張競(jìng)嘉，田霄，李亞偉，劉健

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)高放廢物地質(zhì)處置創(chuàng)新中心，北京 100029）

高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室（Underground Research Laboratory，可簡(jiǎn)稱(chēng)URL）是指建造于一定深度、用于開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證高放廢物地質(zhì)處置技術(shù)、在一定情況下用于評(píng)價(jià)場(chǎng)址適宜性的地下研究設(shè)施［1］。地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是高放廢物地質(zhì)處置研究開(kāi)發(fā)中承上啟下、不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是開(kāi)展處置庫(kù)研發(fā)的必要條件。北美、歐洲和日韓等涉核國(guó)家已相繼建成20 余座地下實(shí)驗(yàn)室，并開(kāi)展了大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和技術(shù)研發(fā)工作，相關(guān)科研成果和經(jīng)驗(yàn)為各國(guó)研發(fā)高放廢物地質(zhì)處置技術(shù)起到了重要推動(dòng)作用［2-3］。

國(guó)內(nèi)、外研究經(jīng)驗(yàn)表明：有關(guān)地下實(shí)驗(yàn)室的科研工作可分為選址、建設(shè)和運(yùn)行3 個(gè)階段［4-5］。其中，地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程本身也是一個(gè)研究過(guò)程，是整個(gè)地下實(shí)驗(yàn)室研究工作中的重要組成部分。為此，國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)過(guò)程中開(kāi)展了大量科研工作。通過(guò)調(diào)研國(guó)外幾座地下實(shí)驗(yàn)室（瑞典、芬蘭和法國(guó)等）在建設(shè)過(guò)程中開(kāi)展的科研試驗(yàn)內(nèi)容，筆者發(fā)現(xiàn)其首先開(kāi)展的工作均為施工期巷道地質(zhì)編錄，這表明在地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)階段開(kāi)展井巷地質(zhì)編錄技術(shù)研究是十分基礎(chǔ)且必要的。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)手段，可系統(tǒng)獲得地下實(shí)驗(yàn)室各類(lèi)硐室的地質(zhì)信息，查明地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址及場(chǎng)址區(qū)域內(nèi)巖體特征及構(gòu)造的產(chǎn)狀、規(guī)模和空間展布特征，構(gòu)建地下實(shí)驗(yàn)室相關(guān)地質(zhì)模型，并為場(chǎng)址精細(xì)化三維地質(zhì)建模與圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析提供原始資料，為綜合研究場(chǎng)址深部環(huán)境地質(zhì)特征提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為工程開(kāi)挖、開(kāi)挖過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以及未來(lái)地下實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中的科研提供支撐［6-8］。

目前我國(guó)已篩選出北山新場(chǎng)作為地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址，完成了地下實(shí)驗(yàn)室的工程設(shè)計(jì)，并于2021 年6 月17 日正式開(kāi)工建設(shè)［9］。本文通過(guò)調(diào)研國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室的井巷地質(zhì)編錄經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國(guó)已有的與巷道地質(zhì)編錄相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，根據(jù)北山地下實(shí)驗(yàn)室的工程特點(diǎn)，有針對(duì)性地提出一套適用于高放廢物地質(zhì)處置花崗巖型地下實(shí)驗(yàn)室的井巷地質(zhì)編錄技術(shù)方案，該方案亦可為其他地下實(shí)驗(yàn)室或地下硐室的編錄方法提供參考。

1 國(guó)內(nèi)、外研究經(jīng)驗(yàn)

1.1 國(guó)外地下實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)展

井巷地質(zhì)編錄是獲得高放廢物地質(zhì)處置場(chǎng)址深部地質(zhì)環(huán)境特征信息的重要手段，因不同國(guó)家的場(chǎng)址所處圍巖巖性的不同，井巷的開(kāi)挖方式和編錄技術(shù)方法也有一定的差異。其中，瑞典?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室和芬蘭ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室的圍巖巖性與我國(guó)北山地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址相似，均為花崗質(zhì)巖。

1.1.1 瑞典?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室

?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室的圍巖巖性主要為花崗質(zhì)巖，采用的巷道開(kāi)挖方法為鉆爆法，通過(guò)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和鉆孔勘查工作，在場(chǎng)址地表和深部出露的圍巖巖性、結(jié)構(gòu)面特征等方面形成基本認(rèn)識(shí)［10］，方便在后期編錄過(guò)程中快速查明和記錄相關(guān)地質(zhì)要素。在正式編錄前，對(duì)?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列準(zhǔn)備工作，包括對(duì)巷道兩壁、頂、底板進(jìn)行清洗，配備了照明、攝影、人工記錄和繪圖等相關(guān)設(shè)備和材料，并在巷道內(nèi)繪制基點(diǎn)和基線(xiàn)（圖1、2）［11-13］。

