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1礦山開采影響范圍
1.1放炮影響范圍根據開發方案,采場每次布置3排鉆孔,每排10個孔,排距4.6m,孔距5.6m,共布置30個孔,每孔深16.5m,超深1.5m,以確保爆破后臺階高度達15m。
1.2采礦可能引發的地質災害影響范圍礦山開采過程中采用自上而下臺階式分層開采,高度為15m;開采時工作臺階切向坡和反向坡最終開采的邊坡角不大于55°。由此可確定采礦可能引發的地質災害影響范圍為礦區開采最終邊界外延15m。綜上所述:礦山開采影響范圍為露天采場外延215m。
2地質災害危險性預測根據開發技術方案,礦山開采后四周將形成5段高度為110m的邊坡,邊坡編號分別為AB、BC、CD、DE、EF,邊坡位置詳見福祿鎮周家槽周家槽水泥用石灰巖礦山礦區范圍及開采平面圖
3水文地質預測礦區范圍內開采三疊系下統嘉陵江組三段(T1j3)石灰巖礦層,開采標高均高于當侵蝕基準面;開采范圍內無河流、水庫等地表水體;地下水與地表水沒有必然的水力聯系。礦山開采對巖溶裂隙水的補給條件破壞小,礦山開采后不會對含水層結構破壞,不會造成地下水水位下降、疏干等。對礦山地質環境影響程度較輕。
4地形地貌預測按照開發利用方案,礦山開采后將形成高度0~105m的邊坡,礦山采礦活動對地形地貌景觀影響嚴重。
5土地資源影響預測璧山縣福祿鎮周家槽水泥用石灰巖礦不單獨設置料場及廢渣場,在礦區東側采區50m外設置破碎站及運輸道路,占用耕地資源4.41ha;工業廣場修建占用耕地資源1.59ha;礦區為露天采場,占用耕地資源43ha;石灰巖礦山開采共占用耕地49ha。因此,璧山縣福祿鎮周家槽水泥用石灰巖礦開采后對土地資源影響嚴重。
6建(構)筑物影響預測礦山為露天開采,將會對礦區范圍內的所有建(構)筑物全部破壞。根據計算的爆破地震波安全距離為158.45m,計算的爆破產生飛石最遠飛散距離為200m;對礦區周邊200m范圍內的建(構)筑物造成較嚴重破壞。因此,璧山縣福祿鎮周家槽水泥用石灰巖礦開采后對建(構)筑物影響嚴重。
二、礦山地質環境防治
針對礦山開采影響范圍及采后地質環境因素的影響預測結果,將礦山地質環境保護與治理恢復劃分為重點區、次重點區、一般區,設計以下防治工程:1)礦山開采時應及時清除邊坡上的掉塊,特別是在BC邊坡東段邊坡可能會發生局部掉塊。2)對礦山采坑四周形成的邊坡采用生物工程護坡;對采坑坑底進行綠化或土地復墾。3)對礦區道路、破碎站和工業廣場區域進行環境恢復。4)修建截排水工程。
1邊坡防治工程
1.1邊坡放坡根據開發方案礦山開采的最終邊坡角為55°,自上而下臺階式分層開采,采高15m,臺階寬度約10.5m;AB邊坡長約600m,高2~50m;BC邊坡長約440m,高50~106m;CD邊坡長約360m,高40~96m3;DE邊坡長約526m,高17~42m3;EF邊坡長約210m,高2~17m;放坡處理各段邊坡。
1.2清理危石及時清理采場邊坡上的危石,避免發生危石滾落傷人事故。按照“邊采邊治”的原則,對各邊坡上的危石清理完成后,才能進行下一臺階的開采。
1.3截水溝礦區位于瀝鼻峽背斜軸部,地形呈渾圓狀的小型獨立山包,自然排水條件良好,匯水面積小,在礦區DE、EF邊坡頂部修建截水溝長約300m,以防治地表水進入礦區。在其余每個臺階坡面每隔50m,高差10~20m,設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的排水溝,避免對坡面草籽植物造成沖刷,豎向的排水溝按急流槽設計。迎坡面溝壁需設置泄水孔。
2水文防治工程礦山開采后的采場地面標高高于當地侵蝕基準面,對地下水的影響小。對礦山地質環境影響程度較輕。故本次不對其進行處理。但未解決礦山生產、生活用水,需在工業廣場內修建一個蓄水池。蓄水池尺寸為15m×15m×2m,墻體寬度為0.3m,預計砌筑工程量約為36m3。生產廢水主要為清洗礦車及挖掘機所排除的污水,設計每個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,墻體寬度為0.3m。預計開挖工程量30m3;砌筑工程量約為14.4m3,污水經生化處理后由砼管排放。露天采石場的作業點應實行濕式作業和噴霧灑水,對采場及裝載點設2臺灑水器進行了灑水降塵,防止粉塵飛揚。
