环境管理_岩溶塌陷与地质环境

岩溶塌陷与地质环境 定义 岩溶塌陷 karstbreakdownsurvey 是指在岩溶地区 下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞 因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下 顶板失稳产生塌落或沉陷的统称 分布 我国岩溶塌陷分布广泛 除天津 上海 甘肃 宁夏 以外的26个省 区 中都有发生 其中以广西 湖南 贵州 湖北 江西 广东 云南 四川 河北 辽宁等省 区 最为发育 塌陷的中心部位主要分布在 1 地质构造分布带是构造密集或交叉部位 2 地下水集中径流带 3 地下水集中排泄带 群泉分布地段 沿河两岸 地形低洼常年积水段 据统计 全国岩溶塌陷总数达2841处 塌陷坑33192个 塌陷面积约332平方公里 造成年经济损失达1 2亿元以上 形成 1 自然因素岩溶的发育程度和覆盖层厚度及其工程地质特性是塌陷形成的基本条件 气象 水文 地震是诱发塌陷的主要自然因素 1 引起塌陷的主要气象因素是降雨 在岩溶区雨季降水入渗 地下水位迅速提高 雨后迅速下降 如此多次交替波动 使地下水对土体潜蚀 渗蚀 崩解等作用不断进行 同时重复的湿化作用使空腔上部土体的结构受破坏 在重力作用下引起塌陷 据统计 广西区内与降雨有关的塌陷共有1075处 约占塌陷总数的70 2 引起塌陷的水文因素主要表现为河水位的涨落 直接影响地下水位的升降 年地下水位在垂直方向上的交替变化 对塌陷形成起促进作用 塌陷一般发生在洪水上升和消退即地下水位突然上升和回落两个阶段 由水文因素引起的塌陷主要发生于江河沿岸 如1994年2月7日 18日 桂林市白果树村西漓江沿岸南北长200m 河岸出现两个半圆环的地面裂缝下沉带 共产生塌陷11处 360m的河堤受损 3 因地震引起的塌陷较少 地震时 地震波由震中向四面八方传播 受地震的影响 当土洞项板的抗剪强度小于地震波产生的剪切力时便发生塌陷 1958年9月25日灵山东北苏村一北庄一带地震 使得石塘苏村一带多处塌陷成穴生泉 局部地段形成沼泽 鹅境大队塌陷一处直径lOm 深3 一4m 2 人为因素在岩溶区 人类经济工程活动也是引起岩溶塌陷的主要因素 1 人工抽 排地下水在岩溶地下水水源地和岩溶充水矿山地区 由于地下水被大量开采或疏排 从而引起地下水位大幅度下降或频繁升降 加速了地下水对岩土体的潜蚀 搬运作用 导致岩溶空腔及土洞空腔不断扩大 顶部土层逐渐变薄 同时水位的升降对顶部岩土体起到顶托和真空吸蚀作用 从而引起塌陷 抽排地下水的方式 强度不同 其诱发塌陷程度也不同 间歇性抽排水比持续抽水引起的潜蚀和搬运能力更强 因此更容易产生塌陷 间歇性抽水引起的塌陷规模和影响范围也远大于持续抽水试验引起的塌陷 即抽水量大 降深大 水位下降迅速 造成的地下水流速迅速加快 则抽水所形成的塌陷速度快 塌陷坑规模及影响也大 在抽排水影响范围内 饱和土体比非饱和土体更容易产生塌陷 同时塌陷范围远小于降落漏斗范围 局部天然条件下较难发生塌陷的地段 受抽排水的影响也会引起塌陷 如桂林三里店一带第四系土层覆盖较厚 10 30m 地段 天然条件下较难发生塌陷 而当开采地下水后时有塌陷发生 2 工程振动及荷载因振动而导致塌陷的原因有爆破和机械振动 随着现代化建设的不断发展 需进行爆破和机械施工的工程增多 从而引起土体振动 当振动效应产生的剪应力大于土洞顶板强度时 便产生塌陷 3 水库蓄水水库蓄水后 坝体上 下游水位差增大 对库区下部岩溶管道的腐蚀增强 同时由于库水渗泡 库区内土层自重增加 力学强度降低 在长期高水位的高压条件下 下部逐步潜蚀掏空 最后由于底部无法承受水体压力而产生塌陷 造成水库渗漏 4 废水入渗受污染的地表水及酸碱含量较高的工业废水入渗地下 不仅改变地下水的水质状态 