基于環(huán)境保護(hù)下水工環(huán)地質(zhì)勘察工作分析

戴 雷

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 10083）

水工環(huán)地質(zhì)勘察是各項(xiàng)工程建設(shè)以及地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，所必須開(kāi)展的調(diào)查工作，其目的在于為上述項(xiàng)目提供地層結(jié)構(gòu)、水文條件、巖土類(lèi)別、埋藏深度以及巖層分布規(guī)律等物理力學(xué)性質(zhì)。這樣的地質(zhì)信息，將有助于項(xiàng)目開(kāi)展時(shí)合理利用空間基土資源與規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害。但現(xiàn)如今多數(shù)水工環(huán)地質(zhì)勘察工作由于缺乏環(huán)境保護(hù)的工作視野，容易因技術(shù)工藝選取不當(dāng)或操作不當(dāng)給調(diào)查點(diǎn)的地質(zhì)環(huán)境帶來(lái)負(fù)面的破壞影響，不僅使后續(xù)項(xiàng)目順利開(kāi)展遇到了極大的障礙阻力，且十分不利于社會(huì)效益與生態(tài)效益目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此深入探討水工環(huán)地質(zhì)勘察的環(huán)保問(wèn)題，在當(dāng)下階段是非常緊要迫切的。

1.水工環(huán)地質(zhì)勘察對(duì)環(huán)境的破壞影響

1.1 槽探工程對(duì)周邊環(huán)境的破壞影響

槽探工程是一種傳統(tǒng)水工環(huán)地質(zhì)勘察工作中，用于揭露基巖來(lái)觀測(cè)地質(zhì)活動(dòng)規(guī)律，或用于取樣檢樣的坑道挖方工程，因其工程形式多為倒梯形槽狀而得名。這樣的槽探工程通常深度均在2.5m-3.0m之間，按照水工環(huán)地質(zhì)勘察項(xiàng)目的內(nèi)容性質(zhì)以及環(huán)境條件不同，分為若干條主探槽與輔助探槽。其中主探槽的分布走向往往與含礦巖層、含水帶或圍巖砂巖分界線相垂直，這樣的探槽內(nèi)部相當(dāng)于為地質(zhì)勘察人員提供了一個(gè)天然的地層“橫截面”。而輔助探槽則可以視為是主探槽之間用于揭露礦體或地質(zhì)界限的短槽，通常情況下與主槽平行分布。槽探技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于地質(zhì)信息更加直觀、施工簡(jiǎn)便、設(shè)備要求條件不苛刻，所以地質(zhì)勘察周期較短，適用于地質(zhì)填圖以及普查探測(cè)等揭露或采樣性質(zhì)的水工環(huán)地質(zhì)勘察項(xiàng)目。

但它的缺點(diǎn)非常顯著，首先槽探工程在施工時(shí)，不可避免地會(huì)直接挖除破壞坑道上方及周邊一定區(qū)域內(nèi)的林木、草皮，這顯然是一種將該處地貌完全破壞的做法，探槽施工后的地表將徹底失去耕植功能。其次在土石方開(kāi)挖施工的過(guò)程中，由探槽坑洞部位清出的基土很難找到合適的棄土場(chǎng)地進(jìn)行處理，容易對(duì)棄土點(diǎn)的地表植被造成壓覆破壞，導(dǎo)致水工環(huán)地質(zhì)勘察區(qū)域在幾年時(shí)間里綠化帶面積迅速衰減，生態(tài)條件急劇惡化?？偟膩?lái)說(shuō)，槽探工程的弊端問(wèn)題在于對(duì)地表覆土以上的綠植區(qū)域破壞嚴(yán)重，尤其是當(dāng)勘察地點(diǎn)位于公路、鐵路的沿線風(fēng)景區(qū)時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致生態(tài)退化的問(wèn)題，更直接影響到地區(qū)旅游經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 鉆探工程對(duì)周邊環(huán)境的破壞影響