三、地形地貌景觀防治工程礦山環境恢復治理設計方案圖。
1露天采場采坑地貌景觀恢復根據劃定礦界和開發方案,露天開采結束后采坑的平面面積為302013m2,礦山開采前礦區土地主要為耕地,以種植果樹為主;礦山開采難以恢復原來的地面植物,故礦山環境恢復治理主要以綠化為主。可采取治理方案如下:(1)回填土壤,平均厚度不得小于0.8m,預計回填方量為241610m3;(2)平整場地,場地平整應采坑中間高,四周低,便于地表水排入排水溝中;(3)植樹,行距×株距為5m×5m,預計12080株,建議種植樟樹或果樹等經濟類樹木(4)排水,沿采坑邊坡坡腳圍繞采坑修建截排水溝,保證采坑內地表水排泄通暢,將礦區的地表水有序的排放到礦區東側地形較低地段,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,預計長度約2350m。排水溝每隔10~15m設置一道伸縮縫,用瀝青麻絲進行有效止水。
2采坑邊坡地貌景觀恢復采坑邊坡采用坡面綠化+截排水的礦山環境恢復設計方案。對于采坑邊坡主要采取分階放坡+綠化處理。每級邊坡分階高度取15m,每階平臺寬度取10.5m,種植蔓藤類植物綠化坡面,在坡頂設置截排水溝。臺階邊緣修砌墻體,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施。
3礦區公路及破碎站礦區公路兩側及破碎站區域的空地進行植樹綠化,預計植樹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,種植樟樹等經濟類樹木。礦區公路和破碎站的平面面積約為4410m2,可采用挖掘機松土,植樹綠化,行距×株距為5m×5m,預計176株。
4土地資源的采后處理礦區主要的土地資源占用和破壞為礦區范圍內的采場、礦區東側的破碎站及工業廣場,礦山閉坑后,采場及破碎站將對其進行地貌景觀恢復,工業廣場建(構)筑物提供給當地使用,不進行處理。
5地表建(構)筑物的處理礦山為露天開采,將會對礦區范圍內的所有建(構)筑物全部破壞,對礦區周邊200m范圍內的建(構)筑物造成較嚴重破壞。為保護村民的人身財產安全,對在影響范圍內的村民實施搬遷。
四、結論
1)分析了礦山地質條件,認為礦山開發技術條件的級別為中等;
2)根據礦山開采方式,采用赤平投影的方法,對礦山采后地質環境進行評估,得出礦山開采影響范圍為露天采場外延215m;水泥用石灰巖礦采礦活動誘發地質災害的可能性大,造成的損失小,危險性中等,影響嚴重;對含水層影響較輕;對地形地貌景觀影響嚴重;對土地資源影響嚴重。因此,預測礦山采礦活動對礦山地質環境影響嚴重。
筆者在野外調查期間仔細研究了崩塌19處,其中HB082+511右16m倒龍崩塌、HB107+234左49m吉心場崩塌、HB242+224左10m長陽堡鎮崩塌三處崩塌離設計管道線路最近,威脅最大(表略)滑坡滑坡主要發生在川東、渝中及鄂西中低山區,集中在宣漢、石柱、利川、恩施、巴東、長陽一帶,土質、巖質滑坡均有發育,多集中分布于地形坡度大于25°,尤其是順向結構邊坡地段。降雨是誘發滑坡發生的主要因素,雨水入滲滑體后軟化滑帶,增大滑體容重,導致坡體失穩產生滑動,對管道工程安全構成威脅。本次共調查滑坡52處,其中對管道工程危險最大的滑坡為四川境內的峨城山古滑坡,該滑坡平面形態呈舌狀,由崩坡積塊碎石土組成,厚5~10m,下伏自流井組砂、泥巖,滑體長約300m,寬約50~100m,滑體平均厚度7m。屬古滑坡,該滑坡前、后緣現狀不明顯,僅在滑坡體右側見滑體中小規模次級滑塌。不穩定斜坡川東、渝中及鄂西山區管線附近存在有相當數量的潛在不穩定斜坡,筆者共調查74處。一類屬自然斜坡,即地殼長期的抬升和地表水侵蝕下切作用下形成的天然斜坡;另一類為人工邊坡,為人類工程活動開挖形成。其中自然不穩定斜坡由于自身結構的特點,當外界條件具備時,易發生變形破壞。具備易匯水的松散堆積體斜坡、松弛破碎巖體斜坡、切腳的順層巖質斜坡常以滑坡形式產生變形破壞;具備外傾結構面的高陡斜坡、受多組裂隙切割的外傾楔形巖體懸崖陡壁則常以崩塌形式產生變形破壞。前者多在管道順坡穿越的“V”型溝,后者多在管道跨越的“U”型谷。人工不穩定邊坡主要表現為公路邊坡及居民建房形成的局部切坡,土質邊坡多以局部小范圍的坍塌為主,巖質邊坡多以零星崩塌掉塊為主。在管道沿線已建和在建的交通線路上多處見有人工不穩定邊坡,一般高3~20m,長10~200m不等,均存在不同程度的變形。管線工程經常從這些不穩定斜坡體上方或下方經過或橫穿,施工時極易造成該邊坡體失穩破壞,給自身帶來損失。2.4泥石流泥石流主要發育分布于川東、渝中及鄂西山區,以溝谷型稀性小型泥石流為主。區內溝谷深切、匯水條件良好、地形坡降大,為泥石流發生提供了地形條件;大量的松散堆積物及人工棄渣為泥石流發生提供了充足的物質來源;區內豐沛集中的強降雨則為泥石流提供了水動力來源。
