塌陷分析

2024-05-06

塌陷分析（精选十篇）

塌陷分析篇1

布点采样的原则[3]可以归纳为两点:一是采样点所采集的样品要对整个调查水域的某项或多项指标有较好的代表性;二是在保证达到必要的精度和满足统计学样品数的前提下,布设的站位尽量少,兼顾技术指标和资金使用问题。水样采集的要求详见表1。

2 检测分析

所采样品各指标在安徽理工大学资源与环境工程系水环境监测(Ⅰ)室(部分生物指标在环境监测(Ⅱ)室)进行;采样注意事项严格遵守《水和废水监测分析方法(第四版)》,中国环境科学出版社2002年公布的规则方法执行。

2.1 确立分析评价模型

2.1.1 建立隶属函数模型

设影响淮南矿区谢二塌陷塘(下称谢二塘)水体水环境质量的因子有n个,由这n个因子构成评价因子集X,则X={x1,x2,x3,…,xn};给定m个评判标准,并由其组成与X相对应的评价标准集合Y,则Y={y1,y2,y3,…,ym}。在X与Y给定后,其模糊关系距阵为:

模糊综合指数Z0=max{Zj},j=1,2,3,…,m。

2.1.2 模糊综合指数计算

模糊关系距阵K代表了每一个污染因子对每一级水体质量标准的隶属程度,也可以把隶属度看成为污染物的浓度和环境质量标准的指数。假设水体级别划分为m级,则可以用S(1),S(2),…,S(m)表示[1,2,3,4]。监测值为M的污染因子对各个水体级别的隶属度kij可按以下公式计算:

采用污染贡献率计算方法求单因子权重系数,衡量参加评价的各污染因子对水体环境质量影响的大小为:

(5)式中:Ci为第i种污染因子的实测浓度,mg/L;C0i为第i种污染因子的分级基准值,mg/L。

2.2 评价分析因子的选取

依据GB3838-2002《地表水环境质量标准》中对地表水环境质量标准基本项目标准限值的规定,将该标准中超过Ⅱ类标准限值的项目均列为污染因子,结合2004~2006年间所检测数据的信息(各指标的年均值),可以看出谢二塘水体的主要污染因子包括:COD、BOD5、TN、TP。根据检测数据的信息量,得出COD、BOD5均与水中有机物的含量有关,BOD5的值特指可生化降解的有机物的含量,因此选择其中的COD、BOD5作为主要污染因子,TN、TP的含量均已达到或超过GB3838-2002《地表水环境质量标准》中对地表水环境质量标准中的Ⅳ类标准限值。所以,确定COD、BOD5、TN、TP为谢二塘水体水质的主要污染因子。

2.3 评价与分析

2.3.1 隶属度与权重系数分析

按照GB3838-2002《地表水环境质量标准》将地面水质分为5级,分别以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示,以Ⅲ级作为分级基准值C0i,将谢二塘2004~2006年以来的主要污染因子的监测数据分别代入(1)式和(4)式中,可以计算出期间谢二塘水体主要污染因子对各个水体级别的相关隶属度kij.将各项相关数值代入(5)式中可计算出各污染因子的权重值,结果见表2,由表2可以看出COD、TN、TP这3个污染因子在决定水质级别方面起着重要作用,具有较高的权重系数,这与富营养化的决定因素是一致的,因此认为谢二塘水体的主要污染物是氮和磷,属有机污染,这与前面分析所得结论是相一致的[5,6]。

2.3.2 依据模糊综合指数进行分析

将表2的相关数据和相应的K值代入(2)式,并综合水质状况,可列出表3。由于Z0=max{zj},依据表3,2004~2006年的Z0分别为0.0890、0.6850、0.3370,其相应的评价结果分别为2004年为Ⅳ级、2005年为Ⅴ级、2006年为Ⅲ级(表4)。

3 结论

谢二塘水体水质中,TN、TP值是决定水质级别的主要因素,其主要污染物为有机污染物,但同一级别的水体其水质并不一样,仅仅从监测数据上很难区分其水质的差别,依据灰色理论可在多目标综合指数评价决策距阵中确定客观的水环境污染程度。2004~2006年间模糊综合指数Z0分别为:0.0890、0.6850、0.3370,其相应的评价结果分别为2004年为Ⅳ级、2005年为Ⅴ级、2006年为Ⅲ级,其水质级别总体为中度富营养Ⅳ型[3]。

由于监测数据信息量的局限性,这里还不足以说明谢二塘水体水质在已监测的2年多的期间有所下降,但可以看出谢二塘水体质量标准已在GB3838—2002标准Ⅲ类及以上(大部分水体已为Ⅳ类甚至已有Ⅴ类水质),而且其水体水质的总体变化趋势在逐渐变差,故防止其水体污染和富营养化现象以及加强塌陷塘水域的生态环境保护工作仍是当前塌陷区水域生态环境综合治理的一项重要工作。

摘要：利用灰色理论的相关知识,对塌陷区水域的水质状况进行综合研究,确定其污染程度。结果表明塌陷塘受还原性物质污染较为严重,水质级别总体为中度富营养(Ⅳ)型,这也揭露出农业面源污染等因素对塌陷塘影响较大。为地方政府有效治理塌陷区水域提供参考。

关键词：矿区,塌陷塘,水质

参考文献

[1]杜宝汉,李永安.用灰色关联度模型评价湖泊富营养化[J].四川环境,1999,18(4):48~52.

[2]张颖,杨伟光,任南琪,等.西泉眼水库水质变化趋势评价研究[J].哈尔滨工业大学学报,2005,37(4):478~450.

[3]计承富.矿区塌陷塘水质特征综合研究及模糊评价:以淮南谢二矿南塌陷塘为例[D].淮南:安徽理工大学,2007.

[4]邹锐.洱海富营养化时空分布模糊评价及成因对策分析[J].环境科学研究,1995,8(3):36~41.

[5]金相灿,刘鸿亮.中国湖泊富营养化[M].北京:中国环境科学出版社,1990.

道路路面塌陷成因分析及处理方案篇2

运城市高铁商务区站前路、学苑路路面塌陷

成因分析及处理方案

1.工程概况

高铁站商务区站前路道路工程（K0-025-K4+079.663，暂施工至K2+585），起点与北外环相交，终点接东外环，途中与中银大道、槐东路、学苑路、规二路、安中路相交。学苑路道路工程（K0-044.032-K0+866）,起点接学苑北路与北外环的交点，终点接站前路，途中与站一路、站二路相交，是原学苑路的向北延伸。站前路道路红线宽50m，绿线90m，学苑路道路红线宽50m，绿线80m。道路类别为城市主干路，其中包括机动车道、非机动车道、人行道。由于持续几天的强降雨，站前路、学苑路非机动车道、人行道路面出现不同程度的塌陷。非机动车道小面积塌陷情况居多。人行道均为小面积塌陷但塌陷情况不严重。

2.工程地质条件

根据山西第八地质工程勘察院2012年7月提供的《运城市高铁站区站前路工程地质勘察报告》，场地地基主要为：第四系上更新统风积层（Q3eoi），第四系上更新统冲积层（Q3eoi）。岩性为粉土、粉砂为主。现依层序分述如下：

第①层

粉土（Q3eol）

以浅黄色为主粉土，稍湿，稍密，夹有钙质结核，含有白色菌丝，偶见虫孔，植物根系，摇震反应中等，干强度低，韧性低。上部0.3为种植土。高等压缩性，压缩系数al-20.20-0.99MPa-1，平均0.60MPa-1；标准贯入实验实测击数3-18击之间，平均8.7击。承载力标准90KPa。

该层层厚1.5-4.8m,平均3.94m；底层埋深1.5-4.8m，平均3.94m；层底标高为374.0-387.47m，平均383.38m。

第②层粉土（Q3al）

浅黄色，稍湿，稍密-中密，具针状孔隙，局部夹少量钙质结核

运城市高铁商务区站前路、学苑路路面塌陷成因分析及处理方案

分沉陷为大面积的路面整体下沉。4.1路面塌陷形成的基本条件

1）站前路、学苑路均为湿陷性黄土地区，其路基均为黄土。2）供水、弱电、绿化喷淋等专业管线沟槽回填不密实，有部分沟槽至今未回填。其沟槽沉陷、雨水从沟槽内进入路基，直接造成路面沉陷。

3）水活动的动力条件：1.5m宽中间绿化隔离带区域，绿化方为满足种树的宽度，将路缘石后背灰凿除，水从路缘石后背渗入路基。路基回填土受水浸湿，土体结构迅速被破坏,产生显著附加变形或下沉，随着在水的动力作用下，土体被侵蚀和搬运，道路基层下形成空洞。这也是造成路面塌陷的主要原因之一。

4）本工程因各种因素的制约，未能及时将整个工程完片，降雨后，雨水不能及时的排出，存积于多处未完工区域。4.2路面塌陷形成的影响因素

1）降雨因素：进入雨季后，降雨量大于往年，近期持续的强降雨，大量雨水渗入地下，对土体造成一定的浸蚀作用，改变了土体性质，在一定程度上促进了塌陷的产生。

2）环境因素：站前路部分道路、专业管线未完工，站前路整体的排水系统未形成。降雨后，雨水不能及时排出，存积于雨水管道及井室内，地表的雨水存积于未完工的路床内和专业管线沟槽内，雨水经多种渠道渗透到路基内。

3）其他因素：部分绿化隔离带回填土不到位，土体不密实，雨水经路缘石后背渗入路床；人行道砖间缝隙，人行道砖与非机动车道路缘石间缝隙不密实，立缘石间、平石间勾缝不到位。部分雨水并未排入雨水口，而是经这些缝隙渗入路基。

5.塌陷路面处理方案

针对路面塌陷产生的原因，通过综合分析塌陷区域的分布位置和规模范围，从安全、经济、施工难易程度出发，本着“彻底治理、安全稳定进行综合治理”的理念，确保该段道路的安全畅通。塌陷主要

运城市高铁商务区站前路、学苑路路面塌陷成因分析及处理方案

4）按照设计要求安装立缘石，保证立缘石后戗砼的深度和厚度，在保证路缘石稳固的同时起到阻水的作用。

5）塌陷处理过程中，只要遇有空洞，无论大小必须全部挖开并挖至坚实土层后才能进行下一步工作。

6）现处于雨季，降雨量较大，在处理塌陷的同时要了解天气情况，要随挖随处理，避免大面积开挖进行处理。未处理完毕的区域遇降雨时要做好覆盖和雨水疏导工作，防止雨水进入对路基造成二次破坏。7）检查井、雨水口周边的回填是薄弱环节，对其回填过程要严格监控。