圖1 ?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室洗壁和照明工作現(xiàn)場(chǎng)（據(jù)SKB［11］）Fig.1 Tunnel wall cleaning and lighting work in ?sp? URL（After SKB［11］）

圖2 ?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室使用的三維激光掃描儀與影像設(shè)備（據(jù)SKB［11］）Fig.2 3D laser scanners and imaging equipment used in ?sp? URL（After SKB［11］）

在編錄過(guò)程中，?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室規(guī)定了需編錄的主要內(nèi)容應(yīng)包括圍巖類(lèi)型、巖性邊界或接觸帶、圍巖蝕變特征、構(gòu)造特征、構(gòu)造變形區(qū)特征、滲流情況和巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)等，并采用記錄表和素描圖的形式對(duì)所觀測(cè)到的地質(zhì)信息進(jìn)行記錄。在巷道素描圖的繪制方法上，?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室采用將巷道進(jìn)行二維平面展開(kāi)的方式繪制巷道素描圖底圖（圖3），并將EDZ 素描、掌子面素描、巷道底板素描連同巷道頂板和兩壁展開(kāi)圖集合在同一張底圖中（圖4），可詳細(xì)記錄并直觀展示巷道不同部位的全部地質(zhì)要素。

圖3 ?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室巷道素描展開(kāi)原理圖（據(jù)SKB［11］）Fig.3 Unfold schematic diagram of tunnel sketch in ?sp? URL（After SKB［11］）

圖4 ?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室巷道素描底圖（據(jù)SKB［11］）Fig.4 Sketch base map of ?sp? URL（After SKB［11］）

在井巷地質(zhì)編錄過(guò)程中，?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室采用了人工編錄和影像編錄（三維激光掃描和攝影技術(shù)）相結(jié)合的方法。人工編錄是指編錄人員手工記錄巷道內(nèi)所觀察到的一切地質(zhì)信息，數(shù)據(jù)格式以紙質(zhì)類(lèi)記錄表和素描圖為主（圖5）。影像編錄工作主要包括三維激光掃描和攝影編錄，通過(guò)影像編錄手段可獲得帶有空間信息的三維影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)等（圖6）。通常在巷道開(kāi)挖結(jié)束后，首先進(jìn)行三維激光掃描，并輔以攝影地質(zhì)編錄工作，第1 時(shí)間獲取巷道的三維影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)三維激光掃描和攝影編錄的方法經(jīng)驗(yàn)，?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為以上兩種方法在地下實(shí)驗(yàn)室巷道開(kāi)挖過(guò)程中的井巷地質(zhì)編錄工作中具有很高的應(yīng)用價(jià)值［12］。

圖5 ?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室井巷地質(zhì)編錄相關(guān)記錄表格（據(jù)SKB［13］）Fig.5 Table of record of tunnel geological mapping in ?sp? URL（After SKB［13］）

圖6 ?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室某巷道實(shí)景影像與三維點(diǎn)云模型（據(jù)SKB［12］）Fig.6 Real scene image and 3D point cloud model of tunnels in ?sp? URL（After SKB［12］）

1.1.2 芬蘭ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室

ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室的圍巖巖性同樣以花崗質(zhì)巖為主，巷道開(kāi)挖方法為鉆爆法，前期通過(guò)對(duì)Olkiluoto 預(yù)選區(qū)開(kāi)展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和鉆孔勘查工作，對(duì)場(chǎng)址地表和深部出露的主要圍巖巖性、結(jié)構(gòu)面特征等方面形成基本認(rèn)識(shí)，并對(duì)地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址初步開(kāi)展建模和相關(guān)領(lǐng)域的預(yù)測(cè)研究工作。與瑞典?sp? 地下實(shí)驗(yàn)室相似，ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室也開(kāi)展了包括巷道壁的清洗、配備相應(yīng)的儀器設(shè)備和繪制基點(diǎn)基線(xiàn)等工作。不同的是，ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室工程包含3 條豎井，編錄人員對(duì)每條豎井開(kāi)展了編錄工作，并將巷道地質(zhì)編錄工作劃分為3 個(gè)階段，分別為快速編錄階段（round mapping）、系統(tǒng)編錄階段（systematical mapping）和補(bǔ)充研究階段（supplementary studies），每個(gè)階段均設(shè)定了特定的編錄對(duì)象、目的、任務(wù)和成果資料等，各階段具體編錄概況見(jiàn)表1［14］。