鉆探工程就是指利用大型鉆機(jī)設(shè)備在水工環(huán)地質(zhì)勘察項(xiàng)目的調(diào)查地點(diǎn)，直接以向下深進(jìn)的方式擷取地層剖面信息的勘察技術(shù)。通常情況下在修筑橋基、路基、壩基、港口或其他大型高層建筑項(xiàng)目前，為了了解項(xiàng)目所在地點(diǎn)的地下巖層基礎(chǔ)承載力，需要通過(guò)向下深進(jìn)工程鉆孔來(lái)勘察地下的巖層土質(zhì)與水文條件，它在防治地下基巖裂除的軟泥層、粘土層等軟弱地基土質(zhì)問(wèn)題上具有非常深遠(yuǎn)的應(yīng)用意義。鉆探勘察技術(shù)通常采用取巖心法，鉆孔深度往往在30.0m-100m之間，相比于槽探技術(shù)來(lái)說(shuō)，鉆探技術(shù)的作業(yè)面深度更大，獲取的地層信息更加全面，但施工難度以及工程作業(yè)量也顯然不能與槽探技術(shù)同日而語(yǔ)。

鉆塔工程對(duì)環(huán)境的破壞主要是對(duì)地層的擾動(dòng)，由于鉆孔的布設(shè)范圍非常廣，控制網(wǎng)格內(nèi)既有自然湖泊河流、又有城鄉(xiāng)轄區(qū)交界，所以它對(duì)于周邊環(huán)境的破壞影響是非常多樣的。首先是工程排放問(wèn)題，鉆進(jìn)在向下深進(jìn)的過(guò)程中為了避免鉆頭過(guò)熱，以及將鉆孔沖擊下的碎巖土渣全部排出鉆孔，會(huì)使用特制的泥漿灌進(jìn)鉆孔進(jìn)行護(hù)壁。而這樣的清洗液或冷卻液將難以徹底回收處理，遺留在鉆孔內(nèi)的泥漿物質(zhì)將會(huì)在土層自然作用下，滲進(jìn)地下水系或農(nóng)田土壤，對(duì)周邊環(huán)境造成極大的滲透污染。其次是鉆孔會(huì)破壞勘察區(qū)域的巖體穩(wěn)定性，若勘察區(qū)域存在巖土互層結(jié)構(gòu)，一旦經(jīng)受鉆頭的高頻沖擊，將會(huì)進(jìn)一步演化為地下圍巖的碎裂發(fā)育狀態(tài)，使勘察區(qū)域松軟的坡積土體、巖體更容易進(jìn)入不穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)，最終發(fā)展成為巖體滑坡、坍塌、下陷等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。最后是設(shè)備進(jìn)場(chǎng)的環(huán)境破壞問(wèn)題，相比于槽探工程的使用設(shè)備來(lái)說(shuō)，鉆機(jī)設(shè)備的體積尺寸以及重量顯然更大，且難以拆分。所以為了將鉆機(jī)設(shè)備運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡攸c(diǎn)就位作業(yè)，必須修筑臨時(shí)道路。而這樣額外的施工內(nèi)容中很難避免對(duì)勘察周邊地區(qū)進(jìn)行多次破壞，例如路基填筑的取土破壞、棄土的壓覆破壞、混凝土與瀝青等硬化施工部位的污染破壞問(wèn)題。

1.3 坑探工程對(duì)周邊環(huán)境的破壞影響

坑探工程又叫做井巷工程或掘進(jìn)工程，它在水工環(huán)地質(zhì)勘察作業(yè)中經(jīng)常以淺井、豎井、斜井或試坑等形式出現(xiàn)，坑探工程通常地下開(kāi)挖深度在10m左右。它與一般鉆探工程相比，更利于勘察人員通過(guò)下井觀察的方法來(lái)了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)，所以無(wú)論是第四紀(jì)松散地層地區(qū)還是基巖出露地區(qū)，都可以用來(lái)作為測(cè)繪巖脈寬度、描述巖體風(fēng)化層厚度以及探測(cè)地下水裂縫寬度的主要勘察探測(cè)手段。

它對(duì)周?chē)匀画h(huán)境產(chǎn)生的破壞影響在于如下方面：首先是用地破壞，坑探工程的設(shè)備機(jī)具雖然不像鉆探工程那樣笨重，但它仍然存在著較大的挖方作業(yè)量，而以往傳統(tǒng)坑探作業(yè)中在山坡、山腰隨意堆放的棄石與棄土，正是地區(qū)泥石流與山體洪流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的主要誘因。其次是對(duì)下游地勢(shì)較低地區(qū)的影響，坑探工程形成的斜井與鉆探工程一樣容易使地下整塊分布的巖體被碎裂分割，因此在結(jié)束勘察作業(yè)后，若是回填處理作業(yè)流程草草了事，極容易出現(xiàn)垮塌凹陷。而若是水工環(huán)地質(zhì)勘察項(xiàng)目場(chǎng)地位于水平落差較大的地點(diǎn)，坑井垮塌還會(huì)進(jìn)一步引起山體或巖體的崩塌災(zāi)害，這對(duì)下游的綠植地帶無(wú)疑是毀滅性的，也容易給周邊的村莊帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