6.2安全方面

1）处理塌陷路面的现场作业人员必须正确佩戴安全帽，穿反光背心，不得随意穿越道路和在施工现场打闹，防止发生交通事故。2）在施工区域前后两侧以外30m处设置警示牌，施工区域设置安全围挡，夜间在施工区域安装警示灯。

3）现处于雨季，在雨前、雨中、雨后都要进行巡查，对存在安全隐患的井、坑、出现问题的路面周边要做好防护，并设置警示牌或其他警示标志。

4）雨期要经常检查现场电器设备的接地、接零保护装置是否灵敏，防止施工过程中发生触电事故；遇雷暴天气，施工人员立即停止作业并撤离到安全区域，防止雷击事件发生。

5）施工人员下井检查时，提前将井盖打开通风，采取相应措施排除井内有害气体，防止中毒事件发生。

7.结语

站前路、学苑路路面塌陷主要是由路基在水的作用下，土体结构迅速被破坏，产生显著附加变形和下沉而造成。

塌陷地的治理方法探讨与分析篇3

关键词：塌陷地；采煤；污水处理；开源节流

中图分类号： F416.21 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）19-59-2

1 概述

煤炭是人类世界使用的主要能源之一，被人们誉为黑色的金子，是工业发展的食粮。目前由于煤炭的开采，出现了以下几个问题：首先，使土地原有的面貌和生态环境遭到了严重破坏，多个地方出现地面沉降，严重地区，积水达到5-8m；其次，使耕地迅速减少，矿区群众的生产生活受到了严重的威胁；最后，塌陷地的形成，致使多处村庄及单位搬迁，使人们失去了赖以生存的土地，引发了多种社会矛盾。因此，为保证经济的可持续发展，塌陷地的治理问题已迫在眉睫。

2 塌陷地的主要治理措施

不同塌陷程度的土地采取不同的工程措施进行治理。

轻度塌陷区以及部分中度塌陷区的土地，塌陷程度较小，对农业生产影响较小，通过土地平整措施、表土剥离、堆放与回覆以及相应的配套措施进行治理。

中度塌陷区的土地，塌陷程度较重，对农业生产影响较大，通过矸石充填、表土剥离、堆放与回覆以及相应的配套措施进行治理。

重度塌陷区的土地，塌陷程度较重，有季节性积水和永久性积水的情况，通过挖深垫浅的方式进行治理。

2.1 土壤结构重构措施

2.1.1 土地平整措施

对于轻度塌陷区，塌陷程度较小，对农业生产影响较小，主要采用土地平整的措施。土地平整的目的是通过推高填低、平整土地，使农田达到满足灌溉和耕作的基本要求。通过土地平整措施，改善农田灌溉的条件，达到提高土地利用质量，建设高产、稳产农田的基本目的。土地平整应根据矿区地形特点、土地利用规划、农田耕作、灌溉以及防治水土流失等要求，进行土地平整工程设计。根据实际地形，将多个田块划分为一个平整单元进行平整，在每一平整单元内，依照项目区实测高程点，用散点法计算土方量。没有实测高程点的采用典型田块法计算土方量。利用推土机将塌陷产生的土丘或土坑直接进行平整。

2.1.2 表土剥离、堆放与回覆

表土是指耕作层土壤和表层土壤，是经过多年耕作和植物作用而形成的熟化土壤，是下层生土所不能替代的，对于植物的生长有着至关重要的作用。因此在进行土地结构重创时。首先要把表层的熟化土壤尽可能地剥离后在合适的地方贮存并加以养护和妥善管理以保持其肥力，保护和利用好表层的熟化土壤（主要为0～50cm的土层）；待土地整理结束后，再将表土平铺于整理后的土地表面，使其得到充分、有效、科学的利用。

表土的剥离是否适宜关系到将来塌陷地治理的成功率与成本高低，也是塌陷地治理工程中非常重要的环节，因此必须要做好表土的剥离工作。治理工程中对于轻度塌陷区域，先将表土剥离再进行土地平整工程，剥离耕作层厚度不应小于20cm；对于中度塌陷区（1.5-3m），进行矸石充填工程之前，剥离土层厚度不小于80cm，并对不同层土壤分别堆放存储；对于积水区，积水前进行表土剥离。

表土堆放高度以3-4m为宜，土堆坡降为1：1，四周采用编织袋挡土墙进行围挡并设置标志牌，雨季、大风季节用土工布遮挡，因为雨水淋溶后有机质含量下降。四周设置临时排水沟，底宽0.3m，深度0.3m，边坡1：1，纵坡为自然坡，导入周围排水沟或沟道。表土临时堆置场地应地势平坦，不易受洪水冲刷，并具有一定的稳定性。雨季采集土壤会损失土壤的肥力，土壤压紧后会失掉它本身的肥效，所以土壤的采集和堆放最好是在其解冻和自然湿润的条件下进行，并禁止在堆土区域反复碾压。

2.1.3 矸石充填法整地措施

对于在煤炭开采过程中产生大量矸石，并堆放了临时矸石场的矿山，治理中度塌陷区时，表土剥离后可采用煤矸石作为充填材料。

利用煤矸石的酸碱性及其丰富的微量元素和营养成分，和生土一起作为充填材料，并适当掺入一些有机肥，有效改良土壤结构，增加土壤的疏松度，提高土壤的含水量，避免土壤中各种细菌滋生，丰富土壤腐殖质，促进植被生长。尤其在砂质土壤中，煤矸石不仅可以防风固沙，还对沙地土壤有明显改良作用。

2.1.4 挖深垫浅措施

挖深垫浅主要是针对重度塌陷区，利用挖掘机将塌陷严重的区域再挖深形成水塘或者鱼塘，取出的土方作为中度塌陷区的充填材料，达到水产养殖和农业耕植并举的一种治理方式。根据治理设备的不同，可以细分为：泥浆泵治理技术、托式产运治理技术、挖掘机治理技术等。

最常用的设备是托式铲运机，托式铲运机是一个无动力的拖斗，在前部用推土机作为牵引设备进行铲装运土作业。铲运机由一个带有活动地板的铲斗、4个轮胎和液压（驱动）系统组成。其中铲斗的锋利箕形铲刀，用于剥离土壤。工作时前推后拉，用于推土、挖土和运土，具备铲、运、填、平等多种功能，能将土方从“挖深区”推或拉至“垫浅区”，对“垫浅区”进行回填。

托式铲运机在治理土地时，首先将“挖深区”和“垫浅区”的熟土层剥离堆存；其次将根据机械的多少和地矿的大小将“挖深区”分成若干块段，多台机械同时进行挖掘及回填工作；然后在回填到一定标高后，再将熟土回填到治理区表层，使“垫浅区”达到设计标高；最后推平后，施农用耕作细肥用推耙机进行松土整理，建立治理区田间水利灌溉系统，培肥后即可种植。

2.2 农田水利工程和道路工程

2.2.1 灌溉工程措施

根据塌陷地地下水资源情况，主要通过修建机井抽取浅层地下水进行田间灌溉。新修机井的同时埋设机井输水管道引水至田间进行灌溉，并为新修机井配制机井房；根据塌陷地电力设施情况，建设配电室为新打机井水泵提供动力，架设高低压线，并根据机井数量配备变压器。

2.2.2 排水工程措施

塌陷地内耕地多以水浇地为主，为满足田间灌排水需要，对塌陷地块平整后在原有基础上沿规划道路重新规划设计斗沟、农沟两级排水沟，田间排水沟与周围地块排水沟相连，与区域主干沟相通，将田间水汇集一并排出治理区。排水沟采用挖掘机粗开挖、人工修整措施修建。对于部分积水严重积水又无法通过周边沟渠进行自然排水区域，配置移动泵站以及PVC管道进行强排水，将积水抽调至周边较大沟渠进行自然排水或者直接强排至承泄区。

2.2.3 输电线路工程

建设配电室为新打机井水泵提供动力，架设高低压线，并根据机井数量配备变压器。

2.2.4 道路工程措施

煤矿地下采煤对土地有不同程度的影响，对道路也由不同程度的损坏。塌陷区内田间道多为硬化路面，生产路多为土路，对轻度塌陷的道路进行维修，中度以及重度塌陷道路根据周边农民的出行习惯，在原有基础上重新规划设计田间道路和生产路与周边生产道路相连。

道路设计应少占耕地，因地制宜的将田间道路根据现状条件规划为田间道和生产路两级道路系统。田间路主要为货物运输、作业机械向田间转移及为机械加油、加水、加种等服务。生产路与田间道垂直布置，一般沿沟的走向或垂直于田块方向。

2.3 植被重建工程措施

土壤结构重构及水路道路工程完成后，为了保持水土，防风固沙，降低大风对农业生产的影响，改善区域生态系统，应在田间道路两侧布置农田防护林工程。道路两侧防护林为单行栽植，均栽植乔木，穴状植苗栽植，选择两年生苗木。

树种的选择，根据当地的气候与土壤条件，选用适应当地生长、抗污染、耐烟尘、耐瘠薄的乡土树种，优先考虑当地自然生长的树种，栽种时间选择在春季。

3 结论

综上所述，根据塌陷地不同的塌陷程度，因地制宜地对塌陷地采取相应措施进行治理，有效地保护了耕地，并合理地利用的土地资源，修复了矿区的矿山地质环境，为人们生活创造了更好的环境，功在当代，利在千秋。

参考文献

[1] 樊金栓.煤矸石对环境的危害与开发利用研究[J].2008.

[2] 朱伟.推进采煤塌陷地复垦，保护矿区生态环境[J].煤，2008.