表1 ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室各階段編錄信息概況Table 1 Overview of mapping ingredient in different stages of ONKALO URL

在滿(mǎn)足工程和科研需求的前提下，ONKALO地下實(shí)驗(yàn)室采用的分階段編錄形式使編錄人員的分工更加明確，為滿(mǎn)足各階段的編錄需求可開(kāi)展有針對(duì)性的編錄工作，極大地提高了編錄效率，同時(shí)也有效避免了對(duì)工程施工造成影響。

豎井編錄方面，考慮到編錄和工程建設(shè)人員的安全及施工影響等方面，ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室在豎井編錄過(guò)程中未采用分階段編錄的方式，而是直接進(jìn)行系統(tǒng)編錄工作（圖7），編錄方法以三維激光掃描為主，主要獲得了豎井壁的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖7 ONKALO 地下實(shí)驗(yàn)室7 號(hào)處置坑編錄數(shù)據(jù)示意圖（據(jù)Posiva［6］）Fig.7 Visualisation of geological mapping data from experimental deposition hole 7（After Posiva［6］）

1.1.3 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

我國(guó)在地質(zhì)礦產(chǎn)、水利水電、隧道和邊坡工程等領(lǐng)域均制定并發(fā)布了與井巷地質(zhì)編錄有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，主要包括：《固體礦產(chǎn)勘查原始地質(zhì)編錄規(guī)程》（DZ/T 0078—2015）、《水利水電工程施工地質(zhì)規(guī)程》（SL/T 313—2021）、《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T 10391—2020）和《水利水電工程邊坡施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5255—2010）［15-18］。上述標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范為地下實(shí)驗(yàn)室井巷地質(zhì)編錄技術(shù)方法研究提供了參考依據(jù)。以中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《固體礦產(chǎn)勘查原始地質(zhì)編錄規(guī)程》為例，該規(guī)程對(duì)坑道內(nèi)基點(diǎn)基線(xiàn)的布設(shè)、坑道素描圖的繪制和地質(zhì)要素的記錄等方面的地質(zhì)編錄方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明（圖8、9），相關(guān)內(nèi)容對(duì)地下實(shí)驗(yàn)室井巷地質(zhì)編錄中人工編錄技術(shù)具有一定參考價(jià)值。

圖8 壓平法繪制坑道素描圖原理［15］Fig.8 Principle of drawing tunnel sketch map by flattening method［15］

圖9 某礦區(qū)穿脈坑道素描圖［15］Fig.9 Sketch map of transverse drift in a mine［15］

然而，考慮到高放廢物地質(zhì)處置研發(fā)需求與工程實(shí)際特點(diǎn)，在地下實(shí)驗(yàn)室的巷道編錄中，編錄人員關(guān)注的編錄對(duì)象、內(nèi)容和方法與其他領(lǐng)域的編錄工作存在較大差異。例如，固體礦產(chǎn)勘查編錄的側(cè)重點(diǎn)是礦體特征與礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算，水力水電與隧道工程重點(diǎn)關(guān)注工程圍巖穩(wěn)定性。而地下實(shí)驗(yàn)室的編錄內(nèi)容涉及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域較廣泛，包括地質(zhì)、水文地質(zhì)和巖石力學(xué)等學(xué)科，編錄內(nèi)容囊括巖石、構(gòu)造、裂隙充填物、蝕變、裂隙的導(dǎo)水性、巖石工程質(zhì)量評(píng)價(jià)和圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性等多方面。同時(shí)，由于地下實(shí)驗(yàn)室的井巷地質(zhì)編錄工作量大、數(shù)據(jù)量多，因此需結(jié)合攝影和三維激光掃描等多種方法對(duì)部分或全部巷道進(jìn)行快速編錄。綜上所述，國(guó)內(nèi)其他領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范具有一定參考價(jià)值，但不能完全適用于高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室中的井巷地質(zhì)編錄工作，這就要求編錄人員需根據(jù)地下實(shí)驗(yàn)室工程特點(diǎn)與研發(fā)需求，制定專(zhuān)門(mén)的井巷地質(zhì)編錄技術(shù)方案。

