論插值法[1,2]等，它們同樣適用于單個(gè)連續(xù)地層界面、地球物理勘探數(shù)據(jù)、地球化學(xué)勘探數(shù)據(jù)以及巖土體物理力學(xué)參數(shù)在地質(zhì)體空間的分布。
2.2三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
工程地質(zhì)體一般是不規(guī)則形體，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中曲線和曲面總是分別通過(guò)很多微小直線段和微小三角面逼近來(lái)模擬地層巖性界線和巖層曲面，即巖層界面（和地表曲線、地下水位面等地質(zhì)層面界線）和巖層曲面都分別是許多微小直線段和微小三角面的集合。地質(zhì)體三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是工程地質(zhì)三維建模和可視化的基礎(chǔ)，這就要求必須具備有效的分層的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠確保人機(jī)交互和查詢的實(shí)現(xiàn)。
2.3曲面求交
地質(zhì)體中存在大量各種層面，當(dāng)出現(xiàn)地層不整合、斷層錯(cuò)斷巖層、地層尖滅和地下水出露于河谷地表等情形時(shí)，就自然會(huì)遇到曲面間求交的問(wèn)題；地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面，通過(guò)數(shù)學(xué)方法擬合出的巖層面或地下水位面不應(yīng)超出地表曲面，即超出部分不應(yīng)顯示。同樣的，當(dāng)顯示多層地層時(shí)，下面的每一巖層應(yīng)以其上一巖層為邊界。因此，為了可視化地層界面必須要解決地層面與地表、斷層面和其他地層面的求交問(wèn)題。另一方面，在剖面圖成圖時(shí)，地質(zhì)界線的繪制是通過(guò)顯示剖面(平面)與各種地質(zhì)界面(曲面)求交所得出的交線。因此曲面求交包括地質(zhì)界面（層面）之間的相交，和地質(zhì)界面與剖面的相交兩類問(wèn)題。
2.4三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
從地質(zhì)學(xué)角度看，拓?fù)涫堑刭|(zhì)對(duì)象間關(guān)系的表格，拓?fù)浔泶鎯?chǔ)層位間上覆、下伏和交切(被斷層切割后地層的拓?fù)浔磉_(dá))等的地層學(xué)關(guān)系及地質(zhì)空間位置關(guān)系。拓?fù)湟部梢暈樵试S這些地質(zhì)關(guān)系合理儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，考慮多層地層，上一個(gè)巖層的底面和與其相鄰的下一個(gè)巖層的頂面是上下巖層這兩個(gè)實(shí)體的公共部分或共享邊界，它們之間的拓?fù)潢P(guān)系就是相鄰和同一的關(guān)系，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)只存儲(chǔ)上一個(gè)巖層的底面或其相鄰的下一個(gè)巖層的頂面，即相鄰巖層的邊界曲面可以存為一個(gè)地層曲面，大大減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。評(píng)價(jià)地質(zhì)模型系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)往往決定于描述地質(zhì)對(duì)象所用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[4]。
2.5可視化技術(shù)
工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體可視化，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將工程勘測(cè)獲得的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為形象直觀的便于進(jìn)行交互分析的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)空間形態(tài)的立體圖和剖面圖形，其基礎(chǔ)是工程數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)的可視化〔5〕。利用可視化技術(shù)可以從龐大的地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)中構(gòu)造出地質(zhì)工程中對(duì)于邊破穩(wěn)定性和地下硐室變形破壞等起關(guān)鍵作用的巖層和結(jié)構(gòu)面，并顯示其范圍、走向和相互交切關(guān)系，幫助工程地質(zhì)人員對(duì)原始數(shù)據(jù)做出正確解釋，繼而為工程地質(zhì)分析具體問(wèn)題提供決策支持。
3工程地質(zhì)三維可視化技術(shù)的初步開(kāi)發(fā)與應(yīng)用3.1研究框圖
工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體三維建模與可視化的研究框圖如圖1所示。
基于離散采樣數(shù)據(jù)的插值與擬合的思想，即將離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)曲線曲面,工程地質(zhì)復(fù)雜地質(zhì)體三維建模與可視化的過(guò)程是，從勘探數(shù)據(jù)庫(kù)中提取各種地質(zhì)信息的坐標(biāo)位置及巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，通過(guò)不同的擬合與插值函數(shù)得到地質(zhì)層面(曲面)和地質(zhì)實(shí)體的三維計(jì)算機(jī)圖形顯示，表達(dá)地質(zhì)信息在研究區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。生成地質(zhì)巖層面和地質(zhì)實(shí)體后，實(shí)現(xiàn)從任意角度觀察建立的模型，實(shí)現(xiàn)根據(jù)指定的剖面走向、傾向和傾角生成垂直剖面。
3.2初步開(kāi)發(fā)與應(yīng)用3.2.1工程勘測(cè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理
在收集整理現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)后錄入金沙江某水電工程勘測(cè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)各分項(xiàng)數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)表不僅包括地質(zhì)信息的位置數(shù)據(jù)，更重要的是提供屬性數(shù)據(jù)。
以地層巖性數(shù)據(jù)表為例，要求錄入鉆孔編號(hào)、巖層起始深度、巖層終止深度、層厚、巖性（地層名稱）、地層代碼（地層年代）、巖層走向、巖層傾向、巖層傾角、接觸關(guān)系、地質(zhì)描述等數(shù)據(jù)。隨著工程勘測(cè)的進(jìn)展，能夠方便地修改補(bǔ)充和管理勘測(cè)數(shù)據(jù)。圖2是工程勘測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中鉆孔地層系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的管理界面。