富湾岩溶地面塌陷成因分析与防治篇4

关键词：岩溶地面塌陷,成因分析,防治

2005年4月25日, 广东省佛山市高明区富湾江湾社区李家村发生地面塌陷地质灾害, 至5月8日发展为4个塌坑的地面塌陷群, 严重威胁李家村7户26人的生命财产安全。随后当地政府和相关部门立刻组织地质灾害专家和技术人员对其进行勘查和治理, 抑制了灾情的继续发展。至2009年初, 该处再没有岩溶地面塌陷地质灾害发生, 说明采取的防治措施取得了预期的效果。本文以此为例, 对其地质环境条件、灾害特征、成因分析和防治措施4个方面展开论述, 希望能为岩溶地面塌陷地质灾害防治工作者提供帮助。

1 地质环境条件

(1) 气象水文。高明区地处北回归线以南, 属南亚热带季风型气候。日照充足, 热量丰富, 长夏无冬, 雨量充沛, 干湿季节明显。年均降水量1400~1900mm, 最大月降雨量662.0mm, 最大日降雨量279.8mm, 最大1小时降雨量102.6mm。

(2) 地形地貌。地貌类型主要为冲积平原, 海拔高度一般为6.2~23.8m;冲积平原主要为鱼塘和稻田, 北侧水体较发育。南部冲积平原稻田和部分鱼塘已填土开发为工业区, 地形起伏不大, 海拔高度一般为2~5m, 人类活动不强烈。

(3) 地层岩性。灾害发生区为第四系所覆盖, 下伏基岩为三叠系上统~下侏罗统 (T3~J1) , 其特征为:

(1) 石炭系石磴子组 (Csd) :岩性为灰色中厚层—厚层状灰岩、泥质灰岩、生物碎屑灰岩, 夹炭质钙质泥岩, 是易发生岩溶的岩性段, 分布于李家村外围区域, 厚约48~244m。

(2) 上三叠统—下侏罗统 (T3~J1) :岩性为砾状灰岩、砂砾岩、岩屑砂岩、细砂岩、泥岩、页岩等, 夹煤线、煤层。区域上, 岩性变化较大, 区内李家村隐伏基岩为砾状灰岩。

(3) 第四系 (Q) :第四纪松散沉积物分布广泛, 上部为海陆交互相冲淤积之流塑状淤泥、软塑~可塑粉质粘土及松散~稍密的粉细砂, 中部为第四系河流相沉积之砾石、砾砂和中粗砂、细砂, 底部为第四系坡残积层, 覆盖厚度几米~几十米。

(4) 地质构造。区域地质构造发育, 有许多大断裂从附近穿过, 同时在区内钻探中于发现岩石破碎带, 并有褐铁矿化, 推测有北西向断裂从区内通过。

(5) 水文地质条件。地下水按其赋存介质的不同可划分为松散土层孔隙水 (砂、砾层, 碎石土层中孔隙水) 、碳酸盐岩类裂隙溶洞水 (岩溶水) 及基岩裂隙水三大类型。地质灾害区处于沧江河流域河谷中, 周边水系发育, 西江从东侧流经, 沧江河支流西安河从区中间穿过 (图1) , 区内地形平坦, 地势较低, 地面标高4.0~6.0 m之间, 与东、西、北侧丘陵地形高差50~200m, 汇水条件好, 砾状灰岩岩溶发育, 河谷中河流相松散砂层厚度大、分布广, 有利于地下水的储存和汇集。据区域水文地质资料和现场水文地质钻探, 该区地下水丰富。

2 岩溶地面塌陷发育特征

(1) 岩溶地面塌陷发育特征

2005年4月, 该区降雨量200~230mm, 比常年略偏多。2005年4月25日勘查区内李家村发生地面塌陷地质灾害, 至5月8日发展为5个塌坑的地面塌陷群, 至10月西安河水底又发现有3处塌坑, 11月14日关家31号、3 2号、3 3号、4 7号和8 2号住房之间地面出现裂缝, 裂缝长度2~5 m, 宽度5~15 mm, 严重威胁村民的生命财产安全。岩溶地面塌陷灾害情况详见表1及图1。

(2) 土洞发育特征。据钻孔资料及物探资料分析, 勘查区内已发现的土洞有18处, 土洞顶板埋深2 6.2~4 5.8 m, 洞高0.5 0~9.53m。其中有13个土洞充填或半充填流塑~软塑粘性土, 含砂、砾石、碎石;5个土洞无充填物。土洞规模大小不一, 推测以椭圆状或扁椭球体为主。部分土洞与土洞之间连通性较好, 连结成大土洞。

(3) 溶洞发育特征。据钻孔资料, 在钻孔揭露深度范围内, 77个钻孔中有74个揭露到灰岩, 其中23个钻孔见溶洞, 见溶率为31.08%。溶洞埋深27.80~43.90m, 洞高0.30~10.80m, 洞顶板砾状灰岩厚度0.20~6.20m, 洞顶板覆盖土层厚度26.20~37.5 0 m。

溶洞多呈充填或半充填状态, 仅5个溶洞无充填物, 充填溶洞占溶洞总数的6 3.33%, 半充填溶洞占20%。充填物为流塑~软塑粘性土的溶洞占46.67%, 充填物为砂、砾石的占36.67%, 少量溶洞无充填。其中充填及半充填溶洞分布于砾状灰岩的上部, 埋藏浅, 与古河道连通性好。无充填的溶洞分布部位稍深, 规模小, 连通性较差。

3 成因分析

(1) 形成原因。富湾岩溶地面塌陷的发生与可溶性基岩、透水性较好的上覆土层和丰富的地下水有密切的关系, 其成因主要有以下几点:

(1) 可溶性基岩。基岩为上三叠统下侏罗统 (T3~J1) 砾状灰岩, 厚层状, 砾石成分为灰岩, 钙质胶结, 滴酸强烈起泡, 属纯度较高的碳酸盐岩。受北东向、北西向断裂构造的挤压作用, 基岩裂隙发育, 为地下水流动提供了通道, 使岩层中形成了大大小小的溶洞。在砾状灰岩顶面形成了岩溶谷地和岩溶漏斗, 使第四系的沉积基底高低不平。

(2) 渗透性较好的残坡积土。残坡积土层的土类和厚度是土洞发育的重要因素。区内存在两种类型的残坡积土层:一种是由砂页岩风化而成的残坡积砂土、粘性土, 其下伏基岩为全风化、强风化或中风化砂页岩, 砂页岩之下才是砾状灰岩, 钻孔中未发现有土洞。另一种是由砾状灰岩风化而成的残坡积粘性土, 含灰岩碎石, 这类残坡积土具有一定的粘结力, 也具有一定的透水性。残坡积层是孕育土洞的主要地质体, 其成分和结构、厚度决定了土洞的发育程度。

(3) 丰富的地下水。受北东向、北西向断裂构造的挤压作用, 基岩裂隙、土洞和溶洞发育, 碳酸盐岩类裂隙溶洞水 (岩溶水) 及基岩裂隙水丰富。区内地面平坦, 水位埋深浅 (1.05~3.08m) , 周围水系发育, 并与地下水具有良好的连通性。同时该区第四纪早期曾一度是古河道, 沉积了第四系底部的粉细砂、中粗砂和砾砂, 属中~强透水层, 对残坡积土层和基岩产生强渗流作用。

(2) 形成机制。区内砾状灰岩中溶洞发育, 粉细砂、中粗砂、砾砂和残坡积层分布于砾状灰岩的顶部。在漫长的地质历程中, 第四纪从河流相冲积演变到海陆交互相冲淤积, 随着季节的变化和海进海退的演变, 地下水位也随之升降变化, 地下水侵蚀基准面升降循环复往。当地下水位上升时, 干燥的残坡积土体逐渐被软化成软弱层;当地下水位持续下降时, 土体失去水的浮托力的同时, 水力坡度也急剧增大, 使孔隙水对土体的潜蚀作用加强, 在孔隙间真空负压及地下水的潜蚀作用下, 土体不断流失, 被搬运到下伏砾状灰岩溶洞中或随水流带走, 于是在砾状灰岩与上覆残坡积土层之间形成土洞。随着地下水位的频繁升降作用, 土洞向上发展扩大。当潜蚀作用穿透残坡积土层顶部时, 第四系冲积砂层就快速塌落, 上覆土层失稳, 便发生地面塌陷。

4 治理措施

根据地岩溶地面塌陷特征, 综合考虑经济、环境和效果等因素, 采用如下3种治理方法:

(1) 清除填堵法:主要用于塌坑较浅或浅埋的土洞。首先清除其中的松散土体, 然后填入块石、碎石, 做成反漏层, 最后在表层填筑粘性土, 并夯实。

(2) 灌注法:通过钻探或物探等查明土洞、溶洞后, 通过钻孔或岩溶洞口进行注浆, 注浆材料主要为水泥、碎石、砂和速凝剂等。灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注, 间歇时间为7~8 h。

(3) 截排水法:对已发生岩溶地面塌陷的点, 应快速填筑粘性土或水泥土;范围较大或重要建筑物附近等, 还应修建必要的排水设施。防止水流汇聚于塌坑, 并下渗, 再次引发或加剧岩溶地面塌陷。

参考文献

[1]黄芝惠, 叶伟何, 李锋.广东省佛山市高明区富湾镇地面塌陷地质灾害勘查报告.广东省佛山地质局.2005.

地面塌陷应急管理篇5

1、预防为主的原则。把积极预防作为处置突发地面塌陷、沉降等事件

事件工作的中心环节和主要任务，运用信息化手段，建立“测、报、防、抗、救、援”紧密衔接的应急体系，及时准确提供预警信息，采取有效防范措施，尽一切可能防止突发地面塌陷事件的发生。对无法防止或已经发生的突发地面塌陷事件，尽可能避免造成恶劣影响和灾难性后果。

2、依法规范的原则。坚持依法行政，逐步推进突发地面

塌陷、沉降等事件应对施工的规范化、制度化和法制化。健全和完善法律、法规和规章制度，规范各部门的应急行动，确保责任单位、责任人按照有关法律、法规和规章及本预案的规定行使权利，并承担相应责任。

3、分级管理的原则。按照“两级政府、三级管理、四级 “分级管理、按级负责”的原则，责任单位和相关部门人员按各自职责，分工负责、责任落实、紧密配合道路养护部门，本着科学态度，尊重客观规律，遵循公众利益损害较小的原则科学决策，迅速有效地开展应急救援和善后处置工作；

4、地面塌陷、沉降等事件界定及趋势分析

可能造成重大地面塌陷并产生重大影响的突发信息，及时进行分析，对地面塌陷事件发生的规模和发展趋势进行分析、研究，准确判断，提出预防或采取相应措施。

在定向钻穿越高速施工过程中，确认地面塌陷、沉降等事件即将或已经发生后，施工应急管理工作机构应立即做出响应，根据职责和规定的权限，启动相应应急预案，成立相应的应急抢险指挥部，组织开展应急抢险工作，采取适当措施控制地面塌陷事态发生，并根据地面塌陷、沉降等事件情况开通应急指挥信息管理系统，建立与事件现场的通信联络，及时向上级应急管理工作机构报告。