而且对岩土体产生化学潜蚀作用 加速土洞的形成 发展而导致塌陷 在我国覆盖型岩溶地区 地面塌陷的严重后果引起了各有关部门的关注 近年来 曾对此开展各种研究 国外亦非常重视岩溶地区的塌陷问题 美国在佛罗里达州专门成立了塌陷研究所 并于1984年10月召开了第一次国际性多学科的塌陷学术讨论会 导致塌陷的原因是多方面的 有因矿山和隧洞的疏干排水 供水源地抽水 爆破和机械振动以及采掘 地震 洞穴垮塌等所诱发 亦有因自然降雨或修建水库工程等引起 其中岩溶水库区的塌陷所占比例很大 全国发生在岩溶库区的塌陷据初步统计有120多处 约占全国塌陷区总数的26 产生岩溶塌陷的水库必然导致严重渗漏 岩溶库区的塌陷和渗漏 严重影响工程的效益 甚至危及人民生命财产的安全 岩溶塌陷对地下水的危害 由于近年来工业的发展 大部分河流等地表水体水质较差 岩溶塌陷发生后 揭穿了灰岩含水层顶板 沟通了地表水系与地下水系 使得地表水通过塌坑大量涌入岩溶含水层 加之岩溶裂隙 溶洞连通性好 污水会在岩溶含水层中迅速扩散 污染岩溶地下水 岩溶塌陷对农田的危害 岩溶塌陷造成耕地面积减少 使土地资源大大流失 旧县水源地内明显的地面塌陷出现于1988年之后 在此之前地面多为微变形或小范围 小规模地裂缝现象 至1990年 集中塌陷区仅出现于旧县村北 面积不足1k 2 塌陷坑11处 随着水源地持续大强度开采 塌陷区已扩展到圣官庄 小苑庄和西羊楼一带 面积约15k 2 分布于泰安市南部大汶口镇土门村东南 共计23处 塌陷首发时间为1964年9月17日 大雨过后 地面沿NE45 方向出现7个呈线状分布的塌陷坑 最大直径17 4 可见深度6 0 总面积约3000 2 1965年7月10日 该区又发生塌陷坑16处 溶岩塌陷导致的农田破坏 减少可耕种土地面积 造成土地荒漠化使农作物受到危害而减产土壤破坏 农作物生长受到影响 岩溶塌陷对隧道的影响 对于主要处于形成阶段的岩溶 由于其对岩石的整体稳定性影响小 基本可以不考虑影响 主体围岩是几级就可划定为几级 但是应在地质文件中指出其范围 并做适当描述 对于发展阶段的岩溶 如果隧道与其大型地下洞室相交或地下暗河相交 就不能按常规办法确定围岩级别 只能指出溶洞 暗河 与隧道相交长度及其大小而不能分类 因为标准的衬砌结构是无法适用于千变万化的溶洞形态的 但是靠近溶洞 暗河区域 在围岩分级上应考虑其影响在适当长度范围调整围岩级别 施工过程中岩溶塌陷给工程带来更多的困难 岩溶塌陷对地震的影响 陷落地震是由于地层陷落 如喀斯特地形 矿坑下塌等 引起的地震 占全球地震总数的3 左右 其破坏范围非常有限 岩溶塌陷型水库地震所谓岩溶塌陷型水库地震 是指由于水库蓄水引起的岩溶洞穴 岩溶管道 地下暗河的围岩等出现的重力失稳现象 其特点如下 1 震源较线 一般距地表0 1km 2 相同震级的构造型地震和岩溶塌陷型地震相比 局部震感较强 一般3级左右的岩溶塌陷型水库地震 目前 在我国发生岩溶塌陷型水库地震的震例已有10余座 震级不大 但对库区居民影响较深 个别地方还造成房屋的轻微破坏 本文通过对塌陷型水库地震的特点 岩溶发育的规律 影响岩溶发育的因素进行分析 归纳出不同的岩溶发育阶段与水库地震的关系 并结合多年实际工作经验 总结出根据岩体性状和空间展布 岩溶水文地质及岩溶管道系统与库水的关系等评价岩溶塌陷型水库地震的可能性 可能地点及震级上限的方法 溶岩塌陷对交通道路损害而造成的交通事故 破坏路基 损坏交通设施财产损失 人员伤亡 溶岩塌陷造成的房屋建筑损坏 造成经济损失 人员伤亡 今年5月10日 广西柳州市柳南区帽合村一房屋底部塌陷出深坑 部分墙体垮塌 经勘查 塌陷重点变形区范围目前为40000平方米 初步划定危险区范围85000平方米 影响人口1700多人 其中常住人口500多人 湖南益阳位于洞庭湖区的湖南省益阳市岳家桥镇岳家桥 黄板桥等村发生大面积的岩溶塌陷地质灾害 