3.2.2三維瀏覽
通過(guò)孔口坐標(biāo)和測(cè)量數(shù)據(jù)等的離散數(shù)據(jù)的擬合和插值法繪制壩址區(qū)的右岸地表曲面網(wǎng)格（圖3），進(jìn)而可在三維圖形環(huán)境中進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽觀察（圖4）。
3.2.3三維地質(zhì)立體圖
利用工程勘測(cè)數(shù)據(jù)，建立了壩址區(qū)右岸三維立體地質(zhì)圖。該壩址區(qū)自上而下地層巖性組合為：第四系崩坡堆積物，侏羅系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，三疊系上統(tǒng)厚至巨厚層狀細(xì)至中粒砂巖，三疊系上統(tǒng)薄至中厚層狀粉細(xì)紗巖、粉砂巖，三疊系上統(tǒng)中厚至厚層狀中粗砂巖。通過(guò)有限的工程勘測(cè)數(shù)據(jù)得出的立體圖，能夠較好地滿足工程地質(zhì)的精度。圖5表達(dá)了該壩址區(qū)右岸三維地質(zhì)圖。
3.2.4三維可視化查詢
通過(guò)圖形與工程勘測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的屬性數(shù)據(jù)的鏈接，實(shí)現(xiàn)可視化查詢地層巖性和其他工程地質(zhì)信息，最終完成向三維地質(zhì)信息系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。圖6是一簡(jiǎn)單的被斷層錯(cuò)斷的水平多層地層模型，通過(guò)模型的每個(gè)地層實(shí)體名稱與數(shù)據(jù)表中的巖石名稱字段對(duì)應(yīng)鏈接，能夠查詢地層的巖性，地質(zhì)年代，起止深度和地質(zhì)描述等工程地質(zhì)人員關(guān)心的地質(zhì)信息。
4結(jié)論
(1)運(yùn)用先進(jìn)的可視化技術(shù)與交互圖形技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)和管理現(xiàn)場(chǎng)勘探實(shí)測(cè)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立工程地質(zhì)體的三維模型，工程地質(zhì)工作者可隨著勘察或研究工作的不斷深入細(xì)致，對(duì)研究(工作)區(qū)域隨時(shí)補(bǔ)充信息來(lái)自動(dòng)顯示地質(zhì)信息在研究(工作)區(qū)域內(nèi)的分布，從而不斷提高模型精度，并且利用模型反饋回來(lái)的信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)已有勘察工作中的不足，從而及時(shí)修改勘察或研究工作方案，指導(dǎo)下一步勘探或研究工作的實(shí)施。
(2)工程地質(zhì)三維建模與可視化的深入研究，可以充分利用已有現(xiàn)場(chǎng)勘探實(shí)測(cè)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)到節(jié)約投資減少勘察或研究成本的目的。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)勘探和試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料不足情況下，通過(guò)對(duì)已有數(shù)據(jù)的插值與擬合到建立三維模型，可以推斷和預(yù)測(cè)未知區(qū)域或研究較少區(qū)域的地質(zhì)信息或巖土體物理力學(xué)參數(shù)的分布趨勢(shì)，從而為減少勘探工作量提供科學(xué)的可靠的依據(jù)，達(dá)到節(jié)約花費(fèi)，為生產(chǎn)或研究部門產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益的目的。
(3)工程地質(zhì)巖土體是復(fù)雜的不規(guī)則形體，存在各種地質(zhì)巖性層面、結(jié)構(gòu)面以及各種空間分布的地質(zhì)與力學(xué)信息，完全表達(dá)地質(zhì)信息的空間分布及巖層和結(jié)構(gòu)面間的位置關(guān)系，工程地質(zhì)三維建模與可視化研究是大有作為的。
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2工程地質(zhì)勘察信息
集成化的前提應(yīng)是信息化。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成化的途徑就是要以信息為紐帶，通過(guò)信息的傳遞和作用，貫穿勘察整個(gè)周期。因此，信息的組織和管理在集成化中起著關(guān)鍵作用。一般工程地質(zhì)信息包含的內(nèi)容是多方面的。就鐵路工程地質(zhì)勘察而言，按工序可分為前期信息、中期信息和后期信息。前期信息多為指定性和任務(wù)性信息，包括勘察大綱、各種勘探點(diǎn)事前指導(dǎo)書(shū)(任務(wù)書(shū))、巖土水試樣試驗(yàn)委托書(shū)等;中期信息一般為中間成果信息和過(guò)程信息，有勘探點(diǎn)成果圖表、野外調(diào)查的觀測(cè)點(diǎn)表、巖土水試驗(yàn)報(bào)告、物探報(bào)告等;后期信息以成果文件為主，含工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)縱斷面圖、各種類型的匯總表、計(jì)算表單、各類工程勘察報(bào)告或說(shuō)明、工程地質(zhì)勘察總說(shuō)明等?？傊?，信息十分龐雜也十分多樣化。集成化的目的就是為了信息的有效利用、有效管理。為了達(dá)到集成化，就必須實(shí)現(xiàn)鐵路工程地質(zhì)勘察過(guò)程信息化，信息化的前提顯然就是信息必須存儲(chǔ)。因此，首先著重考慮了各期信息存儲(chǔ)的方式和內(nèi)容、信息傳遞途徑以及信息作用的方式。
2.1信息存儲(chǔ)
工程地質(zhì)勘察有關(guān)信息類型無(wú)外乎有3種:文本型信息、數(shù)值型信息和圖形信息。不同信息存儲(chǔ)的格式和目的有所不同。而且實(shí)際工作中，需要將不同類型信息整合在一張表上，如勘探事前指導(dǎo)書(shū)，既含文本型信息，如技術(shù)要求，又有數(shù)值型信息，如孔深、里程、坐標(biāo);觀測(cè)點(diǎn)表和巖心鑒定表中既含文本信息，如地層描述，又含圖形信息，如素描圖和巖心柱狀圖。
2.1.1文本型信息
文本型信息包括word、excel及txt格式文件，多是一些描述性和說(shuō)明性的信息，它必須與其他數(shù)值型和圖形信息一起使用才有意義。存儲(chǔ)的目的主要是便于以后查詢、瀏覽以及與其他信息合并組成一種規(guī)定的格式，以便整體輸出。
2.1.2數(shù)值型信息
數(shù)值型信息主要包括數(shù)字、術(shù)語(yǔ)、符號(hào)和excel格式文件，這類信息用途最廣。存儲(chǔ)的目的是為了后期查詢、核對(duì)、糾錯(cuò)、調(diào)用、匯總、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算時(shí)方便調(diào)用。哪些信息需要按數(shù)值型信息存儲(chǔ)是根據(jù)后期需要來(lái)確定的。