1、应急管理工作机构调集应急抢险施工队伍和资源开展应急抢险工作，并报告工作进展和事态发展情况。

2、事故现场造成人员伤亡后，应立即采取措施，进行应急救治，尽最大可能减少伤亡。

3、参加应急抢险的人员要加强个人安全防护，现场指挥部负责组织采取各项安全防护措施，严格控制和执行抢险人员进出现场的管理程序。

4、突发事件发生后，道路管护责任单位应立即在现场采取围挡等措施，并通知公安交警部门采取相应的交通管制，及时疏导车辆，并确保应急抢险车辆顺利通行。

5、根据地面塌陷、沉降等事件状况，采取相应的现场监控措施，设定警示标志，设立专门人员控制有关人员出入现场和隔离控制区域。

6、当事故应急抢险完成，恢复道路完好时，由现场指挥部提出应急抢险结束意见，报上级事故应急管理工作机构批准后，宣布现场应急抢险结束。

7、当地面塌陷、沉降等事件难以控制，出现扩大发展趋势时，由应急管理领导小组向上级应急管理委员会或政府相关部门报告。

8、根据地面塌陷、沉降等事件及时、准确、客观、全面，并根据事件发展和动态，及时公布应急抢险工作情况，以便驾驶员及时更改行车路线。

9、事故应急管理工作机构或现场指挥部确认地面塌陷应急抢险工作已基本结束，事件危害消除后，应按程序及时结束应急抢险工作。

10、事故应急管理工作机构负责指挥、协调有关部门和道路管护责任单位，对事故造成的伤亡人员及时开展救治和事故善后处理工作。

塌陷的“魔水传奇” 篇6

1998年9月18日，广东健力宝天然饮品有限公司变更为广东健力宝饮料有限公司，其性质为中外合资企业，中方企业为健力宝集团有限公司；1998年12月8日，广东健力宝饮料有限公司董事会决议委派于善福出任合资公司的总经理，委派黎庆元、杨仕明出任副总经理；1999年9月1日，于善福任该公司的总经理，黎庆元、杨仕明任副总经理；2001年6月14日，广东健力宝饮料有限公司名称变更为广东健力宝天然饮品有限公司，董事会成员为李经纬、田某某、于善福、杨仕明和文某某。

广东省佛山市三水区人民检察院反贪局在发现杨仕明贪污的犯罪事实并将其抓获归案后，杨仕明主动交代了侦查机关尚未掌握的其伙同李经纬、阮钜源、黎庆元、于善福以购买保险的形式贪污巨额公款的行为及其个人受贿事实。

三水区院反贪局意识到这里面一定大有问题，于是顺藤摸瓜，开展侦查，李经纬和他的四大股肱之臣的保险事件全貌渐渐浮出水面。1999年健力宝公司面临转制，筹备上市，当时不少职工、中层干部、集团公司科室人员都知道饮料公司有一大笔职工福利基金未发给职工，所以有人提出以购买商业保险的方式发钱给全体职工。2000年6月，李经纬、杨仕明、黎庆元、阮钜源及于善福这五位健力宝集团有限公司正副总经理召开的例会上，五人均表示赞成并决定以饮料公司工会的名义用职工福利基金为包括五位老总、集团公司科室人员在内的全体职工购买商业保险，并指定由主管饮料公司工会的集团公司副总裁黎庆元负责做方案。2000年3月，李经纬向黎庆元问及做保险方案的事情，并说取消为全体职工买保险的事。当时黎庆元还向于善福汇报了此事，于善福指示黎庆元按照李经纬的指示办。

2000年6月底的一次会上，李经纬等五位集团老总商定为与会的五人购买保险，李经纬让杨仕明经办此事，在这次会上没有人再提起为全体职工购买保险的事情。会后，杨仕明指使饮料公司财务部经理梁某某，通过在中国工商银行三水市支行某储蓄所预先设立的账号尾数为9999的健力宝工会账户，将饮料公司的职工福利基金共计人民币1141万余元作为投保费划给人保公司，并用人保公司按上述投保费金额开具的五份加盖有“附件”字样、投保人均为“健力宝饮料公司”的非正式保险费发票入账。人保公司收到保费后，即为李经纬购买国寿福瑞和康宁定期两个险种，投保费为331.88万元；为杨仕明、黎庆元、阮钜源、于善福四人购买国寿福馨和康宁定期两个险种，投保费分别为人民币187.56万元、200.91万元、229.185万元、191.85万元，并开具五份正式发票，由杨仕明交给李经纬等人各自保管。当时人保公司按照行规返还了30多万元的保险回扣，杨仕明按照于善福的安排将这笔回扣分给李经纬10万元、于善福8.68万元、黎庆元5.38万元、杨仕明10.18万元。

2001年，健力宝公司面临转制之际，杨仕明利用其主管公司财务的便利，指使陆某某以支取业务费用的名义，从公司结算中心的账上套取现金非法占有。同年11月至12月间，陆某某以“与广州银行工作会议费用”、“与广州有关银行举行迎新年联谊座谈会费用”和“与三水市有关银行举行迎新年联谊座谈会费用”的名义填制现金支出证明单，经杨仕明审批后，由陆某某、蔡某某从结算中心的财务账上支取人民币共19万元。事后，杨仕明分占人民币13万元。

此外，1997年下半年，时任健力宝饮料工厂主管销售和财务副厂长的杨仕明，非法收受原南海市某工程设计有限公司总经理李某某人民币10万元，后杨仕明利用其职务上的便利，使李某某顺利承接健力宝饮料厂旧销售大楼的装修工程并顺利得到工程款的划拨。

佛山市人民检察院在办理健力宝集团有限公司班子成员系列贪污案过程中，通过查询银行，发现杨仕明将一笔人民币985万余元的涉案款项以阮某某等二人的名义隐匿存放在银行。经办案人员多次讯问，杨仕明仍拒不交出该笔款项的银行存单，办案人员后于2003年2月派員前往银行将该笔款项冻结。2004年间，佛山市院落实上级部署，对扣押、冻结的涉案款物进行清理，并派员前往银行了解各案件款项的冻结情况，遂发现上述款项冻结期限届满后，在2004年3、4月间，杨仕明在佛山市院对其取保候审期间指使其在三水某银行支行工作的亲戚李某将该笔款项全部取走，分别转存到以杨某、谢某某、张某某的名义在某银行三水支行、人民支行、文锋支行开的账户中，及以杨仕明父亲的名义购买“国寿鸿泰两全保险”，价值人民币100万元，受益人为杨仕明的女儿，并由李某负责办理。经过侦查人员的努力，追回人民币804万余元，尚有人民币181万余元无法追回，该笔款项据杨仕明交代，一部分用于还债，一部分用于支付律师费，但大部分说不清去向。

因陆某某、蔡某某贪腐案牵扯出杨仕明，此后杨仕明又交代了李经纬等人的保险贪腐案。从2002年开始，李经纬、杨仕明、黎庆元、阮钜源四人就被检察机关控制（于善福在逃），先后被采取刑事拘留、逮捕、取保候审刑事强制措施。佛山市院和三水区院的诸多领导与检察干警们为这个持续了近十年的贪腐窝案付出了无数心血与汗水。2009年6月4日，佛山市院指控李经纬、杨仕明、黎庆元、阮钜源犯贪污罪，杨仕明犯受贿罪，向佛山市中级人民法院提起公诉，上述四人除李经纬因身患重病需要救治外均被逮捕。

2009年11月23日，佛山市中级人民法院作出判决，杨仕明犯贪污罪和受贿罪，决定执行有期徒刑18年；黎庆元犯贪污罪，判处有期徒刑14年；阮钜源犯贪污罪，判处有期徒刑14年。上述三人均提出上诉，广东省高级人民法院于2010年3月20日作出驳回上诉、维持原判的终审裁定。

在上述三人被采取法律强制措施和出庭受审时，李经纬均缺席。该案从2002年案发一直因李经纬患有重病而中止审理。其实从2000年开始，李经纬就因脑中风而坐上轮椅，一直辗转于南方医科大学珠江医院、北京普华医院救治。2009年11月23日是杨仕明等三人接受审判的日子，佛山市中级人民法院三名法官前往南方医科大学珠江医院了解李经纬病情及能否参加开庭的情况。从主治医生那儿了解到，李经纬除之前所患重病外，于2009年11月13日突然因消化道大出血住院需要进一步治疗。2011年11月5日，佛山市中级人民法院对年逾古稀的李经纬作出判决，其因犯贪污罪而被判处有期徒刑15年。

至此，李经纬和他的股肱四臣彻底离开了他们曾开创和缔造的“魔水传奇”，远离了他们曾经付诸青春、热血、雄心、豪情的健力宝帝国，而以这样令人唏嘘的方式谢幕。这样惨痛的教训不能不让世人反省与警醒。

淮南潘集矿区塌陷水域富营养化分析篇7

我国是一个煤炭型大国, 对煤炭资源的依赖较大。淮南矿区作为安徽省最大的煤矿地区, 它的煤炭开采在全国煤炭开采中占有非常重要的地位。淮南矿区在长期大规模的开采方式下, 使得矿区生态环境发生了一系列的变化, 其中最为重要的就是土地塌陷。煤炭的开采势必会导致地表土壤下陷从而形成大小不一的小盆地。这些小盆地在大量雨水汇入的情况下, 渐渐形成了积水区域。由于煤炭的开采是长年不断的, 积水区域的面积随着地表塌陷程度的加剧渐渐扩大, 甚至会淹没周边的农田耕地, 成为矿区的一种特殊水体即采煤塌陷水体。采煤塌陷水体是矿区特有的一种水体, 它所处的环境比较特殊, 矿区的能源开发以及矿区居民的日常生活都会导致此种水体的污染, 例如矿区运作形成的废水、选煤厂产生的污水以及矿内职工和矿区附近居民的生活污水, 甚至矿区周围农田农药的排入都会造成采煤塌陷水体的各种污染。这些污染的其中一个表现就是水体富营养化。

这种污染不仅会对矿区的生态环境、矿区经济发展产生很大的影响, 而且也会严重影响生活在矿区周围的居民的日常生活, 因此对矿区塌陷水域进行水质分析有着很大的必要性[1]。对此种水体的分析国内外有过很多报道, 本文将以淮南矿区塌陷水域中的一部分-潘集杨庄塌陷水域作为研究区域, 进行水体富营养化的分析研究。