2 北山地下實(shí)驗(yàn)室編錄方案

2.1 地下實(shí)驗(yàn)室概況

北山地下實(shí)驗(yàn)室位于甘肅省酒泉市肅北縣馬鬃山鎮(zhèn)新場(chǎng)地區(qū)，距玉門(mén)市直線(xiàn)距離約80 km，地處戈壁無(wú)人區(qū)。場(chǎng)址地貌表現(xiàn)為低山丘陵區(qū)，海拔介于1 700～1 800 m 之間，巖體巖性主要以黑云母花崗閃長(zhǎng)巖和黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主。在工程建設(shè)方面，北山地下實(shí)驗(yàn)室采用螺旋斜坡道+三豎井+兩層平巷的主體架構(gòu)方案，在地下280 m 深和560 m 深建設(shè)試驗(yàn)水平，用于開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（圖10）［19］。

圖10 地下實(shí)驗(yàn)室主體架構(gòu)和編錄位置示意圖Fig.10 Main structure and logging location of Beishan URL

圖11 地下實(shí)驗(yàn)室井巷地質(zhì)編錄總體技術(shù)路線(xiàn)Fig.11 Overall technical flowchart of tunnel geological logging in Beishan URL

2.2 編錄方案概述

2.2.1 編錄對(duì)象

北山地下實(shí)驗(yàn)室的編錄對(duì)象主要包括人員豎井、螺旋斜坡道、-280 m 和-560 m 水平試驗(yàn)巷道。其中，人員豎井采用鉆爆法施工，深度為590 m；螺旋斜坡道采用TBM 方法開(kāi)挖，長(zhǎng)度約為7 km；-280 m 和-560 m 水平試驗(yàn)巷道采用鉆爆法開(kāi)挖，總長(zhǎng)度不小于2 km。

2.2.2 總體技術(shù)路線(xiàn)

北山地下實(shí)驗(yàn)室的編錄對(duì)象包括兩大類(lèi)，第一大類(lèi)為螺旋斜坡道和水平巷道，第二大類(lèi)為人員豎井。其中，螺旋斜坡道和水平巷道的主要編錄對(duì)象包括鉆爆法巷道、TBM巷道和掌子面，采用的編錄方法包括影像采集、三維激光掃描和人工觀測(cè)，擬獲得影像數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)和編錄圖表；人員豎井的主要編錄對(duì)象為人員主豎井井壁，采用的編錄方法為影像采集，擬獲得豎井壁的影像數(shù)據(jù)。綜合螺旋斜坡道、水平巷道和人員豎井的編錄資料，通過(guò)數(shù)據(jù)綜合處理與集成分析，系統(tǒng)獲得井巷圍巖地質(zhì)信息，揭示地下實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)址深部地質(zhì)特征。

2.2.3 編錄內(nèi)容

井巷地質(zhì)編錄的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容為地質(zhì)結(jié)構(gòu)面和巖性。巖性編錄主要針對(duì)地下實(shí)驗(yàn)室井巷圍巖巖石學(xué)特征進(jìn)行編錄，包括巖石的顏色、粒度、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物組成、蝕變和巖性邊界等要素。地質(zhì)結(jié)構(gòu)面編錄是地下實(shí)驗(yàn)室編錄工作的重中之重，依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造性質(zhì)分為節(jié)理（帶）和斷層（帶）。節(jié)理（帶）主要指未發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)的單裂隙或裂隙帶，編錄內(nèi)容包括節(jié)理（帶）的位置、數(shù)量、產(chǎn)狀、跡長(zhǎng)、寬度、開(kāi)合度、裂隙充填物類(lèi)型及厚度、節(jié)理面的形態(tài)等；斷層（帶）主要指發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)的單裂隙或裂隙帶，編錄內(nèi)容包括斷層（帶）的位置、產(chǎn)狀、寬度、構(gòu)造巖、蝕變和充填物等。

根據(jù)井巷地質(zhì)編錄目標(biāo)任務(wù)、地下實(shí)驗(yàn)室工程設(shè)計(jì)方案、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)劃及總體進(jìn)度安排，針對(duì)不同編錄對(duì)象制定了詳細(xì)編錄方案。其中，斜坡道和平巷編錄分為快速編錄、系統(tǒng)編錄和補(bǔ)充編錄3 個(gè)階段，豎井編錄集成為一個(gè)編錄階段，各編錄階段的方案見(jiàn)表2。不同類(lèi)型巷道的基本編錄流程見(jiàn)表3。

表2 北山地下實(shí)驗(yàn)室井巷地質(zhì)編錄工作總體方案Table 2 Overall work plan of tunnel geological logging in Beishan URL