2.1.3圖形信息
圖形信息包括照片、CAD圖等。存儲(chǔ)的目的是為了后期調(diào)用、修改，同時(shí)也為了與數(shù)值型信息和文本型信息有關(guān)聯(lián)性，如一張照片的里程位置，CAD圖中所涉及的勘探信息、計(jì)算結(jié)果等。
2.2信息傳遞
各部分相互間的聯(lián)系就是通過(guò)信息傳遞來(lái)完成的。信息傳遞既有單向的，又有雙向的。需要信息傳遞的內(nèi)容均設(shè)為單獨(dú)字段。單向傳遞的多為文本信息，如描述性的內(nèi)容;雙向傳遞的多為數(shù)值型信息，如里程、坐標(biāo)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。圖形信息既有單向的，如平面圖中的符號(hào)、小柱狀圖等;也有雙向的，斷面圖中的靜探分層等。單向信息傳遞按工作流程設(shè)計(jì)，其目的就是為了簡(jiǎn)化人工干預(yù)、提高工作效率和準(zhǔn)確性，為此，可以設(shè)置信息字段的繼承性、遞增性，避免重復(fù)輸入。雙向傳遞是根據(jù)后期信息結(jié)果反饋給前期信息庫(kù)進(jìn)行核對(duì)和修改，然后再返回到后期信息。如砂土的定名、黏性土的稠度、粉土的密實(shí)程度和潮濕程度等，野外定名和試驗(yàn)室定名有時(shí)不一致，就需要根據(jù)試驗(yàn)室定名來(lái)修改野外定名，即根據(jù)試驗(yàn)室定名自動(dòng)修改前期相應(yīng)字段內(nèi)容。平面圖勘察點(diǎn)的里程、坐標(biāo)換算、順號(hào)、換號(hào)等也是信息雙向傳遞的典型例子。
2.3信息作用
信息作用和信息傳遞是分不開(kāi)的。大部分字段都是根據(jù)信息作用設(shè)置的，如鉆探事前指導(dǎo)書(shū)中設(shè)定孔深、是否取樣等為單獨(dú)字段，就是為了實(shí)際完成后進(jìn)行核對(duì)是否按指導(dǎo)書(shū)要求的孔深進(jìn)行，是否進(jìn)行了取樣。信息的主要作用反映在后期信息處理上，如統(tǒng)計(jì)、匯總、滑坡計(jì)算、沉降計(jì)算、濕陷計(jì)算、節(jié)理統(tǒng)計(jì)、赤平投影等。
3系統(tǒng)介紹
3.1系統(tǒng)概述
系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是建立和鐵路勘察工作業(yè)務(wù)流程相符合的工程地質(zhì)信息管理與應(yīng)用系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)管理為核心，包含野外勘察、資料整理、資料提交等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)算評(píng)價(jià)、專業(yè)接口等功能，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成化、信息化和智能化，提高工作效率和工作質(zhì)量。
3.2系統(tǒng)功能架構(gòu)
本系統(tǒng)包括了工程地質(zhì)勘察所需的大部分功能，從數(shù)據(jù)錄入到提交相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)接口，都在本系統(tǒng)內(nèi)完成。為保證與項(xiàng)目有關(guān)的內(nèi)容都能方便管理和查詢利用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就按上節(jié)討論的信息內(nèi)容依據(jù)不同的目的和用途放入數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理?；诩苫目紤]，本系統(tǒng)主要包含了項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、計(jì)算分析、統(tǒng)計(jì)匯總、輔助工具、出圖管理、接口管理等模塊組成(圖2)。其中的計(jì)算分析工具也將大部分常用的工程地質(zhì)計(jì)算方法，如赤平投影圖，納入到系統(tǒng)中，以便充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有關(guān)分析計(jì)算(圖3)。
3.3系統(tǒng)集成特點(diǎn)
3.3.1勘察管理功能的集成
(1)項(xiàng)目管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)的信息按勘察設(shè)計(jì)階段、勘察起始時(shí)間、勘察分段、方案勘察進(jìn)行分類管理，具體的應(yīng)用都是在方案下進(jìn)行的。同時(shí)考慮了其他項(xiàng)目資料、其他段落資料、其他方案資料的引用管理。也考慮了不同段落、不同人員、不同方案下資料的歸并管理。通過(guò)各種項(xiàng)目管理方式，可以實(shí)現(xiàn)一條鐵路線的工程地質(zhì)勘察信息一體化，方便勘察信息的歸檔管理。該系統(tǒng)的項(xiàng)目管理方式也是類似軟件中首次使用。(2)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)基本將整個(gè)勘察過(guò)程中發(fā)生的所有資料進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行有效的管理，數(shù)據(jù)庫(kù)包括了現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、勘察點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)文件數(shù)據(jù)庫(kù)、工點(diǎn)資料數(shù)據(jù)庫(kù)、平面圖和斷面圖數(shù)據(jù)庫(kù)等。值得一提的是，系統(tǒng)首次將現(xiàn)場(chǎng)管理、內(nèi)業(yè)資料整理、分析計(jì)算、統(tǒng)計(jì)匯總、出圖管理、數(shù)據(jù)接口等進(jìn)行了集成。實(shí)現(xiàn)了對(duì)野外勘察工作中有關(guān)工序文件的管理，包括鉆探事前指導(dǎo)書(shū)、試坑事前指導(dǎo)書(shū)、原位測(cè)試事前指導(dǎo)書(shū)、物探事前指導(dǎo)書(shū)、土巖水試驗(yàn)委托書(shū)等;實(shí)現(xiàn)了各種圖的圖紙選擇、自動(dòng)分頁(yè)、批量出圖的管理。
系統(tǒng)中設(shè)計(jì)圖形編輯的內(nèi)容很多，包括巖芯鑒定表、原位測(cè)試成果表、觀測(cè)點(diǎn)表、平面圖、斷面圖、剖面圖等。前兩種在自主平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)圖形編輯和生成，徹底避免了過(guò)去在AutoCAD下出圖順序難調(diào)、批量出圖困難的缺點(diǎn)，也方便了資料的順序歸檔。觀測(cè)點(diǎn)因編輯量較大，主要依托AutoCAD進(jìn)行編輯，然后依靠系統(tǒng)生成pdf圖，實(shí)現(xiàn)批量生成和出圖。平面圖和斷面圖編輯主要是利用AutoCAD功能，充分利用勘察點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)圖形的部分內(nèi)容自動(dòng)填繪，圖上查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，智能連層，并到達(dá)斷面圖接口數(shù)據(jù)生成的目的?？傊?，圖形編輯的集成是信息化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是靠信息的傳遞實(shí)現(xiàn)了圖與數(shù)據(jù)庫(kù)的有效串通。