2 潘集区塌陷概况

潘集区位于淮南市北部, 南濒淮河, 北临茨淮新河。潘集区总共拥有5个现代化矿井。这5个矿井分别为潘一矿、潘二矿、潘三矿、潘北和朱集。这5座矿井现已投入生产的有潘一矿、潘二矿、潘三矿和潘北矿4座。这些矿区地处淮河冲击平原, 地形平坦。邻近矿区的最主要的河流是淮河, 并且矿区塌陷水域大多与淮河的支流泥河相连。煤炭的开采是在地下, 从而矿区长年不断的煤炭开采会破坏开采地面。最主要的地面破坏表现为表层土壤沉陷, 形成大小不一的塌陷区域。这些塌陷区域在雨水的排入下渐渐形成积水区, 淮南矿区有6大塌陷区。目前潘集矿区的塌陷水域总面积已经超过1078.8万m2, 水体的塌陷深度最深可达9~10m[2]。从塌陷面积来看, 潘集塌陷水域已经成为潘集地表水体的主要部分。塌陷范围主要分布在矿区附近。塌陷水体目前主要用于渔业以及家禽养殖。本文研究的区域-潘集杨庄塌陷水域位于潘一矿附近, 水体多为慢速流动或静态。少数的水体与淮河的支流泥河相连接。水域的周围多为农村住宅区和农田, 农田中多种植水稻、小麦和黄豆。

3 实验部分

3.1 水样的采集

本次实验的所有样品都于2011年4月采集完成。本次采样设计如下:采样点必须基本上覆盖了整个水域, 从而研究出的结果才具有真实可靠性。采样点的数量要适中, 根据采样区面积进行布设, 此次采样共布设16个采样点。采样时应保证采样点与水面的距离在0.5~0.6m范围内, 利用专业的水样采集器完成整个采样工作。采集样品时需要两个工作人员配合, 边采样边利用GPS记录好采样点的方位和周边的环境状况从而可以对水质进行污染来源的分析。本文的制图主要利用ArcGIS软件绘制完成。表1和图1分别为坐标记录和采样点布设图。

3.2 水样检测方法选择

水体富营养化主要是指大量氮磷以及钾等元素排到流速较慢的水体中, 在本文指的是塌陷水体, 导致藻类等植物大量生长繁殖, 破坏水体生态平衡的过程。本次实验主要研究潘集杨庄塌陷水体的富营养化, 所以根据研究内容, 选择了总氮和总磷两个水体富营养化指标物作为水样检测的指标。总氮和总磷一般属于水体常规检测项目。参照GB11893-89, 本文总氮选择的检测方法是紫外分光光度法, 它的最低检测限是0.05mg/L。总磷选择的检测方法是钼锑抗分光光度法, 它的检测限度0.01mg/L。

4 实验结果分析

4.1 分析方法选择

水体质量分析的方法有很多种, 通常会使用简单方便的单因子分析方法。但是单因子分析方法不够具体, 不够全面, 它只能从单个点平均值、最大值及最小值来分析, 从而反映整个水体的水体质量。本文主要针对水体富营养化进行分析, 所以仅仅使用单因子分析方法并不能充分全面的反映水体状况。基于这种情况本文将利用ARCGIS9.2软件将计算后的各指标特征值按照符合条件的插值方法进行空间插值, 从整体上直观明了的反映潘集杨庄塌陷水域整体富营养化状况。表2为水样特征值统计表。

4.2 结果分析

利用ARCGIS9.2软件, 将3种指标的实验室数据在符合条件的差值方法下进行空间插值, 我们得到了图2[4]、图3[4]。

通过图2、图3可以发现:塌陷水域的入口处总磷和总氮的浓度分布最高, 总磷的最高浓度为0.281mg/L, 依据《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) 超过国家三级标准, 入口处总氮的最高浓度为8.221mg/L, 对照标准, 超国家五类标准。但随着水流的方向, 总磷和总氮的含量越来越少。并且在塌陷水域下游处达到总氮的含量达到最小值1.379mg/L, 小于国家五类标准。杨庄塌陷水域的入口处是与泥河相连的, 泥河是淮河的主要支流之一, 由此可见泥河中的总磷和总氮是潘集杨庄塌陷水域中总磷和总氮的主要输入源。在塌陷水域的东北角, 总磷的浓度较高, 并向水域中心处降低, 与东北角的农业用地有关[4]。

通过上述对总氮和总磷的污染分析可以发现:塌陷水域中总氮的来源与泥河有关, 主要是因为泥河的中生活污水和工业生产废水的输入。塌陷水域中总磷的来源分为两部分, 一方面来自泥河中的生活污水和工业废水, 而另一方面则可能由于农业农药污水的输入。在水体自净能力的作用下, 污染物的浓度都伴随着水流方向有逐渐降低的变化规律。从整体分布上来说 (平均值) , 塌陷水域的总磷 (平均值) 达国家三类水标准, 总氮 (平均值) 超国家五类水标准, 从而说明该塌陷水域的水体富营养化主要受总氮的影响。总氮对水体富营养化的贡献最大。基于这种情况, 应该减少工业废水和生活污水的排入, 加强监督管理。

参考文献

[1]王振红, 桂和荣, 罗专溪.淮南矿区采煤塌陷积水区水生态环境研究[J].资源调查与环境, 2004, 25 (4) :270～274.

[2]童柳化.潘集矿区塌陷水域水质评价及其综合利用[J].中国环境监测, 2009, 25 (4) :76～80.

[3]张辉, 严家平, 徐良骥, 等.淮南矿区塌陷水域水质理化特征分析[J].煤炭工程, 2008 (3) :73～76.

塌陷分析篇8

盾构法目前在国内已经日趋成熟。随着技术进步、认识提高、综合国力的增强, 特别是采用盾构施工的明显优势, 盾构法越来越多的被国内地铁界所接受, 与TBM一样, 都是国际上比较流行的、最先进的、一次成型设备, 其在国内已开始大面积使用。虽然盾构在国内已逐渐热起来, 有许多成功的工程实例, 但是使用这种方法也有较明显的风险性。如盾构在隧道内只能前进, 不可后退, 一旦盾构本身出现致命的故障, 可能就会产生灾难性的后果。盾构在需要洞口进行加固处理的地层中始发, 其出问题的几率很高, 能否成功、安全、顺利进入隧道内正式推进, 始发是关键。所以, 盾构在始发阶段的施工难度很大。本文以成都地铁某盾构区间始发导致地面塌陷为例, 介绍了类似盾构始发塌陷原因和下一步始发掘进应注意事项, 为后续安全施工提供依据。

1 区间隧道主要穿越地质情况

隧道主要穿越 (3) -7卵石土层, 部分地段穿越 (4) -4卵石土层, 卵石含量高达55%~80%, 卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩, 单轴抗压强度65.5 MPa~184 MPa, 最大值为206 MPa。卵石粒径以30 mm~70 mm为主, 局部80 mm~120 mm, 地层中粒径大于200 mm的漂石含量占0%~22.3% (重量比) , 全线已发现最大漂石粒径达670 mm, 大粒径卵石含量较高且局部富集成群。

地下孔隙水主要赋存于砂卵石土层中, 含水层总厚度18.2 m~23.8 m, 为强透水层, 渗透系数12.53 m/d~27.4 m/d, 枯水期地下水位埋深3 m~5 m, 丰水期2 m~4 m。

成都地区砂卵石地层的土体特性为:卵石的粒径大、单轴抗压强度大、离散性强, 形状多为亚圆形或圆形, 卵石之间的空隙多填充有中砂、细砂或者少量粘土, 是一种软中带硬, 硬中带软的“中间土层”, 该地区地下水位高, 水源补给量大, 而砂卵石土体的空隙大、渗水性强, 导致砂卵石土层的含水量高, 多为饱和土体, 且土体的水压力大, 在盾构开挖过程中易产生涌水、涌砂等事故, 导致开挖面失稳, 上部土层坍塌, 产生地层空洞。

2 成都地铁某盾构始发掘进引起地面塌陷情况

成都地铁某盾构端头设置两口降水井, 一口位于左线始发洞门北侧2 m, 离开掌子面向东4.2 m, 一口位于右线隧道南侧4.5 m, 离开掌子面向西13 m。一直处于抽排状态, 水位为隧道底板下1 m, 始发端头加固采用大管棚加固, 共19根, 每根长10 m, 共注入水泥浆液20 t。

某天早上6:30~7:00, 该端头盾构机始发掘进至第四环, 发生路面沉降塌陷, 坑洞约为3 m×3 m×3 m。导致一根DN600污水管道破裂, 一根DN800雨水管道破裂及多根通讯管线断裂, 路面交通阻断, 通讯中断, 未造成人员伤亡, 事故现场见图1, 图2。

在处理过程中, 塌陷进一步扩大, 二次回填施工管线管涵见图3, 最后回填方量为120 m3。第二天中午两点, 回填结束, 第三天凌晨六点, 围挡回撤, 恢复道路交通 (见图4) 。

3 原因分析

砂卵石地层在一定条件下在较长时间内有一定的自稳能力, 沉降具有很强的滞后性, 滞后沉降引起地板塌陷的潜伏时间从几天到几个月不等, 甚至更长时间, 成都砂卵石地层中土体发生滞后沉降过程可划分为:盾构掘进造成土体损失;砂卵石地层形成半球形穹顶自稳;由于受到地下水、地表动载等因素影响, 形成自稳的砂卵石地层穹顶表层逐渐剥落向地表发展;最终地面贯穿, 形成塌陷 (见图5) 。

3.1 对地层的土体特性认识不足

在始发前未能真正认识到成都地层的特性, 没有真正掌握成都地区高富水、高卵石含量、自稳性差, 且地层单一, 但多变等特点。

3.2 施工工艺原因

在始发掘进过程中未能建立完全的土压平衡掘进模式, 由于设备故障等原因未能实现连续掘进, 造成地层的多次扰动。

3.3 盾构掘进造成土体损失

盾构在砂卵石地层中掘进, 造成土体损失的情况主要有:

1) 出渣量未得到有效控制, 发生超挖。

2) 推进参数匹配不合理, 如推进速度、正面土压力、注浆压力和盾构总推力等参数的设定不合理。

3) 盾构始发端头处于基坑开挖降水范围, 由于降水造成的土体损失及盾构始发施工的不连续性, 导致较强的土体扰动。

3.4 盾构设备原因

盾构开挖过程中开挖面的水土平衡是一个动态平衡过程, 由于盾构设备自身以及操作的反应的滞后性等因素, 导致水土压力平衡的控制具有一定的滞后性, 实际开挖过程中掌子面的水土压力与土仓水土压力的平衡很难同步。