2.基于環(huán)境保護(hù)視角下水工環(huán)地質(zhì)勘察的新技術(shù)應(yīng)用

近年來(lái)我國(guó)水工環(huán)地質(zhì)勘察行業(yè)新型技術(shù)的主要研究方向，在于最大程度減少對(duì)勘察位置的用地破壞，力求在觀測(cè)地質(zhì)現(xiàn)象與規(guī)律時(shí)，最大程度減少直接開(kāi)挖或破壞巖層土體揭露地質(zhì)信息的工程作業(yè)量。在這樣的研究需求背景下，一種以降低環(huán)境擾動(dòng)為目的的“GPS-RTK”水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)應(yīng)聲而出。

2.1 GPS-RTK勘察的技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)分析

GPS-RTK是指將GPS全球定位技術(shù)與RTK實(shí)時(shí)差分技術(shù)來(lái)收集探測(cè)控制地點(diǎn)位置信息的方法，在該技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)，首先需要建設(shè)至少多臺(tái)由GPS接收器構(gòu)成的信號(hào)基站，負(fù)責(zé)調(diào)解空地衛(wèi)星的加密位置電文。當(dāng)勘察區(qū)域同步同時(shí)段的觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)量不少于4個(gè)的時(shí)候，由信號(hào)基站將測(cè)距碼信號(hào)的傳播時(shí)間乘以電磁波的傳播速度，得到該位置與不同測(cè)距衛(wèi)星的相對(duì)距離，接著再用專(zhuān)業(yè)的軟件在WCS-84坐標(biāo)系中分析計(jì)算出基站發(fā)出測(cè)距信號(hào)的瞬時(shí)坐標(biāo)。由于GPS全球定位技術(shù)的精確度會(huì)受到對(duì)流層折射誤差、衛(wèi)星軌道誤差以及衛(wèi)星時(shí)鐘誤差等因素的影響，所以需要RTK技術(shù)來(lái)建立平面控制點(diǎn)，將基準(zhǔn)站上的GPS接收器接到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)電文以數(shù)據(jù)通信鏈的形式發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸功能。而后根據(jù)地面基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間測(cè)距數(shù)據(jù)，生成某個(gè)流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)。在RTK實(shí)時(shí)差分技術(shù)的定位輔助作用下，所有流動(dòng)站坐標(biāo)位置都是基于基準(zhǔn)站所在的空間位置坐標(biāo)系生成的，因此它可以完全避免GPS距離定位數(shù)據(jù)的誤差問(wèn)題，將勘察定位測(cè)量的誤差控制在cm級(jí)以上。

2.2 控制測(cè)量的布網(wǎng)方案

首先是流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的配置選點(diǎn)問(wèn)題，它與傳統(tǒng)地質(zhì)勘察的測(cè)量手段不同，并不過(guò)多注重站與站之間相互通視關(guān)系，所以在測(cè)點(diǎn)選擇上較為靈活。在水工環(huán)地質(zhì)勘察項(xiàng)目中應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)，在布點(diǎn)方案上需要注意如下幾個(gè)問(wèn)題：

一是為了避免測(cè)距信號(hào)出現(xiàn)屏蔽阻擋，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的信號(hào)基站設(shè)備應(yīng)當(dāng)設(shè)立在視野較為開(kāi)闊、且高差較大的位置上；二是點(diǎn)位目標(biāo)需要清晰可識(shí)別，基站的觀測(cè)視場(chǎng)周?chē)荒艹霈F(xiàn)高度較大的障礙物，以避免接收測(cè)距信號(hào)的質(zhì)量效果；三是測(cè)距位置周遭200m范圍內(nèi)不能出現(xiàn)高功率無(wú)線電設(shè)備，以防多路徑止電磁波互相干涉引起的衰減問(wèn)題，同時(shí)在高壓電網(wǎng)的傳送授道周?chē)?0m處也不宜設(shè)置基站平臺(tái)，避免重要電氣設(shè)備被磁化或受到電磁干擾；四是流動(dòng)站的控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)確保利于點(diǎn)位標(biāo)記長(zhǎng)期儲(chǔ)存，通常做法是完成7組GPS-RTK勘察測(cè)點(diǎn)流動(dòng)站定位后，用漆涂標(biāo)志的方式進(jìn)行刺點(diǎn)，而后再在控制點(diǎn)位置埋設(shè)具有中心標(biāo)志作用的標(biāo)石。