地質災害危險性評估
筆者對研究區內地質災害危險性評估方法采用“危險性積分法”,即列出與地質災害危險性最密切的評分項目,按100分制逐段、逐項進行考核打分,分高為危險性大,分低為危險性小[5-6]。最后根據評分結果,結合實際情況給出危險性不同級別的標準分值,并按這個標準綜合評估每一地段地質災害危險性等級(表略)。綜合評估原則與量化指標,對管道工程和附屬站場逐段逐場進行綜合評估。據管道沿線各段地質環境條件、地質災害發育程度、施工和營運過程中可能發生的地質災害、管道施工方法、管線附近人類工程活動、地質災害對管道和周邊的危害程度等方面的依據,將整個天然氣管道工程1967.05km長管線(含支線工程)劃分為162個段進行地質災害危險性綜合評估。全路段及分省段地質災害危險性綜合評估結果統計。
地質災害防治對策
滑坡、不穩定斜坡研究區的滑坡、不穩定斜坡主要集中在川東、渝中及鄂西中低山區的宣漢、石柱、利川、恩施、巴東、長陽一帶。從地形坡度上分析滑坡和不穩定斜坡多發生在坡度大于25°的邊坡,尤其是順向結構邊坡地段。調查顯示,降雨是誘發此類災害的主要因素,因此要防止雨水侵入對滑坡、不穩定斜坡的影響,同時根據滑坡、不穩定斜坡發育的位置與管道之間的距離,亦分別采取不同的防治措施。管線距滑坡、不穩定斜坡距離在50m以上管線距滑坡(不穩定斜坡)距離在50m以上,滑坡(不穩定斜坡)變形破壞不會直接影響到輸氣管線的正常建設和運行,因此對待這類滑坡和不穩定斜坡主要采取加強監測、及時評估的處置措施,在沿線的52處滑坡中,這類滑坡共有37個,占滑坡數量的71.2%;在沿線74處不穩定斜坡中,這類斜坡共57處,占不穩定斜坡總數的77%。管道位于滑坡、不穩定斜坡影響范圍內滑坡和不穩定斜坡在管道影響范圍內但滑坡失穩不直接威脅管道,但可能影響管道安全運營,此類滑坡、不穩定斜坡的防治主要是加強變形監測,適當支擋,穩定坡腳。這樣的滑坡有5處,占總數的9.6%,不穩定斜坡有7處,占總數的9.5%。滑坡、不穩定斜坡變形破壞直接威脅管道管道從滑坡體(不穩定斜坡)前緣或中穿過,這種條件下有兩種防治方式,一是對滑坡、不穩定斜坡進行工程治理,通過設置擋墻、坡面護坡、排水,并在管道施工時,采取一定的工程措施,如分段敷設,避免連續不間斷大開挖,保證滑坡體穩定,并加強監測,確保管線運行的長治久安;二是改線處理,通過調整線路,使管線處于滑坡變形影響范圍以外。這類滑坡共有11處,占總數的21.1%,其中3處通過滑坡治理后通過,另8處根據滑坡發育情況,進行了線路調整,使滑坡不直接威脅管道;不穩定斜坡有10處,占總數的13.5%,均進行了工程治理。崩塌災害崩塌災害點主要分布在川東、渝中及鄂西南山區一帶的地勢高陡的陡坡地段,沿線88處崩塌災害點中筆者重點調查了其中19處,認為崩塌災害防治主要有兩種情況。崩塌直接威脅管道安全全線19處崩塌中,3處崩塌直接威脅管道工程,這類崩塌穩定性較差,上部危巖體積大,直接威脅到管道、設備和施工人員的生命財產安全,危險性極大,其防治方式一是合理避讓,適當調整線路,使管道遠離崩塌區,管道沿線有三個崩塌(倒龍崩塌、吉心場崩塌、長陽堡鎮崩塌)采用這種方法處置;二是管道施工前采取措施,清理可能產生崩塌的危巖體,并加強工程監測,管道重慶、鄂西的7處崩塌采用了這種治理方式。崩塌位于管道影響范圍內不直接威脅管道工程的崩塌體共有9處,這些地段施工前仔細調查工作場地及其周圍是否有可能產生崩落、滾動的松動巖塊、浮石等,少量危巖提前予以清除,并控制爆破藥量,避免產生崩落;加強監測,發現問題及時處置。泥石流管道工程沿線泥石流主要發育川東、渝中及鄂西山區,以溝谷型稀性小型泥石流為主,共發育大型泥石流溝10條,管道經過泥石流溝時,主要通過加大埋置深度(一般進入基巖)并做適當加強防護,將剩余棄渣堆放于開闊的溝底或寬緩的洼地,并視地形情況修筑擋土墻,做好沿線地表植樹造林工作,避免水土流失導致的泥石流災害。