3.3.3分析工具的集成
分析工具由計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、匯總、分析四部分組成。計(jì)算包括滑坡計(jì)算、地基沉降計(jì)算、樁基計(jì)算、黃土濕陷計(jì)算、液化判定、鹽漬土計(jì)算等功能，后三種能實(shí)現(xiàn)成批計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果放入相應(yīng)勘探點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后期統(tǒng)計(jì)、匯總。統(tǒng)計(jì)有工作量統(tǒng)計(jì)、節(jié)理統(tǒng)計(jì)、地基土的物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)等。分析主要為赤平投影圖。
3.3.4專業(yè)協(xié)作功能的集成
(1)與勘探和土工試驗(yàn)的協(xié)作勘探包括鉆探、試坑、原位測(cè)試等內(nèi)容?？碧阶鳂I(yè)人員可以只錄入最原始的數(shù)據(jù)，后期由地質(zhì)人員根據(jù)需要進(jìn)行整理，這樣就保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，也方便了在此基礎(chǔ)上的二次分析整理。更重要的是提供了各種勘探成果圖表的生成和輸出功能。地質(zhì)人員可根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)整靜探分層位置，重新計(jì)算各層參數(shù)等。系統(tǒng)明確了土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，自動(dòng)對(duì)勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。依據(jù)事前指導(dǎo)書(shū)和試驗(yàn)委托書(shū)，對(duì)勘探取樣數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行比對(duì)，以方便地質(zhì)人員監(jiān)控勘探質(zhì)量。(2)與上、下游專業(yè)的協(xié)作系統(tǒng)提供了對(duì)其他專業(yè)提供圖紙的一系列數(shù)字化處理功能，從而使地質(zhì)專業(yè)在同一張圖紙上進(jìn)行本專業(yè)的工作，并確?？臻g上的統(tǒng)一。同時(shí)，隨著上游專業(yè)圖形的變動(dòng)而變動(dòng)，如線路方案的調(diào)整引起的各種地質(zhì)內(nèi)容里程的變化。地質(zhì)專業(yè)產(chǎn)生的成果提交給其他專業(yè)時(shí)，同時(shí)提交標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)接口文件。
3.3.5行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的集成
鐵路工程地質(zhì)勘察不僅要執(zhí)行鐵路行業(yè)制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而且還要針對(duì)改移公路、房屋建筑執(zhí)行公路行業(yè)和工民建地基勘察相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。因此，本系統(tǒng)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、圖形的生成也一并進(jìn)行了考慮，用戶使用時(shí)根據(jù)需要選擇即可，無(wú)需再用其他軟件完成。最重要的是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共用。
3.3.6系統(tǒng)設(shè)置的模板化
模板化也是系統(tǒng)集成化的一種體現(xiàn)。本系統(tǒng)秉承系統(tǒng)設(shè)置模板化的先進(jìn)做法，把一些通用的圖表、符號(hào)設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)模板，集成在系統(tǒng)中，使整個(gè)系統(tǒng)圖表輸出和符號(hào)標(biāo)注保持統(tǒng)一，也為用戶個(gè)性修改提供了條件。如巖芯鑒定表，試坑鑒定表，原位測(cè)試成果表，各種統(tǒng)計(jì)匯總表，地層時(shí)代符號(hào)標(biāo)注、各種計(jì)算表單等，用戶可以根據(jù)自己的需要設(shè)置編輯，而不用再修改程序代碼。
3.3.7功能實(shí)現(xiàn)的靈活性
長(zhǎng)大鐵路線的工程地質(zhì)勘察，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，即使同一類問(wèn)題因條件不一樣也會(huì)出現(xiàn)不同的情況，要求采取不同的解決方式。如果有線路的中線數(shù)據(jù)和斷鏈數(shù)據(jù)，在圖下即可完成坐標(biāo)里程換算;如果沒(méi)有中線數(shù)據(jù)，則可利用CAD圖進(jìn)行。平面圖上的地質(zhì)小柱狀圖填繪既可人機(jī)交互完成，也可利用既有勘探資料自動(dòng)生成。地質(zhì)產(chǎn)狀既能人機(jī)交互標(biāo)注，也能讀數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)解決。最具特色的就是在系統(tǒng)的任何位置都可很方便地查詢到勘察數(shù)據(jù)中的內(nèi)容。
3.3.8輔助工具的集成自然界地層種類繁多，因工程目的，命名和表示方式也不盡相同，系統(tǒng)不可能開(kāi)發(fā)出所有地層花紋、地層時(shí)代成因符號(hào)、巖性符號(hào)、地質(zhì)線型、不良地質(zhì)和特殊巖土符號(hào)等。本系統(tǒng)以集成輔助工具的方式有效地解決了系統(tǒng)符號(hào)、線型、花紋不足的問(wèn)題。這也是同類軟件中的首創(chuàng)。
3.3.9對(duì)BIM技術(shù)的支持隨著B(niǎo)IM技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的持續(xù)走紅，近年來(lái)鐵路行業(yè)也在大力推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用。作為最重要的基礎(chǔ)信息，鐵路工程地質(zhì)信息模型的建立也勢(shì)在必行。本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)鐵路工程地質(zhì)信息模型建立已經(jīng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，其龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)為模型建立提供了強(qiáng)有力的支撐，信息化的二維斷面圖為模型信息的傳遞提供了有力的幫助。一旦三維地質(zhì)建模技術(shù)成熟，將具備快速建立地質(zhì)BIM模型的能力。