3.5 围岩的加固不及时

1) 该处注浆量为20 m3, 实际回填120 m3, 洞内跟踪注浆及二次注浆量不够, 围岩内部存在大量的空洞。

2) 未对端头等重要地段进行地面超前探测, 对可能存在的地层松散或空洞未进行探测。

盾构始发端头的雨、污水管长期渗漏及端头降水井的长期抽排, 引起端头的水土流失, 改变了砂卵石的土体结构, 使其自稳性变差, 在盾构机掘进时, 因掘进而对土体的扰动使土体松动, 部分下塌, 而项目部未采取超前补加固措施。

3.6 认识不足、经验欠缺

施工项目部对成都地区砂卵石地层的工程地质特性认识不足 (见图6) , 没有认识到端头降水井对地层结构的破坏作用, 对可能遇见的掘进困难估计不够, 盾构机操作手和项目部个别管理人员经验不足, 加之采用的新盾构机设备正处于磨合阶段, 在塌陷地段始发时曾两次停机重启, 造成了一定的地层扰动, 加剧了渗漏处空洞、疏松土体结构的破坏, 进而形成地面坍塌。

4 下步掘进应注意事项

4.1 充分认识砂卵石特性及改进措施

富水砂卵石地层稳定性差, 地层敏感, 成拱效应差, 就像空隙充满砂粒的晶状体结构, 如地下水位变化或降排水抽走砂粒等, 都会改变其状态, 造成其卵石重组, 形成大小不一的空洞, 随着时间的推移, 空洞向地面方向发展并整合而逐渐形成较大的空洞, 可采取如下措施:

1) 采用物探探明前方地层是否松散或存在空洞;

2) 进行打围钻孔, 进一步探测或确认地层是否松散或空洞;

3) 对管线进行调查, 对存在大量管线或有雨污水管地方进行探测;

4) 渣土改良采用泡沫、膨润土、水的综合渣土改良方式;

5) 采用大管棚方式并进行注浆加固, 地表采取袖阀管注浆加固方式降低始发的沉降风险。

4.2 加强掘进参数控制, 落实施工技术措施

1) 对始发端头提前采取处理措施。

盾构掘进过程中, 如果同步注浆不及时, 或者注浆量少于实际需要填充的建筑空隙, 也有可能引起地面沉降, 因此需要进行同步注浆和跟踪注浆。

2) 盾构推进过程中采用满仓掘进模式。

3) 盾构每环出渣量采用估方量与称重双控制度, 并采取相应的处理措施。

4) 及时排除盾构故障隐患, 并确保充足的备件资源。

4.3 控制出土量

超挖对原始地层应力重分布造成更大的影响, 掌子面前方及上方围岩局部坍落, 围岩松弛范围扩大, 大面积的松动, 因此应对盾构掘进过程中的出土量进行控制, 且实施出土方量及出土重量双重控制。

1) 出土量的估算。

掘进每环的实际出土方量为:

其中, R为盾构机半径;L为掘进长度。

2) 龙门吊称重。

盾构出土量理论重量标准:

其中, ρ为密度;V为理论体积;g为每环平均注入的水和添加剂的混合液重量;Gc为设计称重;G为理论重量。

4.4 加强分层沉降监测

加大分层沉降监测频率, 对于地中及地表沉降达到预警值时, 马上采取相关加固措施, 并加大巡视力度, 对于异常部位及时采取补救措施。为避免事故的发生, 采用地中位移测试方法进行深层位移监测 (见图7) 。

其中, i为一孔中测读的点数, 即土层中磁环编号;Hi为第i测点距管口的实际深度, mm;Ji为第i测点在进程测读时距管口的深度;hi为第i测点在回程测读时距管口的深度, mm;HD为地表沉降值;HiΔ为某磁环位置地表沉降总位移。

4.5 后续处理

后50 m, 经过专家论证, 管理单位严格进行开工前的准备验收, 监理严格进行过程把控、监督, 业主加强监管, 在后续50 m掘进过程中, 出土未超方、洞内同步注浆及二次注浆紧跟, 地面进行了注浆加固, 掘进参数按照调整后参数进行控制, 在整个掘进过程中地面沉降得到了有效控制, 累计沉降不超过4 mm, 均在控制范围内。

5 结语

本文分析了成都地铁某盾构始发掘进后引起地面塌陷情况, 提出了盾构始发掘进应注意事项, 总结经验如下:

1) 快速均衡的掘进方法。

2) 渣土改良采用泡沫、膨润土、水的综合渣土改良方式。

3) 盾构推进过程中采用满仓掘进模式, 盾构掘进过程中合理设置盾构参数、建立土压平衡尤为重要, 按照这种砂卵石地层的特点, 盾构掘进过程中建议做到以下24字方针:控制欠压、充分注浆、深层测量、主动防护、保障设备、强化管控。

4) 盾构每环出渣量采用估方量与称重双控制度, 并采取相应的处理措施;及时排除盾构故障隐患, 并确保充足的备件资源。

5) 盾构始发与到达端拱顶采用大管棚方式并进行注浆加固, 地表采取袖阀管注浆加固方式降低始发与到达的沉降风险, 对于风险大的地段采取注浆预加固和二次跟踪注浆方式降低安全风险。

不论在何种地质条件下的盾构施工, 施工单位人员的能力和水平是决定整个项目是否顺利的重要条件。成都砂卵石地层盾构施工还需要不断研究与进步, 不断总结经验。

摘要：介绍了成都地铁某盾构区间始发掘进后引起地面塌陷的情况, 从地质认识、施工工艺、使用设备等方面分析了导致地面塌陷的原因, 并提出了盾构始发掘进应注意的事项, 为同类工程施工积累了经验。

关键词：盾构始发,掘进,地面塌陷,地铁

参考文献

[1]张庆贺.地铁与轻轨[M].北京:人民交通出版社, 2006.

[2]GB 50446-2008, 盾构法隧道施工与验收规范[S].

[3]张志伟.地铁盾构法施工事故预防及处理措施[J].铁道建筑, 2010 (11) :50-53.

[4]冯剑.富水砂卵石地层盾构施工引起空洞的机理及对策研究[D].成都:西南交通大学硕士论文, 2010.

[5]白永学.砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理[J].土木建筑与环境工程, 2013 (35) :12-19.

塌陷分析篇9

据不完全统计,截至201 1年12月,中国已有50余个城市出现地面沉降[3]。中国长江、黄河和珠江三角洲、松辽平原和环渤海地区及东南沿海平原的大多数城市,地面沉降正继续在大面积发生和发展之中,地面沉降范围和危害也在不断增加。因此,有必要对国内外地面沉降和地面塌陷的研究现状进行分析。本文拟对地面沉降、地面塌陷、地裂缝相关研究的总体研究形势、研究力量分布、研究方向和研究主题等进行简要分析,以期为我国在该领域的研究和决策提供有益参考。

1 数据来源与分析工具

在SCIE文献数据库中以land subsidence or ground*subsidence or surface subsidence or earth*subsidence or ground settlement*or ground collaps*or land collaps*or surface collaps*or ground fissure为主题词进行检索,并结合学科分类排除非相关文献,共获得6928篇记录。分析工具为美国Thomson公司开发的Thomson Data Analyzer(TDA)分析软件。

2 分析结果

2.1 研究论文总量分布

图1是全球地面沉降、地面塌陷研究的论文总量分布情况,从图1中可以看出,该领域研究始于上世纪初,最早的一篇文献为Molengraaff GAF所著的《The subsidence of the soil of the Netherlands》[4]一文,此后至1990年期间,每年的文献数量都波动在20件以下,年平均文献数量为4件。1990年以后,文献数量开始出现激增,近三年,论文数量已超过500篇,这说明地面沉降问题已经引起世界的广泛关注。

2.2 主要研究国家或地区

在全球地面沉降研究领域中,按第一作者所属国家/地区分布来看,以美国、中国、意大利、英国、日本、法国的文献数量最多。为比较主要国家的研究力量强弱,以投点象限图来表示。该图以国家的发文量为横轴,以各自所发论文的篇均被引频次为纵轴,以发文量和篇均被引频次的平均值作为坐标原点[5]。

如图2所示,美国、意大利位于第一象限,其论文数量和篇均被引频次均高于平均水平,说明其研究具有很高的质量。事实上,美国已经有遍及45个州超过44030平方公里的土地受到了地面沉降的影响,由此造成的经济损失更是惊人。意大利同样遭受地面沉降灾害的影响。据统计,目前世界上已有60多个国家和地区发生地面沉降,包括美国、中国、日本、墨西哥、意大利、泰国、英国等[6]。

英国、法国、荷兰等国家位于第二象限,说明尽管其文章数量并不多,但是影响力较大。日本、墨西哥、台湾、俄罗斯位于第三象限内,说明这些国家/地区文章在量和质上尚处于平均水平以下。中国位于第四象限内,这说明我国地面沉降相关研究较多,但文章质量还有待进一步提高。

2.3 主要研究机构

从主要的研究机构来看,以美国地质调查局、中国科学院、意大利帕多瓦大学、意大利国家研究委员会的发文数量最多,皆超过100篇。美国地质调查局是美国内政部辖下的科学机构,有约1万名人员,主要研究美国的地形、自然资源和自然灾害与其应对方法。意大利帕多瓦大学设有地球科学学院,研究领域涉及地沉学、自然地理学、地貌学、应用地质学、矿物学、岩石学等[7]。发文量次之的还包括中国矿业大学、俄罗斯科学院、加州理工学院、美国斯坦福大学、东京大学等。(见图3)

在TDA分析软件中,还提供了可视化功能,通过Ad una聚类功能,能够以图形清晰直观地呈现不同机构之间的合作情况。从图4的Aduna图可以看到,美国地质调查局与其他机构之间开展的合作最多,合作对象包括斯坦福大学、加州理工学院、意大利国家研究委员会、俄罗斯科学院和东京大学,共有26件合著论文。其次意大利国家研究委员会、俄罗斯科学院和东京大学开展的合作较多。中国科学院与东京大学和中国矿业大学有少量合作。

2.4 主要研究期刊分布

从期刊分布来看,全球地面沉降、地面塌陷的文章主要分布在表1所示的期刊中。从这些期刊的篇均被引频次来看,以美国地质学会通报(Geological Society of America Bulletin)、地球物理学研究杂志一大地(Journal of Geophysical Research:Solid Earth)最高,篇均被引次数均超过30次,由此可见,文章平均影响力相当高。其次则是沉积地质学(Sedimentary Geology)和地球物理研究通讯(Geophysical Resea rch Letters),篇均被引频次分别为23.17和22.82。