同時在低洼地帶加強防護,對潛在不穩定斜坡地段加強支擋,建議跨河處埋設河底,并加設防沖措施地面沉降地面沉降主要由過量開采地下水引起,管道沿線地面沉降主要涉及江蘇、浙江、上海等區段,此類災害多表現為緩變,其防治主要是考慮不均勻沉降帶來的管道變形,為此,管道設計中,采用能夠承受一定變形的彎(接)頭,并在管道下加厚墊層,降低不均勻沉降。地面沉降分為巖溶地面沉降和采空地面沉降兩類,防治方法分述:巖溶地面沉降巖溶地面沉降主要分布在鄂西山區、鄂東平原丘崗區,主要有三個地段發生塌陷,即恩施崔壩巖溶塌陷群、建始百步梯巖溶塌陷及大冶市大箕鋪鎮-金湖街辦巖溶塌陷區。管道經過巖溶塌陷區時,首先要加大巖土工程地質勘察力度,全面查明巖溶分布情況,在產生塌陷的地段,若塌陷坑范圍不大,且周邊地質條件穩定,可適當調整線路,若管道穿過塌陷區,要采用回填、坑口鋪蓋、采用灌漿、地基土加固等工程處理措施,或者提前架設基礎梁跨越陷坑。采空地面沉降管道沿線采空區共發現有11處,主要分布在湖北段大冶大箕鋪鎮銅礦開采區內,細垴灣、馮家山、三角橋村、黃皮山四個采空塌陷距管線較近,塌陷呈趨強勢頭,嚴重影響管道安全,管道經過此類采空區時,通過詳細勘察,對其中8個采空區進行避讓,對3處無法避讓的采空區,利用樁基礎設支點跨越。
實現集成化,首先要了解鐵路行業工程地質勘察特點和工作程序。圖1比較客觀地反映了鐵路工程地質勘察所要經過的工作流程。它包含了外業調查和內業整理兩部分工作,兩者有時需要交叉進行。圖1中顯示,鐵路工程地質勘察涉及的工序較多,過程較為復雜,服務的專業較多,滿足的要求也不一樣。
2工程地質勘察信息
集成化的前提應是信息化。實現系統集成化的途徑就是要以信息為紐帶,通過信息的傳遞和作用,貫穿勘察整個周期。因此,信息的組織和管理在集成化中起著關鍵作用。一般工程地質信息包含的內容是多方面的。就鐵路工程地質勘察而言,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性信息,包括勘察大綱、各種勘探點事前指導書(任務書)、巖土水試樣試驗委托書等;中期信息一般為中間成果信息和過程信息,有勘探點成果圖表、野外調查的觀測點表、巖土水試驗報告、物探報告等;后期信息以成果文件為主,含工程地質平面圖、工程地質縱斷面圖、各種類型的匯總表、計算表單、各類工程勘察報告或說明、工程地質勘察總說明等。總之,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。為了達到集成化,就必須實現鐵路工程地質勘察過程信息化,信息化的前提顯然就是信息必須存儲。因此,首先著重考慮了各期信息存儲的方式和內容、信息傳遞途徑以及信息作用的方式。
2.1信息存儲
工程地質勘察有關信息類型無外乎有3種:文本型信息、數值型信息和圖形信息。不同信息存儲的格式和目的有所不同。而且實際工作中,需要將不同類型信息整合在一張表上,如勘探事前指導書,既含文本型信息,如技術要求,又有數值型信息,如孔深、里程、坐標;觀測點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明性的信息,它必須與其他數值型和圖形信息一起使用才有意義。存儲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定的格式,以便整體輸出。
2.1.2數值型信息
數值型信息主要包括數字、術語、符號和excel格式文件,這類信息用途最廣。存儲的目的是為了后期查詢、核對、糾錯、調用、匯總、統計、計算時方便調用。哪些信息需要按數值型信息存儲是根據后期需要來確定的。
2.1.3圖形信息
圖形信息包括照片、CAD圖等。存儲的目的是為了后期調用、修改,同時也為了與數值型信息和文本型信息有關聯性,如一張照片的里程位置,CAD圖中所涉及的勘探信息、計算結果等。
2.2信息傳遞