4應(yīng)用實(shí)例
本系統(tǒng)不僅已在多個(gè)鐵路項(xiàng)目中得到應(yīng)用，而且還在公路項(xiàng)目勘察中發(fā)揮了巨大作用，尤其是系統(tǒng)中的里程、坐標(biāo)換算，自動(dòng)順號(hào)、統(tǒng)計(jì)匯總、計(jì)算等使地質(zhì)人員從繁瑣的數(shù)字處理中解脫出來(lái)，極大地提高了工作效率。下面以西安至銅川城際鐵路可研勘察為主，介紹系統(tǒng)使用效果。西安至銅川城際鐵路長(zhǎng)110km左右，可研階段的項(xiàng)目管理結(jié)構(gòu)如圖4所示。由圖4中可以看出，項(xiàng)目管理是以設(shè)計(jì)階段為一個(gè)完整周期考慮的。這樣考慮的原因是鐵路工程地質(zhì)勘察涉及的數(shù)據(jù)量非常巨大，如果將各個(gè)勘察階段放在一個(gè)庫(kù)里管理，會(huì)影響計(jì)算機(jī)處理速度，甚至無(wú)法啟動(dòng)?？裳?初測(cè))階段就劃分為一個(gè)段落，主要有3個(gè)方案，每個(gè)方案下包括從任務(wù)下達(dá)到資料提交整個(gè)周期內(nèi)的各種勘察內(nèi)容。所以，勘察數(shù)據(jù)是以方案為依托進(jìn)行管理的，所有勘察信息都是基于線路方案進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的。圖4項(xiàng)目管理結(jié)構(gòu)西銅城際鐵路從西安北客站引出，與鄭西、大西客運(yùn)專線鐵路并行幾公里后跨渭河北上。所以，需要大量引用鄭西、大西客運(yùn)專線的勘察資料。本系統(tǒng)導(dǎo)入其他線路勘察資料功能就提供了很大的方便，使我們順利地將鄭西、大西客運(yùn)專線勘察資料導(dǎo)入到西銅城際鐵路勘察數(shù)據(jù)庫(kù)中。大量的鉆孔、靜力觸探、試坑等勘探任務(wù)都是通過(guò)該系統(tǒng)直接生成下達(dá)，基本是一氣呵成，并存入系統(tǒng)，后期很方便地查閱。觀測(cè)點(diǎn)、鉆探、試坑、靜力觸探等輸入基本符合規(guī)范要求和單位工作習(xí)慣，重復(fù)內(nèi)容的繼承性和遞增性極大地減少了操作人員的工作量，尤其是自主平臺(tái)的成果圖表輸出更是克服了過(guò)去不能成批完成的缺點(diǎn)，最重要的是可以人為控制排列順序，使輸出按用戶要求的順序完成，大大降低了工作強(qiáng)度，提高了工作質(zhì)量。此外，分離出來(lái)的一些內(nèi)容，如黏性土的塑性狀態(tài)、粉土的密實(shí)程度和潮濕程度、砂土及碎石類的潮濕程度和密實(shí)程度、巖石的層理產(chǎn)狀和節(jié)理產(chǎn)狀，以及濕陷性、液化判定結(jié)果等都為后期信息的分析、計(jì)算提供了必要條件。西安至銅川城際鐵路主要走行于黃土塬上，黃土濕陷是其遇到的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，所以，針對(duì)大批量的濕陷計(jì)算，該系統(tǒng)只一鍵完成鐵路工程地質(zhì)勘察最為繁瑣的是各種勘察點(diǎn)和地質(zhì)產(chǎn)狀的標(biāo)注。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了集成化的優(yōu)勢(shì)，一鍵完成從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用勘察點(diǎn)、地質(zhì)產(chǎn)狀，并自動(dòng)按坐標(biāo)標(biāo)注到平圖上。同時(shí)完成順號(hào)、里程計(jì)算等回饋到數(shù)據(jù)庫(kù)。僅此一項(xiàng)，提高工作效率達(dá)70%以上。此外，本系統(tǒng)在廣西資興高速公路詳勘項(xiàng)目的應(yīng)用也集中體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)集成的好處。資興高速公路全長(zhǎng)82km，詳勘加上利用的初勘資料共計(jì)有1200多個(gè)鉆探、500余個(gè)觀測(cè)點(diǎn)、100多個(gè)試坑、千余張照片，涉及的工程有500多個(gè)橋、隧道、路基工點(diǎn)等。系統(tǒng)對(duì)此都進(jìn)行了有效管理，實(shí)現(xiàn)了里程坐標(biāo)換算、編號(hào)順號(hào)、紙上布孔、平面圖勘察點(diǎn)及產(chǎn)狀標(biāo)注、斷面圖勘探點(diǎn)標(biāo)注、工作量統(tǒng)計(jì)等自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)了各種地質(zhì)符號(hào)標(biāo)注、斷面圖地層連層及標(biāo)注等的智能化。節(jié)理統(tǒng)計(jì)和赤平投影的功能為地質(zhì)人員分析巖體穩(wěn)定性提供了有力的幫助，極大地提高了工作效率和質(zhì)量。在此公路上的應(yīng)用也充分說(shuō)明了該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)集成的成功。
1．1隧道工程地質(zhì)調(diào)繪地質(zhì)調(diào)繪的方法主要包括追索法與路線穿越法，對(duì)工程整個(gè)地質(zhì)單元與隧道區(qū)兩部分控制地質(zhì)體與不良地質(zhì)。與以往的方法進(jìn)行比較，打破了調(diào)繪范圍的限制，讓調(diào)繪內(nèi)容更細(xì)致、更準(zhǔn)確。通過(guò)調(diào)繪方式，能夠查明巖堆、危巖、軟土、瓦斯、地下水等不良地質(zhì)的分布情況，尤其是在隧道中部發(fā)育的巖溶管道水水流方向。隧道工程的地質(zhì)調(diào)繪為下一步工作的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1．2地質(zhì)鉆探由于隧道區(qū)域地層與巖性變化的多樣性，進(jìn)行地質(zhì)鉆探時(shí)需要布置多個(gè)鉆孔，加大鉆孔分布范圍。鉆探方式主要是采用金剛石或合金鉆進(jìn)，一部分煤系地層地帶的巖石粉碎，采用的是無(wú)水反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。鉆孔的深度除有特殊要求的鉆孔外，都應(yīng)當(dāng)深入隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高2m～3m以下。鉆進(jìn)巖芯采取率要求破碎巖層與強(qiáng)風(fēng)化層不小于50%;完整基巖不小于80%;覆蓋層不小于50%。鉆探鉆進(jìn)過(guò)程中，仔細(xì)測(cè)定地下水位，并及時(shí)記錄，記錄內(nèi)容包括巖土分層、地下水位、鉆進(jìn)速率、水的顏色等。利用詳細(xì)與具有代表性的鉆探方式，隧道洞室圍巖的巖性與整體情況能夠直觀顯示;利用鉆孔實(shí)施抽水、鉆孔聲波測(cè)試、壓水測(cè)試、煤層瓦斯檢測(cè)等一系列工作，以定性與定量?jī)煞矫鏋樗淼绹鷰r的分段與分級(jí)帶來(lái)有效的地質(zhì)依據(jù)。