2.3 測(cè)量勘察的結(jié)果處理

下面以某地水工環(huán)地質(zhì)勘測(cè)項(xiàng)目的開(kāi)展實(shí)際為例，說(shuō)明GPS-RTK技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)勘察工作的結(jié)果生成中發(fā)揮的重要作用。

某地建設(shè)一硝化纖維廠，于某次生產(chǎn)事故導(dǎo)致約2.2t未經(jīng)處理的工業(yè)污水泄漏排放入周?chē)w中，為了勘察該區(qū)域地下水、潛水面以及巖溶層中遭受污染情況，決定在該區(qū)域展開(kāi)水工環(huán)地質(zhì)勘察工作，調(diào)查周邊環(huán)境遭受硝化纖維污水污染情況。在該項(xiàng)目中GPS-RTK技術(shù)主要發(fā)揮了如下功能優(yōu)勢(shì)。

一是減少了實(shí)際勘察作業(yè)成本，最大程度控制勘察作業(yè)的擾動(dòng)破壞影響。原定勘察計(jì)劃中，擬定在工廠周邊4000m2的區(qū)域內(nèi)，布設(shè)15個(gè)50m深鉆孔作為雷達(dá)主測(cè)井，布設(shè)6個(gè)30m深作為聯(lián)系測(cè)井。其中30m聯(lián)系測(cè)井的用途，主要是為了驗(yàn)證雷達(dá)勘測(cè)點(diǎn)位的潛水面以及溶巖層分布規(guī)律，同時(shí)對(duì)主測(cè)井的空間位置進(jìn)行控制。因此原本需要鉆機(jī)作業(yè)的6個(gè)聯(lián)系測(cè)井，可以由GPS-RTK軟件提供的三維數(shù)據(jù)圖來(lái)代替，這種三維數(shù)據(jù)圖的縱向探測(cè)深度約為10-15m，可以基本滿足該區(qū)域的勘察工作的網(wǎng)格布孔控制需求。

二是幫助水工環(huán)地質(zhì)勘察人員獵取地質(zhì)的精確數(shù)據(jù)，該勘察項(xiàng)目中為了找出地質(zhì)環(huán)境污染源的分布流向，縷清污染緣由，主要是采取了如下措施：使用集裝箱對(duì)雷達(dá)勘測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行GPS-RTK技術(shù)試驗(yàn)，若試驗(yàn)結(jié)果證明臨近的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間不存在互相連通污染的趨勢(shì)，那么僅需使用GPS-RTK技術(shù)來(lái)觀測(cè)臨近鉆井潛水面是否存在懸浮污染物來(lái)佐證結(jié)論即可；但若試驗(yàn)結(jié)果表明兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間存在連通污染關(guān)系，雖然并未直接觀測(cè)地下潛水面情況，但可以根據(jù)溶巖層、地下分布水層的遍布發(fā)展規(guī)律，來(lái)推斷潛水面污染物的飽和狀態(tài)。