各部分相互間的聯系就是通過信息傳遞來完成的。信息傳遞既有單向的,又有雙向的。需要信息傳遞的內容均設為單獨字段。單向傳遞的多為文本信息,如描述性的內容;雙向傳遞的多為數值型信息,如里程、坐標、試驗數據等。圖形信息既有單向的,如平面圖中的符號、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計,其目的就是為了簡化人工干預、提高工作效率和準確性,為此,可以設置信息字段的繼承性、遞增性,避免重復輸入。雙向傳遞是根據后期信息結果反饋給前期信息庫進行核對和修改,然后再返回到后期信息。如砂土的定名、黏性土的稠度、粉土的密實程度和潮濕程度等,野外定名和試驗室定名有時不一致,就需要根據試驗室定名來修改野外定名,即根據試驗室定名自動修改前期相應字段內容。平面圖勘察點的里程、坐標換算、順號、換號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的。大部分字段都是根據信息作用設置的,如鉆探事前指導書中設定孔深、是否取樣等為單獨字段,就是為了實際完成后進行核對是否按指導書要求的孔深進行,是否進行了取樣。信息的主要作用反映在后期信息處理上,如統計、匯總、滑坡計算、沉降計算、濕陷計算、節理統計、赤平投影等。
3系統介紹
3.1系統概述
系統建設的目標是建立和鐵路勘察工作業務流程相符合的工程地質信息管理與應用系統,以數據管理為核心,包含野外勘察、資料整理、資料提交等內容,實現項目內數據庫管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、統計分析、計算評價、專業接口等功能,使系統實現集成化、信息化和智能化,提高工作效率和工作質量。
3.2系統功能架構
本系統包括了工程地質勘察所需的大部分功能,從數據錄入到提交相關專業的數據接口,都在本系統內完成。為保證與項目有關的內容都能方便管理和查詢利用,系統設計時就按上節討論的信息內容依據不同的目的和用途放入數據庫中進行管理。基于集成化的考慮,本系統主要包含了項目管理、數據錄入、數據管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、計算分析、統計匯總、輔助工具、出圖管理、接口管理等模塊組成(圖2)。其中的計算分析工具也將大部分常用的工程地質計算方法,如赤平投影圖,納入到系統中,以便充分利用數據庫進行有關分析計算(圖3)。
3.3系統集成特點
3.3.1勘察管理功能的集成
(1)項目管理系統實現對項目內的信息按勘察設計階段、勘察起始時間、勘察分段、方案勘察進行分類管理,具體的應用都是在方案下進行的。同時考慮了其他項目資料、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。通過各種項目管理方式,可以實現一條鐵路線的工程地質勘察信息一體化,方便勘察信息的歸檔管理。該系統的項目管理方式也是類似軟件中首次使用。(2)數據管理系統基本將整個勘察過程中發生的所有資料進入數據庫并進行有效的管理,數據庫包括了現場信息數據庫、勘察點數據庫、土工試驗數據庫、設計文件數據庫、工點資料數據庫、平面圖和斷面圖數據庫等。值得一提的是,系統首次將現場管理、內業資料整理、分析計算、統計匯總、出圖管理、數據接口等進行了集成。實現了對野外勘察工作中有關工序文件的管理,包括鉆探事前指導書、試坑事前指導書、原位測試事前指導書、物探事前指導書、土巖水試驗委托書等;實現了各種圖的圖紙選擇、自動分頁、批量出圖的管理。
系統中設計圖形編輯的內容很多,包括巖芯鑒定表、原位測試成果表、觀測點表、平面圖、斷面圖、剖面圖等。前兩種在自主平臺上實現圖形編輯和生成,徹底避免了過去在AutoCAD下出圖順序難調、批量出圖困難的缺點,也方便了資料的順序歸檔。觀測點因編輯量較大,主要依托AutoCAD進行編輯,然后依靠系統生成pdf圖,實現批量生成和出圖。平面圖和斷面圖編輯主要是利用AutoCAD功能,充分利用勘察點數據庫,實現圖形的部分內容自動填繪,圖上查詢數據庫,智能連層,并到達斷面圖接口數據生成的目的。總之,圖形編輯的集成是信息化的基礎上進行的,是靠信息的傳遞實現了圖與數據庫的有效串通。
3.3.3分析工具的集成
分析工具由計算、統計、匯總、分析四部分組成。計算包括滑坡計算、地基沉降計算、樁基計算、黃土濕陷計算、液化判定、鹽漬土計算等功能,后三種能實現成批計算,并將計算結果放入相應勘探點數據庫,以便后期統計、匯總。統計有工作量統計、節理統計、地基土的物理力學參數統計等。分析主要為赤平投影圖。
3.3.4專業協作功能的集成