2.5 研究主题分布

根据论文作者的关键词词频来看,目前,地面沉降、地面塌陷领域的研究主题主要集中在地面沉降(Land Subsidence)、合成孔径雷达干涉测量(I n S A R)、地震(Earthquake)、地下水(Groundwater)、全球定位系统(GPS)、开采沉陷(Mining subsidence)、监测(Monitoring)、数值模型(Numerical Modeling)、地质构造(Tectonics)、地面变形(Def O rma tiO n)、数值模拟(Numerical Simulation)、地理信息系统(GIS)、深坑(Sinkhole)等领域。(见图5)

2.6 主要研究方向分布

根据ISI数据库的学科分类,表2按论文量多少依次列出了地面沉降、地面塌陷领域的前10个学科领域。从各学科领域论文量比例以及H指数(用于综合评估学术产出数量与学术产出水平,该指标越高,表明学术影响力最大)可以看出,地面沉降及地面塌陷涉及的主要研究方向包括地球科学、地球化学与地球物理、地质学、环境科学等。

3 结论

从上述文献分析情况来看,自1990年以后,地面沉降、地面塌陷论文的研究数量在不停增长,近年更是达到500件左右,说明地面沉降已引起世界各国的重视。其中,又以美国、中国、意大利、英国、日本、法国等文章数量最多,从论文质量来看,以美国、意大利和英国影响力最高。尽管中国的发文数量位居第二,但影响力欠佳。在这些主要国家中,又以美国地质调查局、中国科学院、意大利帕多瓦大学、意大利国家研究委员会这些机构的论文成果最多。从研究主题来看,主要集中在合成孔径雷达干涉测量、地下水、全球定位系统、开采沉陷、监测、数值模型等领域。

参考文献

[1]郑铣鑫.城市地面沉降研究进展及其发展趋势[J].地质评论,2002,48(6).

[2]张阿根.国际地面沉降研究综述[J].上海地质,2000:1-6.

[3]19个省份50余城市出现地面沉降长三角为重灾区[EB/OL].http://env.people.com.cn/GB/16719153.html.2011-12-26.

[4]G.A.F.Molengraaff.The subsidence of the soil of the Netherlands.In:KNAW,Proceedings,Amsterdam,1910:468-474.

[5]赵纪东,郑军卫.基于文献计量的国际油气探测研究进展分析[J].科学观察,2013,8(1):1-6.

[6]伊口田.国外“地沉”困局——世界各国地面沉降现象和应对策略[J].中国减灾.2012(4):18-19.

塌陷分析篇10

唐山市体育场位于唐山市中心地带,岩溶裂隙发育,地下隐伏破碎构造构成径流通道,历史上地下水动态变化使第四系覆盖层结构受到了不同程度的塌陷破坏,场地内的第二田径训练馆曾在1988年6月6日发生地面塌陷,坑深6.5 m,面积约35 m2。用近200 m3碎石将坑填满后,于6月15日再次塌陷,并将馆内两根混凝土柱子陷入坑内,房顶随之坍塌。与此同时,位于第二田径训练馆东南方60 m处的体育场主席台西北角地面出现沉陷,到2001年4月止,最大沉陷量为47 cm,面积达496 m2。明丰房地产西北侧也曾出现塌陷。严重的岩溶塌陷不仅严重影响建筑物的正常使用,也严重威胁着人民群众的生活。

本文通过对场区地质构造、工程地质与水文地质条件的分析,详细论述了唐山市体育场岩溶塌陷的形成机制及诱发因素,为岩溶塌陷治理提供了科学详实的基础资料。

2 体育场地质构造及工程地质水文地质特征

2.1 地质构造条件

体育场位于唐山市中心,座落在开平向斜西北翼断块隆起上,该处为燕山褶皱带东南部与华北平原黄骅坳陷的交汇部位,基底构造复杂,褶皱断裂发育,新构造活动强烈。区内地层主要有蓟县系青白口,寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系和第四系。

体育场区位于陡河断层东侧,北东向次一级构造发育。场区内存在三组小断层T1、T2、T3,且北西向T3断层错断了北北东向的T1和T2断层,见图1。

T1断层:正断层,长1.4 km,走向北东30°～35°,倾向北西,被后期北西向T3断层错开,该断层的北段在第二田训馆塌陷坑与T3交汇,向南在田径运动场主席台西北角与T3断层交汇。

T2断层:正断层。长度约1.5 km,走向北东15°～20°,倾向北西,亦被后期T3断层错开。

T3断层:呈略弯弧状,为正断层,走向北西,倾向南东,长约1.2 km。

2.2 工程地质条件

(1)第四系覆盖层

第四系由于下伏基岩顶面起伏不平,致使松散沉积物厚度不稳定,由中心部位向东、南、西部三个方向厚度逐渐加大,厚度一般为30～40 m,由上而下分别为:

①杂填土:杂色,厚层0.5～4.4 m。②粉土:褐黄～浅褐黄色,厚度为1.8～6.5 m,稍湿,密实,局部夹薄层粉砂,具中～低压缩性。③细砂:黄白色,厚度为2.2～8.0 m,稍湿,中密～密实,由石英、长石颗粒组成,上部为粉砂。④粘土:黄褐色,一般可塑状态,夹粉土及粉质粘土薄层,具中压缩性。⑤细砂:黄白色,厚度1m～3.7m,一般很湿～饱和。密实,由石英、长石颗粒组成,分选好,砂质纯净。⑥粉质粘土:黄褐色,夹粉土透镜体,厚度2.1～8.6 m。⑦中粗砂:黄白～灰白色,厚度为1～9.6m,一般为饱和,密实,分选差,级配较好,含30%左右的卵砾石,局部为圆砾层。⑧粉粘:黄褐色,可塑～硬塑,含氧化铁。具低压缩性。厚度1.3 m。⑧1粘土棕红色～紫红色,厚度为0.6-8.56 m,硬塑～坚硬状态,可见母岩结构,具低压缩性。

(2)蓟县系组

灰色燧石条带白云岩、夹白云质泥灰岩及石英岩状砂岩,岩石较坚硬,且溶隙发育普遍,倾角>45°,分布在主席台一带。

(3)青白口系(即景儿峪组)

上部紫灰青灰色,薄～中厚层含白云质和粘土质灰岩及泥灰岩,下部杂色页岩,含海绿石粉—细砂岩,石英砂岩及含砾粗砂岩底部遂石角砾岩。体育场南门和东门有分布。

(4)寒武系下统

寒武系下统为紫红色、砖红色钙质泥岩间夹不稳定的灰黄色厚层灰岩顶部薄层,白云质灰岩,下部紫色含砾泥灰岩。厚层豹皮灰岩,底部不稳定的角砾状灰岩。分布在明丰房地产一带。

2.3 水文地质条件

地下水含水组可划分为:第四系地下水含水组和基岩岩溶裂隙水含水组。

第四系地下水含水组自上而下分为第一、二、三含水层。第一含水层,位于③层细砂中,已基本疏干,于③层细砂底部及④层粘土顶部以上层滞水形式存在,水量一般很小。水位埋深13.0～15.0米左右,水位标高14.72～16.90米。第二含水层位于⑤层细砂中,局部疏干,水位标高在整个场地较为稳定,水位埋深16.62～19.7米左右,水位标高一般8.51～13.08米左右。第三含水层位于⑦层中粗砂中,局部疏干,且因局部地层缺失而分布不连续。水位埋深26.0-29.0米左右,水位标高-1.04～4.80米。

基岩岩溶裂隙水含水组可分为寒武系灰岩岩溶水含水组和蓟县白云岩岩溶水含水组。二者水力联系比较密切,差异不大。水位埋深42.40～44.91米,水位标高-16.60～-14.32米。水位埋深远低于第四系孔隙水。水化学类型为HCO3、S04-Ca型,侵蚀性二氧化碳和游离二氧化碳分别为4.4 mg/L和7.0 mg/L,对基岩有较强的侵蚀性。

3 岩溶塌陷的机理分析

3.1 潜蚀论

这是最普遍的观点,此观点认为:地下水流对溶洞充填物和上覆的松散土层不断产生溶蚀和冲刷,使可溶岩中的空洞不断扩大,在其上覆盖松散层中产生隐伏土洞,土洞进一步发展,顶部土体失去平衡而塌陷。隐伏土洞是形成地面塌陷的重要中间环节,而土洞的形成和发展是地下水流潜蚀作用的结果,因此塌陷的成因,即土洞的形成条件,实质也就是潜蚀作用产生的条件。潜蚀产生的作用力是地下水流,包括化学潜蚀和机械潜蚀,体育场偏重于机械潜蚀,前者是水流溶解迁移土层中的可溶成份,为一种化学溶泸作用;后者是水流对不溶颗粒的冲刷和挟带,为潜蚀过程的主要作用。

潜蚀的发生和发展需要具备两个条件:一是要求土层具有利于潜蚀的结构和颗粒组分;二是要求土层中地下水的流速和水力坡度达到某一临界值。其中后者是主导因素,在一定的水动力条件下,前者则是必要条件。

3.2 真空吸蚀论

真空吸蚀观点认为:岩溶地面塌陷主要是由于地下水动力条件的改变引起真空吸蚀作用的结果,并提出发生与形成真空吸蚀作用的特定条件为(见图2):

(1)岩溶网络条件

岩溶地区普遍具有较发育的洞、隙和管道,这些不同形式的通道构成了相互联通的空间脉状网络,而浅部网络空间结构体,是岩溶真空形成和塌陷体归宿的空间场所。

(2)岩溶覆盖层条件

岩溶网络直接表面或顶部均被隔水性能较好的残积红色粘性土覆盖或充填,其上还有水流携带物沉积,这些所谓的岩溶覆盖层使其下部岩溶网络处于相对密封状态,为岩溶覆盖层以下真空的形成创造了条件,同时也为塌陷准备了物质条件。

(3)岩溶网络地下水动力条件

岩溶网络结构体内赋存有丰富的地下水,并构成有压管道流,抽排水时地下水位下降,在岩溶网络内水面上产生岩溶真空,奠定了水动力条件。

(4)构造与岩溶网络紧密联系的条件

岩溶网络空间结构体主要受地质构造控制,构造破碎带、大裂隙等严格地限制①③两条件,并成为岩溶网络空间。

因此,塌陷颇有规律地发生在断裂带附近,而且能够形成地面塌陷的溶洞绝大多数分布在基岩面以下10～15 m范围内。

所以上述4个条件为岩溶的真空环境特点,在这种环境内,自然因素或人为生产活动都会导致岩溶水动力条件的改变,引起岩溶真空现象发生。

在上述相对密封的岩溶承压水中,外因(抽、排水时)引起松散土层下部岩溶内水位大幅度下降,从而改变了其中的水动力条件,当下降的水位低于覆盖层底面,网络内地下水由承压转变成无压时,网络内水面与覆盖层之间便出现了增大的空的网络洞隙。该空的洞隙和水体顶部转化为低气压(真空)状态,形成岩溶真空。在此空洞内,靠重力下降的水体,对覆盖层产生吸力,使其向下滑落,随着水面不断下降,增大的真空持续使用,最终破坏覆盖层的宏观平衡,其表现为地面突然塌陷,这就是所谓的真空吸蚀作用。