3.傳統(tǒng)水工環(huán)地質(zhì)勘察技術(shù)的環(huán)保優(yōu)化措施

3.1 完善環(huán)境補(bǔ)償機(jī)制

水工環(huán)地質(zhì)勘察往往是周期較為緩慢且系統(tǒng)化的工作，對(duì)于不可避免地槽探、鉆探及井探作業(yè)內(nèi)容，首先應(yīng)當(dāng)在項(xiàng)目開(kāi)展初期，對(duì)勘察工作的環(huán)境破壞力度進(jìn)行評(píng)估調(diào)查，根據(jù)勘察地點(diǎn)的自然屬性來(lái)分析環(huán)境的可承受破壞限度，這樣才能遵循環(huán)境保護(hù)原則開(kāi)展后續(xù)的勘探調(diào)查作業(yè)。例如在探槽、探孔以及探井的位置選擇上，應(yīng)當(dāng)盡可能地繞開(kāi)水源涵養(yǎng)的功能濕地、自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)等生態(tài)脆弱環(huán)境，盡量將可綠化修復(fù)的土地作為勘察活動(dòng)開(kāi)發(fā)破壞的合理場(chǎng)所，采用合適的勘察技術(shù)最小化，合理規(guī)劃勘察作業(yè)臨時(shí)道路或土石挖方的棄土與借土場(chǎng)地，在勘察作業(yè)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)同步開(kāi)展植樹(shù)綠化工程，包括項(xiàng)目臨近巖體的邊坡綠化防護(hù)、耕植土壤的屬性改良以及喬木灌木種植，做到“破壞一處、修復(fù)一處”。當(dāng)在水工環(huán)地質(zhì)勘察作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了環(huán)境的異常問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)立即停止作業(yè)并查清環(huán)境擾動(dòng)影響根源，展開(kāi)針對(duì)性的挽救措施恢復(fù)生態(tài)條件后方可繼續(xù)勘察作業(yè)流程。

3.2 處理好地質(zhì)工作的污染排放問(wèn)題

一是廢水污染問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在水工環(huán)地質(zhì)勘察作業(yè)地點(diǎn)建設(shè)一處污水處理站，盡量收集自然降雨，經(jīng)過(guò)沉降池循環(huán)凈化后投入給地質(zhì)工作的機(jī)具設(shè)備使用。同時(shí)還要將污水處理單元與地下水系的聯(lián)系完全切斷隔絕，避免周邊地下水系與水源地受到廢水滲透污染。而過(guò)量的泥漿處理，則可以采用添加膠結(jié)劑的方法加速固化過(guò)程，等到其完全凝固后統(tǒng)一運(yùn)輸出勘察地點(diǎn)進(jìn)行集中處理。

二是氣體廢棄物處理，每當(dāng)開(kāi)展爆破作業(yè)或土石方開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)同步開(kāi)展灑水降塵，并在周?chē)O(shè)置一定高度的綠化帶，避免施工揚(yáng)塵逸散到大氣環(huán)境，給周邊地區(qū)帶來(lái)空氣質(zhì)量問(wèn)題。

三是固體廢棄物處理，尤其是土石方開(kāi)挖留下的碎石、渣土、塊土。應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃棄土場(chǎng)的位置以及堆土高度，不得在高差、坡度較大的位置隨意堆砌固體廢棄物，避免給地勢(shì)較低的地點(diǎn)帶來(lái)泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 落實(shí)勘察孔坑洞的封孔回填工作

最后是勘察作業(yè)的孔坑洞回填處理，對(duì)于槽探工程這種開(kāi)挖深度較淺的部位，應(yīng)當(dāng)建立地質(zhì)勘察土石方作業(yè)的臺(tái)賬，合理平衡借土用土關(guān)系，暫時(shí)堆放等待回填的土體，應(yīng)當(dāng)定期以澆水臨水的方式來(lái)提高土體的濕潤(rùn)度，避免過(guò)度暴曬沙化失去耕植功能。等到勘察作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間著手改善土質(zhì)的工作，盡可能地加快開(kāi)挖地表的生態(tài)恢復(fù)速度。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水工環(huán)地質(zhì)勘察工作的主要環(huán)境問(wèn)題，在于勘察作業(yè)面形成過(guò)程中的土石方開(kāi)挖以及廢棄物排放。因此為了降低地質(zhì)工作的環(huán)境破壞與擾動(dòng)影響，需要從兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行，一是采用先進(jìn)的高精度勘察探測(cè)技術(shù)，盡可能地減少勘察作業(yè)的開(kāi)發(fā)破壞活動(dòng)，二是處理好傳統(tǒng)槽探、鉆探以及井探等工程的作業(yè)污染破壞問(wèn)題。只有在開(kāi)展水工環(huán)地質(zhì)勘查工作時(shí)，始終以環(huán)境可持續(xù)發(fā)展為指導(dǎo)原則，促進(jìn)我國(guó)環(huán)保地質(zhì)勘查技術(shù)理論不斷進(jìn)步完善。