(1)與勘探和土工試驗的協作勘探包括鉆探、試坑、原位測試等內容。勘探作業人員可以只錄入最原始的數據,后期由地質人員根據需要進行整理,這樣就保證了數據的真實性,也方便了在此基礎上的二次分析整理。更重要的是提供了各種勘探成果圖表的生成和輸出功能。地質人員可根據實際需要,調整靜探分層位置,重新計算各層參數等。系統明確了土工試驗數據的接口標準,依據試驗結果,自動對勘探數據進行校核。依據事前指導書和試驗委托書,對勘探取樣數量和質量進行比對,以方便地質人員監控勘探質量。(2)與上、下游專業的協作系統提供了對其他專業提供圖紙的一系列數字化處理功能,從而使地質專業在同一張圖紙上進行本專業的工作,并確保空間上的統一。同時,隨著上游專業圖形的變動而變動,如線路方案的調整引起的各種地質內容里程的變化。地質專業產生的成果提交給其他專業時,同時提交標準格式的數據接口文件。
3.3.5行業標準的集成
鐵路工程地質勘察不僅要執行鐵路行業制定的規范標準,而且還要針對改移公路、房屋建筑執行公路行業和工民建地基勘察相應的規范和標準。因此,本系統在基礎數據錄入、圖形的生成也一并進行了考慮,用戶使用時根據需要選擇即可,無需再用其他軟件完成。最重要的是實現了數據的共用。
3.3.6系統設置的模板化
模板化也是系統集成化的一種體現。本系統秉承系統設置模板化的先進做法,把一些通用的圖表、符號設置為標準模板,集成在系統中,使整個系統圖表輸出和符號標注保持統一,也為用戶個性修改提供了條件。如巖芯鑒定表,試坑鑒定表,原位測試成果表,各種統計匯總表,地層時代符號標注、各種計算表單等,用戶可以根據自己的需要設置編輯,而不用再修改程序代碼。
3.3.7功能實現的靈活性
長大鐵路線的工程地質勘察,會遇到各種各樣的問題,即使同一類問題因條件不一樣也會出現不同的情況,要求采取不同的解決方式。如果有線路的中線數據和斷鏈數據,在圖下即可完成坐標里程換算;如果沒有中線數據,則可利用CAD圖進行。平面圖上的地質小柱狀圖填繪既可人機交互完成,也可利用既有勘探資料自動生成。地質產狀既能人機交互標注,也能讀數據庫自動解決。最具特色的就是在系統的任何位置都可很方便地查詢到勘察數據中的內容。
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,系統不可能開發出所有地層花紋、地層時代成因符號、巖性符號、地質線型、不良地質和特殊巖土符號等。本系統以集成輔助工具的方式有效地解決了系統符號、線型、花紋不足的問題。這也是同類軟件中的首創。
3.3.9對BIM技術的支持隨著BIM技術在各個領域的持續走紅,近年來鐵路行業也在大力推廣BIM技術的應用。作為最重要的基礎信息,鐵路工程地質信息模型的建立也勢在必行。本系統為實現鐵路工程地質信息模型建立已經打下了堅實的基礎,其龐大的數據庫為模型建立提供了強有力的支撐,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。一旦三維地質建模技術成熟,將具備快速建立地質BIM模型的能力。
4應用實例
本系統不僅已在多個鐵路項目中得到應用,而且還在公路項目勘察中發揮了巨大作用,尤其是系統中的里程、坐標換算,自動順號、統計匯總、計算等使地質人員從繁瑣的數字處理中解脫出來,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,介紹系統使用效果。西安至銅川城際鐵路長110km左右,可研階段的項目管理結構如圖4所示。由圖4中可以看出,項目管理是以設計階段為一個完整周期考慮的。這樣考慮的原因是鐵路工程地質勘察涉及的數據量非常巨大,如果將各個勘察階段放在一個庫里管理,會影響計算機處理速度,甚至無法啟動。可研(初測)階段就劃分為一個段落,主要有3個方案,每個方案下包括從任務下達到資料提交整個周期內的各種勘察內容。所以,勘察數據是以方案為依托進行管理的,所有勘察信息都是基于線路方案進行存儲和管理的。圖4項目管理結構西銅城際鐵路從西安北客站引出,與鄭西、大西客運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、大西客運專線的勘察資料。本系統導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、大西客運專線勘察資料導入到西銅城際鐵路勘察數據庫中。大量的鉆孔、靜力觸探、試坑等勘探任務都是通過該系統直接生成下達,基本是一氣呵成,并存入系統,后期很方便地查閱。