1．3高密度電物探法若存在鉆探方式難以查證的地質(zhì)，則能采用高密度電物探法，物探儀器為擁有我國(guó)先進(jìn)水平的重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研究的WGMD-1型高度探測(cè)系統(tǒng)，方法是用α排列方式予以高密度數(shù)據(jù)采集，采用國(guó)際水平的Surfer軟件與RES2DINV軟件進(jìn)行二維電阻率成像反演。能夠準(zhǔn)確判斷地質(zhì)情況，改善隧道工程施工的危險(xiǎn)性，降低嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題的發(fā)生率，有時(shí)還能避免路線更改，從而節(jié)約建設(shè)項(xiàng)目的投資資本。
1．4地震勘探與鉆孔超聲波測(cè)井以及探測(cè)巖石波速因其隧道區(qū)域地層巖性多樣化，地表風(fēng)化程度嚴(yán)重，鉆探取芯能力弱，巖芯大多為碎塊、砂狀以及塊狀。地質(zhì)人員大都是通過(guò)人為因素來(lái)判斷巖石風(fēng)化程度，很少客觀判斷巖體基本質(zhì)量，未能科學(xué)劃分隧道圍巖類型。因而，地震勘探與鉆孔超聲波測(cè)井以及探測(cè)巖石波速技術(shù)逐漸被應(yīng)用。地震勘探儀器采用的主要方式為折射波法，通過(guò)定性劃分結(jié)合定量指標(biāo)的整體分析，確定了巖石風(fēng)化情況與隧道圍巖類型，該方式更為合理，更具創(chuàng)新特色。
1．5抽水與壓水檢驗(yàn)方式若隧道區(qū)域?qū)儆跅l帶狀巖層組成的山嶺，其水文地質(zhì)單元更加復(fù)雜，含有較多含水單元與隔水層，其透水性與含水單元具有較大差異。為了能檢驗(yàn)出準(zhǔn)確的洞身段各巖石的裂隙性與透水性，準(zhǔn)確預(yù)判隧道涌水量，于鉆孔施工結(jié)束后分別實(shí)施抽水與壓水試驗(yàn)。抽水及壓水試驗(yàn)使用的是自制提桶與專業(yè)高揚(yáng)程空氣壓縮機(jī)抽水與壓水設(shè)施，其中提桶抽水試驗(yàn)應(yīng)用于地下水位淺的地段，空氣壓縮機(jī)抽水和壓水設(shè)施應(yīng)用于地下水位深或不存在地下水的巖層內(nèi)。并且還對(duì)一些鉆孔實(shí)行了將抽水與壓水相整合的試驗(yàn)，以便同單一試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。
1．6瓦斯檢驗(yàn)對(duì)專門施工的ZK11鉆孔，采用一套煤管、一套瓦斯解吸儀、兩個(gè)取樣瓦斯灌予以瓦斯檢驗(yàn)，其具體方法為:在鉆孔鉆遇煤層后，下采煤管采煤同時(shí)迅速裝灌后封閉，5min內(nèi)進(jìn)行解吸，獲得現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解吸量，最后采用圖解法算出瓦斯耗損量，二者相加即為煤層瓦斯逸出量。該方式簡(jiǎn)易可行，結(jié)果接近實(shí)際情況，具有相對(duì)開(kāi)拓性。
2關(guān)于工程地質(zhì)環(huán)境對(duì)隧道工程的影響
在建設(shè)長(zhǎng)隧道、深埋隧道以及大隧道過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，不僅會(huì)對(duì)工程工期與造價(jià)造成影響，還會(huì)給隧道的施工與運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。下述對(duì)影響隧道工程的幾種地質(zhì)環(huán)境作了探討。
2．1軟土地基在湖相與濱海相等古地質(zhì)環(huán)境中，軟土大都沉積在相對(duì)停滯與相對(duì)運(yùn)動(dòng)遲緩的水環(huán)境內(nèi)，此類沉積軟土顆粒細(xì)軟、土質(zhì)軟弱、孔隙度大、含水量高、容易形成蠕變、凝聚力小幾乎可以被忽略。在這種地質(zhì)條件上建設(shè)隧道，必須考慮工程的地質(zhì)問(wèn)題。1)該地質(zhì)土性較軟，受到隧道重負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生沉陷，從而厚度發(fā)生改變，形成不均勻沉陷，導(dǎo)致隧道內(nèi)襯砌等結(jié)構(gòu)發(fā)生形變;2)隧道結(jié)構(gòu)會(huì)受軟土蠕變的影響，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)與襯砌有重要作用;3)軟土一般存在于地下還原環(huán)境中，微生物作用容易形成甲烷氣體，聚積在軟土層孔隙內(nèi)，隧道挖進(jìn)時(shí)工作人員可能會(huì)受甲烷氣體的危害，若遇到火源還可能引起爆炸。建設(shè)隧道時(shí)，對(duì)于軟土地基，長(zhǎng)度不長(zhǎng)的隧道應(yīng)采用盾構(gòu)穿越更為簡(jiǎn)易;然而長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)的隧道，因其軟土的蠕變特點(diǎn)，會(huì)形成超量切削，導(dǎo)致在隧道盾構(gòu)掘進(jìn)的前端會(huì)出現(xiàn)蠕變凹槽，如果軟土層厚度不夠，容易使得上方活河水與海水大量潛入隧道。因此，在海域上存在眾多沉積軟土地帶時(shí)，借助盾構(gòu)穿越軟土層，必須充分重視所存在的安全隱患。
2．2砂卵石層地基在多樣化地質(zhì)條件如平原、河流、濱海、盆地中，會(huì)存在不同成因的砂卵石沉積層。各地砂卵石層的結(jié)構(gòu)由于沉積時(shí)受到古地質(zhì)地理環(huán)境的影響，各結(jié)構(gòu)間存在差異。砂卵石層的沉積韻律和顆粒級(jí)配受到沉積時(shí)水動(dòng)力條件的影響。砂卵石層危害隧道工程的幾個(gè)方面主要是:1)因?yàn)樗淼朗┕づ潘?，使得周邊砂層的機(jī)械塌陷與管涌;2)砂層涌入會(huì)引發(fā)豐富地下水;3)砂層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，形成不規(guī)則沉陷，為隧道帶來(lái)安全隱患;4)砂層內(nèi)夾雜的大塊卵石，影響盾構(gòu)施工，嚴(yán)重時(shí)會(huì)卡住刀片。采用沉管法在湍急河流的砂卵石層中建設(shè)隧道，容易使沉管下砂層形成沖刷，損害沉管隧道。在厚砂層上建設(shè)隧道時(shí)，要注重下述幾點(diǎn):1)抽水起始水位降低引發(fā)地面沉降、沖刷、潛蝕;2)進(jìn)行大量抽水后，水位降低遲緩，產(chǎn)生壓力水頭，極易使得下方的大量砂層潰入;3)下方存在相對(duì)隔水層時(shí)，因?yàn)樯戏剿淼莱樗档退畨?，下方高壓水匯合;4)透水層凸起，形成眾多越流向上補(bǔ)給，影響隧道運(yùn)行。
2．3碳酸鹽巖地層在分布有可溶碳酸鹽地層地區(qū)，受到不同程度的喀斯特化作用，作用結(jié)果為在地表上形成奇特山峰，地下形成多個(gè)洞穴與通道?；钴S在洞穴和通道中的喀斯特水包括孔隙水與裂隙水等，存在不同的特點(diǎn)?？λ固厮形鍌€(gè)對(duì)立統(tǒng)一的特點(diǎn)，具體包括:1)獨(dú)存與半獨(dú)存的管道水流和擁有統(tǒng)一水力相關(guān)的地下水力面與擴(kuò)散流同時(shí)存在;2)不含水巖體與含水巖體同時(shí)存在;3)非承壓水流同承壓水流之間互相變換;4)層流運(yùn)動(dòng)和紊流運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在;5)非均質(zhì)含水性和均質(zhì)含水性復(fù)雜變化。在喀斯特化地層中，具有相當(dāng)明顯的三相流，即是氣體、固體、液體三相物質(zhì)混合形成的三相流。三相流具備一個(gè)重要特性，泥砂等固體流與水等液體流是不能被壓縮的，而氣體能被壓縮，受壓氣體還會(huì)發(fā)生多種變化。