共计693处 目前整个岳家桥镇共出现塌陷693处 其中农田塌陷537处 河溪塌陷150处 水库内塌陷6处 全镇因地面岩溶塌陷引起房屋开裂的有167户 其中房屋受损特别严重的有34户 受灾人口达1200多人 破坏河溪拦坝5座 水库2座 影响农田灌溉1万多亩 致使泉交河支流河水断流 沿河两岸部分群众生产生活陷入困境 水库损毁 难以存水 下游受水灾 造成一系列次生灾害 岩溶塌陷的防治 一 地面塌陷的监测地面塌陷的监测应包括对地面 建筑物 水点 井孔 泉点 矿井突水点 水库渗漏点等 地下洞穴分布及其发展状况和岩 土体特征的长期观测及对塌陷前兆现象的监测 1 长期 连续地监测地面 建筑物的变形和水点中水量 水态的变化 地下洞穴分布及其发展状况等 对于掌握地面塌陷的形成发展规律 提早预防 治理是非常必要的 对地面和建筑物的变形监测 通常设置一定的点位 用水准仪 百分表及地震仪等进行测量 地下岩 土体特征的变化可采用伸缩性钻孔桩 分层桩 钻孔深部应变仪等进行监测 水点变化的观测常用测量水量 水位的仪器进行 地下洞穴分布及其发展状况可借助物探或钻探方法查明 2 塌陷前兆现象是塌陷的序幕 离塌陷时间近而且短促 因此 及时发现这些现象 发出预报警报 对减轻灾害损失有重要意义 这些现象一般比较直观 只要仔细 认真 通过肉眼便容易发现 塌陷前兆现象的监测内容包括 抽 排地下水引起泉水的干枯 地面积水 人工蓄水 渗漏 引起的地面冒气泡或水泡 植物变态 建筑物作响或倾斜 地面环形开裂 地下土层垮落声 水点的水量 水位和含沙量的突变以及动物的惊恐异常现象等 二 地面塌陷的预防虽然地面塌陷具有随机 突发的特点 有些防不胜防 但它的发生是有其内在和外部原因的 我们完全可以针对塌陷的原因 事前采取一些必要的措施 以避免或减少灾害的损失 这些预防措施主要应该包括以下几方面 1 采取措施减少地表水的下渗 水是塌陷发生的触发因素之一 因此 首先 应注意雨季前疏通地表排水沟渠 降雨季节时刻提高警惕 加强防范意识 发现异常情况及时躲避 其次 加强地下输水管线的管理 发现问题及时解决 第三 做好地表和地下排水系统的防水工作 特别应加强居民厨房下水道的防水 2 合理采矿 预留保护柱 合理科学的采矿方案 可以防止或减少塌陷的发生 特别是小煤窑不能影响国矿的安全和开采规划 采矿单位应向地方规划部门提供采空区位置及有关资料 以便于工程建设单位根据采空区位置进行勘察设计工作 采煤时建筑物下预留保护柱 按等级确定保护带宽度 3 加强采空区的地质工程勘察工作 地面塌陷的不断发生 另一方面原因是采空区上的工程勘察工作做得不够 由于地下空区情况不明 因此只能在塌陷事件突发后再去进行勘察 研究治理办法 我们应未雨绸缪 加强塌陷区地质工程勘察和资料收集分析工作 对勘察工作确定的重点塌陷危险区 应坚决采取搬迁措施 4 城市规划 重点工程建设应避开塌陷易发区 5 防治结合 加强工程自身防护能力 在采空区进行工程建设时 应尽可能绕避最危险的地方 对不能绕避的塌陷区 采空区 根据实际情况采取压力灌浆等工程措施 对已坍塌的地区进行填堵 夯实 条件许可时还可采取直梁 拱梁 伐板等方法跨越塌陷坑 设计时加强建筑物的整体刚度和整体性 并加强工程本身的防护能力 如缩短变形缝 防渗漏等措施 三 治理措施 1 控水措施 2 工程措施 3 非工程防治措施 一 控水措施1 地表水防水措施 防地表水进入塌陷区 可以 1 清理疏通河道 加速泄流 减少渗漏 2 对漏水的河 库 塘铺底防漏或人工改道 3 严重漏水的洞穴用粘土 水泥灌注填实 2 地下水控水措施根据水资源条件 规划地下水开采层位 开采强度 开采时间 合理开采地下水 加强动态监测 危险地段对岩溶通道进行局部注浆或帷幕灌浆处理 二 工程加固措施1 清除填堵法 用于相对较浅的塌坑 土洞 2 跨越法 用于较深大的塌坑 土洞 3 强夯法 用于