觀測點、鉆探、試坑、靜力觸探等輸入基本符合規范要求和單位工作習慣,重復內容的繼承性和遞增性極大地減少了操作人員的工作量,尤其是自主平臺的成果圖表輸出更是克服了過去不能成批完成的缺點,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,大大降低了工作強度,提高了工作質量。此外,分離出來的一些內容,如黏性土的塑性狀態、粉土的密實程度和潮濕程度、砂土及碎石類的潮濕程度和密實程度、巖石的層理產狀和節理產狀,以及濕陷性、液化判定結果等都為后期信息的分析、計算提供了必要條件。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問題,所以,針對大批量的濕陷計算,該系統只一鍵完成鐵路工程地質勘察最為繁瑣的是各種勘察點和地質產狀的標注。本系統充分發揮了集成化的優勢,一鍵完成從數據庫調用勘察點、地質產狀,并自動按坐標標注到平圖上。同時完成順號、里程計算等回饋到數據庫。僅此一項,提高工作效率達70%以上。此外,本系統在廣西資興高速公路詳勘項目的應用也集中體現了標準集成的好處。資興高速公路全長82km,詳勘加上利用的初勘資料共計有1200多個鉆探、500余個觀測點、100多個試坑、千余張照片,涉及的工程有500多個橋、隧道、路基工點等。系統對此都進行了有效管理,實現了里程坐標換算、編號順號、紙上布孔、平面圖勘察點及產狀標注、斷面圖勘探點標注、工作量統計等自動化。實現了各種地質符號標注、斷面圖地層連層及標注等的智能化。節理統計和赤平投影的功能為地質人員分析巖體穩定性提供了有力的幫助,極大地提高了工作效率和質量。在此公路上的應用也充分說明了該系統標準集成的成功。
5結語
1.1勘察建筑工程現場的水文地質資料。建筑工程現場的水文地質資料主要包括以下幾個方面:其一,勘查地理條件,勘查的地理內容主要包括水文特征以及地貌特征;其二,勘查地質環境條件,勘查地質環境條件的內容主要包括工程現場的地質構造特征、地層巖性、構造運動等;其三,勘查地下水位的實際狀況,勘查的內容主要包括:地下水補給條件和排泄條件及其補派關系對地下水位的影響;近三年的地下水位以及水位變化的趨勢;其四,勘查隔水層、含水層的狀況,勘查的內容主要包括:隔水層和含水層的水位以及變化的程度,地下水類型、流向等狀況;通過勘查現場的地層透水系數,含水層的厚度、埋深以及分布狀況,以此確定水文地質狀況對建筑工程設計和施工的影響。
1.2水文地質勘查中的評價分析。通過獲得建筑工程現場的水文地質資料之后,還應該對水文地質勘查資料進行評價分析。水文地質勘查中的評價分析內容主要包括以下幾個方面:其一,對地下水對建筑工程設計與施工的作用和影響進行重點評價,這樣才能夠對影響建筑工程設計和施工的危害因素進行提前預測,并采取相應的措施進行處理;其二,建筑工程勘查中的水文地質勘察應該和建筑的地基設計進行結合,為建筑工程的地基設計和施工提供可靠的水文地質資料;其三,水文地質勘查中除了應該對地下水的狀況以及對建筑工程的影響進行勘察,同時還應該對人為活動下對地下水的影響以及地下水變化對建筑工程施工的影響狀況進行評價;其四,從建筑工程施工角度來看,根據地下水對建筑工程的作用與影響,找出不同地下水條件的同時,還應該進行重點評價,例如對于基礎埋在地下水位之下的建筑工程來說,重點評價水對建筑物基礎部位的鋼筋、混凝土的腐蝕性;對于巖土作為建筑物基礎的建筑工程項目,應該重點對地下水活動導致的巖土漲縮、崩解、軟化等作用進行評價;對于地基基礎壓縮層中存在粉土、粉細砂、松散的狀況時,應該重點對流砂、腐蝕以及管涌等現象發生的幾率進行評價;對于需要在地下水位以下進行基礎施工的建筑工程項目,應該進行對應的富水性試驗或者滲透性試驗,對降水造成的邊坡不穩定、土體沉降以及其他問題對建筑工程施工可能造成的影響。
1.3測量建筑工程施工現場地形。在對建筑工程施工現場的地形進行測量的過程中,應該采用全國通用的坐標系統以及國家最新的高程基準點,如果建筑工程所在地并沒有通用的坐標系統以及相關的高程基準點,應該利用全球定位系統,為建筑工程建設創設獨立的坐標系統,保證建筑工程建設人員能夠獲得準確的測量數據信息。在對建筑工程現場進行測量的過程中,還應該對定位儀的類型、定位時間、定位程序以及測量精度等進行詳細、全面的說明,對于測量的精度,應該根據相關的規定,滿足建筑工程設計和施工的實際要求,對于不同的比例尺勘查剖面,應該采用實測剖面。