2地質(zhì)勘查工程施工成本控制工作的原則
2.1遵循全員成本控制原則。地質(zhì)勘查工程施工的過(guò)程中，有多個(gè)部門和大量工作人員的參與，如果只是依靠地質(zhì)勘查管理人員進(jìn)行成本控制工作，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)最終的降低成本的目標(biāo)的。因此，必須使地質(zhì)勘查工作中的各個(gè)部門及每一位職員都充分意識(shí)到節(jié)約工程施工成本的重要意義，從而使各部門及職員能夠自覺(jué)地為工程施工節(jié)約成本。只有實(shí)現(xiàn)了全員成本控制，才能夠使控制工程施工成本的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
2.2遵循全過(guò)程成本控制原則。地質(zhì)勘查工程的全過(guò)程中，包括工程項(xiàng)目的準(zhǔn)備、工程施工以及后期檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)，在每一個(gè)環(huán)節(jié)中，都需要大量的人力消耗和資金的支出，地質(zhì)勘查工程的施工成本就是出自于這個(gè)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)中。如果只是注重某一環(huán)節(jié)的成本控制，那么其他環(huán)節(jié)中的資金支持很有可能出現(xiàn)超出預(yù)算的情況，整體來(lái)看，并未能達(dá)到理想的成本控制的效果。因此，地質(zhì)勘查工程施工的成本控制必須貫穿整個(gè)過(guò)程，在保證施工每一個(gè)環(huán)節(jié)正常進(jìn)行的前提之下，均衡地控制施工成本，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)成本控制，也更有利于對(duì)施工質(zhì)量的整體把握。防止因返工而再次投入更多成本。
2.3遵循成本目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的原則。在地質(zhì)勘查工程施工的整個(gè)過(guò)程中，要達(dá)到更好的成本控制效果，必須明確不同崗位職員的職責(zé)。將整個(gè)工程施工的成本控制目標(biāo)分解為多個(gè)小的目標(biāo)，并為各個(gè)職員制定相應(yīng)的工作指標(biāo)。在這種情況下，每位職員的責(zé)任就非常明確了。并且不會(huì)因?yàn)槎辔宦殕T責(zé)任重復(fù)而出現(xiàn)相互推卸責(zé)任的情況。在這種情況下，每位職員都會(huì)為了完成自己的工作指標(biāo)而付出自己的精力，從而從工程施工的每一個(gè)階段節(jié)約成本。
2.4遵循開(kāi)源與節(jié)流并行的原則。地質(zhì)勘查工程中，需要耗費(fèi)大量的資金，只有不斷地拓寬融資渠道，為工程施工獲取更多的資金支持，才能夠保證工程施工的正常進(jìn)行，使工程施工的過(guò)程中有足夠的資金進(jìn)行周轉(zhuǎn)，從而避免因資金短缺而降低質(zhì)量或延誤工期，只有在擁有足夠資金的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)成本控制。而節(jié)約資金則是進(jìn)行成本控制的另一種方式，在地質(zhì)勘查工程施工過(guò)程中，可以通過(guò)不斷提高勘查技術(shù)，聘用具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員、優(yōu)化地質(zhì)勘查設(shè)備等多種方法來(lái)減少施工中的資金支出，從根本上達(dá)到成本控制的效果。
3地質(zhì)勘查工程施工成本控制工作的具體方法
3.1從成本支出目標(biāo)進(jìn)行控制。首先，是人工費(fèi)用的控制，地質(zhì)勘查企業(yè)在工程施工之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)勘查工作人員的不同類型、專業(yè)素質(zhì)等進(jìn)行合理的安排，通過(guò)合理配置人力資源來(lái)節(jié)約成本。其次，則是要控制施工材料的費(fèi)用，一方面，購(gòu)置質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的施工材料，選擇最為適合施工環(huán)境的材料，且購(gòu)置數(shù)量應(yīng)當(dāng)合理，避免不足或過(guò)量。另一方面則是要控制施工過(guò)程中材料的使用量，避免浪費(fèi)材料。再次，則是要控制施工設(shè)備的費(fèi)用支出，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況采用合適的施工設(shè)備，減少機(jī)械設(shè)備的磨損，節(jié)約檢修費(fèi)用。最后，則是控制施工現(xiàn)場(chǎng)支出費(fèi)用，從施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)部分中節(jié)約資金。
3.2從減少資源消耗方面進(jìn)行控制。在地質(zhì)勘查工程施工之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，制定合理的施工計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃中包括對(duì)各類資源的消耗的預(yù)計(jì)，在施工過(guò)程中提供基本的依據(jù)。其次，則是要制定科學(xué)嚴(yán)格的施工方案，根據(jù)該方案，合理配置人力資源、機(jī)械設(shè)備、施工材料等，進(jìn)行有計(jì)劃地施工，保證施工過(guò)程安然有序，從而減少意外狀況而造成的成本增加。最后，則是要權(quán)衡施工整體價(jià)值，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到更好的成本控制效果。
3.3利用施工網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行成本控制。第一步是要根據(jù)地質(zhì)勘查工程施工時(shí)間做出工程施工網(wǎng)絡(luò)圖，并指出其中最重要的施工路線，再根據(jù)這些施工路線，尋找最為適合通過(guò)縮短施工時(shí)間而節(jié)約成本的方案。第二步，則是要對(duì)一些并存的施工路線進(jìn)行分析，找出幾條路線中相同的施工工序，并優(yōu)先完成這些工序，從而一次性縮短多個(gè)施工時(shí)間。通過(guò)對(duì)施工網(wǎng)絡(luò)圖的優(yōu)化，得出最終的施工路線，就能夠通過(guò)縮短工期來(lái)節(jié)約成本。