表3 北山地下實(shí)驗(yàn)室井巷地質(zhì)編錄作業(yè)流程一覽表Table 3 List of work processes of tunnel geological logging in Beishan URL

2.2.4 斜坡道和水平巷道編錄方案

根據(jù)北山地下實(shí)驗(yàn)室工程建設(shè)方案，螺旋斜坡道主要采用隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）掘進(jìn)，水平巷道采用鉆爆法開(kāi)挖。在現(xiàn)場(chǎng)編錄過(guò)程中，采用人工觀測(cè)和影像采集相結(jié)合的方法進(jìn)行編錄。其中，影像采集方法的具體步驟如下：

1）測(cè)量定位并繪制標(biāo)記點(diǎn)：在編錄工作開(kāi)始前，編錄人員首先在新開(kāi)挖巷道壁上標(biāo)繪若干空間定位控制點(diǎn)，測(cè)量并詳細(xì)記錄上述點(diǎn)的編號(hào)和空間坐標(biāo)。

2）編錄人員和設(shè)備進(jìn)場(chǎng)：編錄人員攜帶編錄設(shè)備和材料到達(dá)目標(biāo)編錄位置。

3）硐壁影像拍攝：編錄人員手持影像采集設(shè)備站立在巷道底板中心線(xiàn)上或一側(cè)側(cè)壁附近，從巷道一側(cè)巖壁底端開(kāi)始拍攝，直至拍攝至另一側(cè)巖壁底端為止（圖12），確保同一回次所拍攝的相鄰照片間的影像重疊率保持在60 %～80 %。

圖12 斜坡道單回次影像采集方案示意圖Fig.12 Sketch map of single shot image acquisition for ramp

4）三維實(shí)景模型構(gòu)建：將所拍攝的照片導(dǎo)出至相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件中進(jìn)行拼接和建模，在三維模型構(gòu)建完成后，在其中標(biāo)記步驟1）中所測(cè)得的控制點(diǎn)，并將其真實(shí)空間坐標(biāo)信息輸入點(diǎn)的屬性中，即可對(duì)模型的三維空間形態(tài)完成校正（圖13）。

圖13 巷道三維實(shí)景模型構(gòu)建示意圖Fig.13 Sketch map of construction of 3D real scene model in tunnels

5）實(shí)景模型結(jié)構(gòu)面解譯：利用數(shù)據(jù)處理軟件將步驟4）生成的實(shí)景三維模型進(jìn)行分析和特征參數(shù)提取，對(duì)模型內(nèi)揭露的裂隙進(jìn)行識(shí)別，獲取裂隙的特征參數(shù)（圖14）。

圖14 斜坡道TBM 巷道轉(zhuǎn)彎段880～940 m 三維實(shí)景模型結(jié)構(gòu)面解譯效果圖Fig.14 Interpretation of the structural plane of the 880～940 m real scene model in the bend section of the TBM tunnel in ramp

除開(kāi)展硐壁影像采集外，還需開(kāi)展人工觀測(cè)工作。人工觀測(cè)的內(nèi)容應(yīng)包括但不限于：圍巖巖性、巖性邊界、接觸帶、巖脈，節(jié)理帶或斷層帶的構(gòu)造特征，如位置、數(shù)量、產(chǎn)狀、跡長(zhǎng)、寬度、開(kāi)合度、裂隙充填物類(lèi)型及厚度、節(jié)理面形態(tài)、蝕變及構(gòu)造巖等。根據(jù)編錄內(nèi)容和重點(diǎn)，人工觀測(cè)時(shí)對(duì)硐壁上的地質(zhì)現(xiàn)象依次開(kāi)展觀察、識(shí)別、測(cè)量、記錄、繪圖、拍照和取樣等，并填寫(xiě)相應(yīng)記錄表格，繪制完成巷道素描圖（樣式如圖15）。

圖15 斜坡道TBM 巷道編錄素描圖和記錄表Fig.15 Sketch and record table for TBM tunnel logging in ramp

2.2.5 人員豎井編錄方案

北山地下實(shí)驗(yàn)室共設(shè)計(jì)3 個(gè)豎井，分別為人員豎井、入風(fēng)井和出風(fēng)井，由于入風(fēng)井和出風(fēng)井均采用反井掘進(jìn)方式，因此主要針對(duì)人員豎井開(kāi)展編錄工作。人員豎井井深590 m，凈直徑6.6 m，采用鉆爆法施工。與斜坡道編錄工作相似，在人員豎井中也采用了人工觀測(cè)和影像采集相結(jié)合的方法。人員豎井影像采集工作流程如下：