1.4地質填圖。在進行地質填圖的過程中,應該保證填圖的精準度滿足同比例尺的地質測量規范,將比例尺作為地質觀察的基礎,如果是對于大比例的地質填圖,地質填圖的目的在于為建筑工程勘察、設計以及施工服務。因此,在選擇比例尺的過程中,應該根據建筑工程的實際狀況,以不同勘查階段的具體要求、工程的規模、地質復雜程度等狀況為基礎,在設置地質勘查點時,應該把地質勘查點設置在界線或者具有特殊意義的地方,當地質勘查點布置完成之后,還應該將地質填圖展示在合適的儀器中,由專門的水文地質勘查工作人員根據相關的標準與規范對地質填圖進行分析。對于專門水文地質的物理學性質測定,還應該根據相關的標準和規范進行,以此保證測定結果和地質填圖的可靠性與真實性。
2結束語
1.1人為因素
近年來,由于科技水平提高,巖土工程地質勘察設備和技術也不斷提高,這也要求巖土工程地質勘察人員也需要具備更高的技術素養和實際操作能力,才能正確使用先進的勘察設備。但是,實際巖土工程一線地質勘察工作人員為農民工,他們不具備專業的技術知識和操作技能,也缺乏相應的安全意識和質量意識,導致地質勘察質量難以得到保證。不僅如此,許多巖土工程地質勘察工作的工期較短,促使勘察人員采用不規范、不科學的方法進行巖土勘察,導致勘察結果與實際結果的誤差較大,嚴重干擾正常的巖土工程地質勘察工作,得出的勘察結果報表也不具有真實性。
1.2勘察方法
勘察方法問題主要表現在勘探鉆進方法單一和取樣方法不合理上。鉆井措施需要根據地質條件選擇勘探方法,這要求勘探單位對工程情況進行詳細的地質調查,在根據勘探與布置勘探工程的結果選擇勘探方法。但是一些勘探單位在未進行地質調查的情況下直接使用電力設備和機械設備進行鉆進,不僅增加勘探時間,也消耗更多的資源。在取樣方法上,勘探單位未根據設計勘察點的實際情況進行取樣。如有些人員對軟弱下臥層不進行取樣分析,甚至因為表面上滿足不少于件組的要求而將應當分層的層位加以合并,對數據的變異性不作檢驗、剔除。勘察結果經不得推敲,嚴重影響工程設計和建設質量。
1.3市場制度
雖然近年來我國巖土工程地質勘察單位的數量顯著增加,但地質勘察市場化程度并不高,地質勘察市場制度嚴重缺失,市場調節作用失靈。而且許多新成立的地質勘察單位存在許多“水分”,存在許多皮包公司和外掛單位,嚴重擾亂地質勘察市場秩序,加劇行業內惡性競爭。激烈的惡性競爭導致一些地質勘察企業或單位為搶占勘察市場,采用壓低報價方式提高市場競爭力。這種做法導致地質勘察單位為減少損失而采取偷工減料方式降低勘察成本,最終影響地質勘察質量。
2.巖土工程勘察質量控制對策勘察
2.1建立高水平勘察隊伍
針對當前許多一線地質勘察人員非專業人員問題,首先可通過招聘方式引進專業人才,鞏固一線地質勘察隊伍,提高專業勘察能力。此外,還應針對當前一線勘察人員專業水平較低、知識結構陳舊問題,應加強人員培訓工作,實現知識結構更新與新技術設備推廣,提高巖土勘察工程人員的專業素質。最后,建立有效的激勵機制。如建立兩支或以上勘察隊伍,實行內部競爭制度,促使勘察人員主動提高自身專業水平。
2.2運用新的勘察方法和技術
運用新的勘察方法和技術不僅可以提高勘察效率,還能提高勘察結果的質量和準確性,提高取樣工作的精度。在選擇鉆進方法上,勘察人員要嚴格根據勘察規范做好實地地質勘察工作,并以此為基礎選擇正確的鉆進方法;再結合更先進的鉆探設備,改進傳統鉆探技術方法的不足。提高勘察方技術和方法的數字化水平,國際工程施工所采用的先進的設備一般都是數字化管理、智能控制。我國許多較為先進的巖體勘察部門也已經引進了先進的數字技術替代了傳統的勘察技術。例如地形勘測方面,傳統地形勘測需要借助手工測量,容易引起較大的誤差。如采用新型數字化設備,可以方便地得到較為精確的測量結果。對于取樣問題,應控制取樣質量。如根據不同地質條件的不同選取不同的樣本,如不同深度、不同類型的地質樣本。
2.3完善巖土工程地質勘察制度
針對地質勘察市場混亂問題,必須建立有效的勘察監督制度,實行嚴格規范的勘察監督制度對勘察工作進行有效的監督,實行事前、事中和事后控制相結合,最大限度避免不當行為,保證勘察質量。嚴格市場準入機制,建立注冊土木工程師制度。市場因素對勘察質量主要由于地質勘察資質門檻不高,導致地質勘察企業水平參差不齊。因而應盡快實施注冊土木工程師制度,控制地質勘察企業及個人的職業資質。最后,加強勘察涉及單位的質量認證,健全質量管理。如采用PDCA循環思進行巖土工程勘察的實施和管理,提高勘察設計能力。
3.結語