3.4成本贏得值控制。運(yùn)用成本贏得值的方法來(lái)控制地質(zhì)勘查工程施工的成本，則是將施工的工程量用貨幣量來(lái)代替。使得較為復(fù)雜的工程量轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為直觀的貨幣量，對(duì)于指導(dǎo)工程施工過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的成本控制有著更為高效的作用。贏得值中包含三個(gè)基本值，一是計(jì)劃累計(jì)成本額，二是完成投資額，三是實(shí)際成本額。三個(gè)基本值可以較為明確直觀地表達(dá)出施工過(guò)程中的成本量，對(duì)于控制施工成本有著極大的作用。
1.2水文地質(zhì)勘查中的評(píng)價(jià)分析。通過(guò)獲得建筑工程現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)資料之后，還應(yīng)該對(duì)水文地質(zhì)勘查資料進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。水文地質(zhì)勘查中的評(píng)價(jià)分析內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：其一，對(duì)地下水對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)與施工的作用和影響進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)價(jià)，這樣才能夠?qū)τ绊懡ㄖこ淘O(shè)計(jì)和施工的危害因素進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理；其二，建筑工程勘查中的水文地質(zhì)勘察應(yīng)該和建筑的地基設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，為建筑工程的地基設(shè)計(jì)和施工提供可靠的水文地質(zhì)資料；其三，水文地質(zhì)勘查中除了應(yīng)該對(duì)地下水的狀況以及對(duì)建筑工程的影響進(jìn)行勘察，同時(shí)還應(yīng)該對(duì)人為活動(dòng)下對(duì)地下水的影響以及地下水變化對(duì)建筑工程施工的影響狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)；其四，從建筑工程施工角度來(lái)看，根據(jù)地下水對(duì)建筑工程的作用與影響，找出不同地下水條件的同時(shí)，還應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)價(jià)，例如對(duì)于基礎(chǔ)埋在地下水位之下的建筑工程來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)評(píng)價(jià)水對(duì)建筑物基礎(chǔ)部位的鋼筋、混凝土的腐蝕性；對(duì)于巖土作為建筑物基礎(chǔ)的建筑工程項(xiàng)目，應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)地下水活動(dòng)導(dǎo)致的巖土漲縮、崩解、軟化等作用進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于地基基礎(chǔ)壓縮層中存在粉土、粉細(xì)砂、松散的狀況時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)流砂、腐蝕以及管涌等現(xiàn)象發(fā)生的幾率進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于需要在地下水位以下進(jìn)行基礎(chǔ)施工的建筑工程項(xiàng)目，應(yīng)該進(jìn)行對(duì)應(yīng)的富水性試驗(yàn)或者滲透性試驗(yàn)，對(duì)降水造成的邊坡不穩(wěn)定、土體沉降以及其他問(wèn)題對(duì)建筑工程施工可能造成的影響。
1.3測(cè)量建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)地形。在對(duì)建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地形進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，應(yīng)該采用全國(guó)通用的坐標(biāo)系統(tǒng)以及國(guó)家最新的高程基準(zhǔn)點(diǎn)，如果建筑工程所在地并沒(méi)有通用的坐標(biāo)系統(tǒng)以及相關(guān)的高程基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)該利用全球定位系統(tǒng)，為建筑工程建設(shè)創(chuàng)設(shè)獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)，保證建筑工程建設(shè)人員能夠獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)信息。在對(duì)建筑工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，還應(yīng)該對(duì)定位儀的類型、定位時(shí)間、定位程序以及測(cè)量精度等進(jìn)行詳細(xì)、全面的說(shuō)明，對(duì)于測(cè)量的精度，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，滿足建筑工程設(shè)計(jì)和施工的實(shí)際要求，對(duì)于不同的比例尺勘查剖面，應(yīng)該采用實(shí)測(cè)剖面。
1.4地質(zhì)填圖。在進(jìn)行地質(zhì)填圖的過(guò)程中，應(yīng)該保證填圖的精準(zhǔn)度滿足同比例尺的地質(zhì)測(cè)量規(guī)范，將比例尺作為地質(zhì)觀察的基礎(chǔ)，如果是對(duì)于大比例的地質(zhì)填圖，地質(zhì)填圖的目的在于為建筑工程勘察、設(shè)計(jì)以及施工服務(wù)。因此，在選擇比例尺的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)建筑工程的實(shí)際狀況，以不同勘查階段的具體要求、工程的規(guī)模、地質(zhì)復(fù)雜程度等狀況為基礎(chǔ)，在設(shè)置地質(zhì)勘查點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該把地質(zhì)勘查點(diǎn)設(shè)置在界線或者具有特殊意義的地方，當(dāng)?shù)刭|(zhì)勘查點(diǎn)布置完成之后，還應(yīng)該將地質(zhì)填圖展示在合適的儀器中，由專門的水文地質(zhì)勘查工作人員根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范對(duì)地質(zhì)填圖進(jìn)行分析。對(duì)于專門水文地質(zhì)的物理學(xué)性質(zhì)測(cè)定，還應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，以此保證測(cè)定結(jié)果和地質(zhì)填圖的可靠性與真實(shí)性。