4 岩溶塌陷的形成条件

研究表明岩溶塌陷形成应具有如下条件:

4.1 溶洞的存在是岩溶塌陷产生的基础

碳酸盐岩体中存在的洞隙是容纳上部覆盖层塌陷体的场所,也是水流迁移岩、土物质的通道,因而是岩溶塌陷产生的基础,起着基本的支配作用。地面塌陷的发生强度与下伏碳酸岩的岩溶发育程度相对应,塌坑往往在岩溶强烈发育的地带或岩溶地层集中分布的地方出现,其出现数量与钻孔见洞率是有一定相关关系的。

4.2 第四系覆盖层的特征

塌陷主要表现在负地形的覆盖土层中,因而受到土层厚度和岩性结构的控制。塌陷坑数量规模与土层厚度成负相关(体育场区在土体厚度40～50m时易形成地面塌陷)。

土层岩性结构的影响表现为砂性土易塌,夹砂砾石层的土次之,均一粘性土的抗塌性能相对较好,这是因为不同颗粒级配、物理性质、水理性质和力学性质决定了水流对其迁移的难易、土洞的形成速度及稳定性上的差异。

4.3 地下水的特征——水动力条件

地下水的流动及其水动力条件的改变是岩溶塌陷形成的最重要动力因素。地下水的活动明显控制塌陷的产生和分布,地下水径流集中和强烈的地带最易产生地面塌陷。

常见如下几种地段最易发生岩溶塌陷:①地下水的主径流通道。②岩溶地下水的排泄处或岩性变层处。③地下水位埋深浅,变幅大的地段。④地下水位在基岩面上下频繁波动的地段。

⑤基岩石上覆粘土隔水层缺失的地段。

地下水位急剧变化带是塌陷产生敏感区,大量资料已证实水动力条件的改变是产生塌陷的主要触发因素。

5 产生岩溶地面塌陷的诱发因素

大量的工程实践证明,岩溶塌陷的诱发因素主要有人为和自然两种因素,其中人为诱发因素是主要因素。

5.1 人为诱发因素

岩溶地面塌陷常是突然发生的,但实际上,在塌陷前已经有很长的孕育过程。人类工程活动加速了物质的迁移,破坏其原有平衡状态,使塌陷迅速产生。这种改变自然的人类活动主要包括抽水、排水、修建水利工程,机构振动和地面加载等因素。特别是抽水、排水已成为现代岩溶塌陷的主要诱发因素。由于大幅度地降低地下水水位,剧烈地改变原有的水动力条件,从而产生塌陷。塌陷范围一般随着下降漏斗的增大而不断向外扩展。

5.2 自然诱发因素

主要的自然诱发因素有降雨、干旱、地震,因为它们使地下水动力条件发生改变,而地震本身还可破坏岩土体原有结构及稳定性。

降雨是地下水的主要补给来源,是引起地下水变化和活动的重要因素,它可加速饱和岩土,增加其容重,改变其状态,降低其强度,促进渗透变形作用的产生、发展,使地下水位上升,形成岩溶空间的正压力,从而诱发塌陷。不少地方塌陷多出现于雨季的规律,尤其是久旱逢雨后更易产生塌陷。

6 体育场岩溶塌陷的形成机制及诱发因素分析

6.1 场区地质构造特点

体育场区内的陡河断裂次一级构造T1、T2、T3断层带既是岩溶水径流通道,也是岩溶发育带,断层复合部位更有利于岩溶发育。断层两侧破碎带为5～10 m,上覆第四系松散层潜蚀扰动也较严重。岩溶洞穴分布大体沿构造断裂破碎带呈条带状分布。在空间上,岩溶发育深度大多在基岩面下30 m内,即地表埋深60～70 m,岩洞洞高在断层带近旁可达8～10m。沿构造线方向岩溶水、水力联系、岩溶渗透性、岩溶发育强度在北东方向均强于北西方向。

根据岩溶塌陷的分布特征和体育场区的地质构造特征,通过对体育场区内钻孔水位标高、岩溶溶洞发育的空间位置、洞内有无填充物、填充物的性质、溶洞上部基岩面有无残积棕红色粘土、第四系有无松散体及范围大小等因素的综合分析,结合在这些钻孔附近有无张性断裂,在施工中这些钻孔有无漏水现象,可以判断出,在体育场区内存在一条集中径流通道(在所有的补给方向上,由于岩溶裂隙发育程度不均衡,致使岩溶体中常常有局部集中径流过水地段存在,我们把这种集中过水的地段叫做集中径流通道),其方向如图3所示。在相对封闭的岩溶中,集中径流通道的存在容易使空的洞隙和水体顶部转化为低气压(真空)状态,形成岩溶真空,从而发生岩溶的真空吸蚀,引起塌陷。

6.2 场区第四系覆盖层特点

第四系覆盖层厚约22.25～44.30 m。其岩性为粘性土和砂类土互层,粘性土一般为中～低压缩性土,砂类土为中密～密实砂层,且为超固结土。砂砾石层一般赋存于粘土和粉质粘土之间,在基岩与砂砾石含水层之间有透水性较弱的粉质粘土(红粘土)相隔,其一般厚度为0.60～58.56 m,渗透系数为0.066～0.489 cm/d。大大削弱了两个含水层之间的水力联系。但这层粉质粘土层的存在不稳定,在局部地段,已被冲刷侵蚀,形成了砂砾石层和基岩直接接触的“天窗”(见图2),给土洞的形成和产生地面塌陷创造了条件。

在正常情况下有第⑧层存在,即意味着其上部接触的第⑦含水砂砾层的地下水不能向下渗流,阻止其上部土体发生潜蚀作用,如果缺失第⑧土层,其下部基岩顶板的残坡积红土含砾层(⑧1层)厚度极不稳定,当缺失第⑧层和⑧1层时,就造成第⑦含水层直接与基岩面接触,产生第四系水的渗流,致使上部土体潜蚀,导致地面塌陷的发生。

6.3 场区水文地质特点

从钻孔水位分析可知,体育场区非多方向补给条件,其主流方向应由北向南,在田训馆处属局部汇流。主补给方向基本上受构造因素控制。在有T1、T3断层出现时,主补给方向都比较单一,且多沿断层带补给,因断层带是应力释放部位,岩石较破碎,易造成较大的渗流。

地下水的总体流向由西北向东南,而第四系孔隙水在体育场区局部汇流为南东流向北向(与基岩流向正相反)。市中心区由于处于人工开采,形成了局部降落漏斗,改变了地下水流向,在漏斗区内形成局部汇流。体育场主席台区第四系水流以田训馆为漏斗中心形成由南东向北西的外围汇流,水力坡度较大。而在明丰房地产区为南东向西北,形成局部汇流,水力坡度为5/9=0.55=55%的跌水状态。

6.4 场区地下水动力条件

前已表明,水动力条件是岩溶塌陷的重要因素,而水动力条件的强弱变化取决于地下水位的波动变幅、水力坡度、水流速度等。实践表明,地下水活动强烈地段,应是岩溶水径流通道,这个径流通道应位于水位降落漏斗范围内,绝大多数地面塌陷发生在岩溶水径流通道上。

唐山市区过去由于长期过量开采地下水,使地下水位不断下降,已经在市中心区形成第四系孔隙水和岩溶水双层水位漏斗。资料表明:孔隙水降落漏斗面积已达40 km×8 km,平均水力坡度5%,平均水位标高+1 m。而奥灰岩溶水降落漏斗面积达5 km×9 km,平均水力坡度4%,平均水位标高-26 m。二者水位差达20～30 m,当二者水位接近基岩面深度时,容易产生上部沙砾潜蚀淘空下渗。目前,主席台岩溶水位标高平均值为-21.36 m,第四系沙砾层水位标高平均值为+1.5 m,二者水头差为22.8 m。明丰房地产处岩溶水位标高平均值为-17.52 m,第四系沙砾层水位标高平均值为+4.87 m,二者水头差为22.4 m,见表1。

在这种情况下降落漏斗范围内发生了大量地面塌陷。同时,在体育场和某些地方发生地面塌陷时,岩溶水位标高恰正位于基岩面上下处。

从塌陷发生时间来看,1984—1985年和1988年雨季地面塌陷发生的较多,这两个阶段正处于岩溶水位年数变化上升和下降的交替年份,1984年水位下降了1.3 m,1985年回升了1.65 m,1987年回升了0.61 m,1988年下降了1.16m。由于水位来回变化,打破了原来的水均衡状态,从而加强各种致塌的因素作用,使潜在的塌陷不断发生。

7 体育场岩溶塌陷特点

从上述体育场区工程地质条件和水文地质条件可以看出:体育场区显然具备发生潜蚀和真空吸蚀的客观条件,并在潜蚀和真空吸蚀作用的长期作用下,造成体育场区发生不同程度的岩溶塌陷。

体育场区的岩溶塌陷主要分布在三个部位,1988年6月6日在第二田径训练馆发生地面塌陷,之后,位于第二田径训练馆东南方60 m处的体育场主席台西北角地面出现沉陷,明丰房地产西北侧也曾出现塌陷。

上述已有的三个岩溶塌陷中心具有以下三个共同特点:

①浅部岩溶强烈发育,并能直接与第四系地层底部连通。

②在基岩地下水位降落漏斗扩散半径之内,在地下水位频繁急剧升降变动季节时发生塌陷。

③位于构造断裂带附近或断层交汇处等应力释放地段。

8 结束语

(1)根据场区的地质构造、工程地质与水文地质条件、地下水动力条件可以看出,场区显然具备发生岩溶塌陷的潜蚀和真空吸蚀的客观条件,在潜蚀和真空吸蚀的共同长期作用下,造成了场区不同程度的岩溶塌陷。

(2)通过分析可归纳出场区6个产生岩溶地面塌陷的基础条件:

①下部基岩为石灰岩或白云岩,岩溶发育多以集中径流通道形式出现,深度在65 m以上。

②基岩部分受高角度活动断层如F2、FB、Fc、FE等张性断裂带的干扰影响。