1）豎井井壁清洗：在每回次爆破、清渣和通風(fēng)后，在編錄人員進(jìn)場(chǎng)前完成井壁的清洗工作。

2）編錄人員和設(shè)備進(jìn)場(chǎng)：編錄人員攜帶編錄設(shè)備和材料到達(dá)目標(biāo)編錄位置。

3）繪制標(biāo)記點(diǎn)和測(cè)量定位：在編錄工作開(kāi)始前，編錄人員首先在新開(kāi)挖井壁上標(biāo)繪若干空間定位控制點(diǎn)，測(cè)量并詳細(xì)記錄上述點(diǎn)的編號(hào)和空間坐標(biāo)。

4）井壁影像采集：編錄人員手持影像采集設(shè)備站立在井底中心點(diǎn)的位置，從井壁正北方向（0°）上開(kāi)始影像采集工作。編錄人員站立于井底中心線(xiàn)上以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的方式由高至低對(duì)井壁進(jìn)行影像采集（圖16）。人員豎井編錄時(shí)，相鄰影像之間的采集重疊率應(yīng)介于60 %～80 %之間。

圖16 人員豎井單回次影像采集方案示意圖Fig.16 Schematic diagram of single shot image acquisition for personnel shaft

5）三維實(shí)景模型構(gòu)建：將所拍攝的照片導(dǎo)出至相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件中進(jìn)行拼接和建模，在三維模型構(gòu)建完成后，在其中標(biāo)記步驟3）中所測(cè)得的控制點(diǎn)，并將其真實(shí)空間坐標(biāo)信息輸入點(diǎn)的屬性中，即可對(duì)模型的三維空間形態(tài)完成校正。生成模型后，可利用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行分析和特征參數(shù)的提?。▓D17）。

圖17 人員豎井70～75 m井壁實(shí)景模型及結(jié)構(gòu)面解譯效果圖Fig.17 Interpretation of the structural plane of the70-75 m real scene model in the personnel shaft

在人員豎井中也需進(jìn)行人工觀測(cè)工作，人工觀測(cè)的編錄內(nèi)容、方法和記錄形式（素描圖和記錄表）與斜坡道中一致，此處不再贅述。

3 結(jié)論與討論

1）在高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)階段開(kāi)展的井巷地質(zhì)編錄工作是十分基礎(chǔ)且必要的。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)手段，可獲得地下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不同硐室的地質(zhì)信息，查明場(chǎng)址區(qū)域內(nèi)巖體與構(gòu)造特征，構(gòu)建地下實(shí)驗(yàn)室相關(guān)地質(zhì)模型，其編錄數(shù)據(jù)可為場(chǎng)址精細(xì)化三維地質(zhì)建模與圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析提供原始資料，為場(chǎng)址深部環(huán)境地質(zhì)特征綜合研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為工程開(kāi)挖過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及未來(lái)地下實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中的科研提供支撐。

2）由于編錄目標(biāo)、對(duì)象和內(nèi)容等方面的差異，高放廢物地質(zhì)處置地下實(shí)驗(yàn)室中的井巷地質(zhì)編錄技術(shù)方法與其他領(lǐng)域（固體礦產(chǎn)勘查、水工隧洞施工等）存在較大不同。在對(duì)地下實(shí)驗(yàn)室編錄方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和編制過(guò)程中，不能簡(jiǎn)單地借鑒相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，須充分調(diào)研國(guó)外已經(jīng)建成的地下實(shí)驗(yàn)室的編錄經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)自身地下實(shí)驗(yàn)室工程特點(diǎn)，形成一套適用于自身場(chǎng)址的井巷地質(zhì)編錄技術(shù)方法。

3）目前應(yīng)用于北山地下實(shí)驗(yàn)室的井巷地質(zhì)編錄技術(shù)方案已通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際編錄工作的檢驗(yàn)，并隨工程進(jìn)展不斷優(yōu)化和改進(jìn)（井巷地質(zhì)編錄與工程施工同步開(kāi)展，兩者聯(lián)系緊密，編錄方案可能會(huì)根據(jù)實(shí)際工程建設(shè)方案和進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化）。該方案填補(bǔ)了我國(guó)在高放廢物地質(zhì)處置領(lǐng)域地下實(shí)驗(yàn)室階段井巷地質(zhì)編錄技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的空白，同時(shí)也可為其他地下實(shí)驗(yàn)室或地下硐室的編錄方法研究提供參考。