岩溶塌陷的勘察与防治.pdf

〔 收稿日期〕 2004 - 02 - 12 岩溶塌陷的勘察与防治 盛玉环 中国地质大学武汉 摘 要 目前,岩溶塌陷的勘察尚无专门的勘察规范可遵循,尤其是如何选择经济、 有效的勘察评价方法 仍处于探索阶段。本文从勘察目的任务、 勘察评价方法与要求、 成果报告编制及防治方案等方面 进行了系统的阐述。 关键词 岩溶塌陷 地质灾害 勘察 防治 岩溶塌陷是指在岩溶发育地区,上覆土层或隐 伏岩溶顶板在人为活动或自然因素作用下特别是水 动力条件改变引起的环境效应作用下,发生突然坍 塌的现象。岩溶塌陷的产生在空间上具不确定性, 在时间上具突发性,对其进行勘察评价、 预测预报相 比其它地质灾害来说难度要大得多。岩溶塌陷形成 的基本条件有三方面一是岩溶洞隙的存在;二是松 散土层或胶结不够紧密、 结构受破坏的岩层;三是地 下水活动包括渗入水。因此勘察评价与防治工作 应围绕这三要素来展开,以便查清塌陷的发育条件、 致塌模式与分布规律,提出行之有效的防治方案。 1 勘察目的与任务 目的是查清塌陷区地层结构、 构造特征、 岩溶发 育情况及水文地质条件的基础上,重点对已产生的 和潜在的岩溶塌陷发展趋势及其成因、 控制因素进 行判释,预测可能发生塌陷的地段和危害程度,并提 出相应的控制、 消除、 治理和保护的措施与建议,以 避免或减轻因此招致的损失,保障国家和人民生命 财产的安全。 主要任务 查明第四系地层岩性、 结构、 厚度及其物理力学 性质和隐伏土洞或扰动土的分布规律; 查明隐伏基岩的分布、 岩性、 埋藏深度、 岩溶发 育规律、 构造发育情况,以及地下水的水动力特性与 动态特征; 查明在自然因素与人类工程 经济活动的作用 下发生的地面塌陷的分布、 形成机制、 控制因素与发 生发展趋势; 进行岩溶塌陷区划,划分易塌陷区、 较易塌陷 区、 相对稳定区,并提出预防、 整治的对策和方案。 2 勘察方法与要求 勘察前,应收集研究地质资料,全面调查人类活 动的历史、 方式、 范围与强度,以及已产生塌陷的发育 特征,在综合分析的基础上合理布置勘察评价工作。 勘察方法应以工程地质测绘和地球物理勘探为 主,辅以钻探和静力触探加以验证,必要时结合室内 物理模型试验和数值模拟。 2. 1 工程地质测绘 一般地说,要按不同的工作目的开展多种比例 尺的工程地质测绘。用于了解区域地层岩性与结 构、 地质构造、 地下水开采现状等塌陷发育的地质背 景条件,比例尺可选择1∶25000～1∶5000。用于了解 塌陷的规模、 分布、 诱发因素、 损失情况,以及产生灾 害的地质与构造条件、 人类活动背景等,比例尺可选 择1∶2000～1∶500。进行测绘时不宜平均布置工作 量,地质条件复杂地段应重点控制。 2. 2 地球物理勘探 采用地面物探与井下物探相结合进行体积勘探 的方案,主要查明隐伏基岩的岩性、 顶板起伏及其中 的构造分布、 岩溶发育情况,第四系土层厚度与隐伏 土洞的发育情况。应根据不同地层的地质条件、 物 性条件及拟解决的地质问题,选择有效的物探方法, 要尽可能采用效果好的新技术新方法,如地质雷达、 浅层地震、 高密度电法、 瞬变电磁法等表 1 。 如运用地质雷达在湘潭市和平小学探测塌陷 坑,剖面反映清晰图 1 。在响水坝塌陷区勘探钻 孔中进行电波测井和高精度井温测量,曲线呈垂直 状恒温段 图2 ,说明地下水垂向水流的存在, 上、 下溶洞连通性好。 27 地质灾害GEOTECHNICAL ENGINEERING WORLD VOL. 7 No. 4 表1 选用的物探方法 工作目的物探方法 隐伏土洞或扰动土层地质雷达、 高密度电法 隐伏断裂的位置、 产状 音频大地电场法、 电测深法、 电剖面法、 静电a卡法 基岩埋深及顶板起伏电测深法、 浅层地震、 综合测井 了解地下岩溶发育 及地下水水力特性 高密度电法、 浅层地震、 激发激化法、 EH4电导率成像系统、 核磁共振、 自然 电场法、 电磁波CT、 高精度井温测量 图1 和平小已知塌陷地段探地达法部面记录图 图2 ZK2综合测井解释成果图 物探测线应尽量垂直于断裂构造、 地层走向及 岩溶发育方向,并尽可能避免或减少地形影响和其 它干扰因素的影响,无法避开时应采取一定的抗干 扰措施。同一测线至少有二种方法对比解译、 互相 验证,提高工作效率和保证勘探工作质量。对物性 前提不明的地区,布置物探前,应先开展适量的方法 有效性试验工作,由已知到未知。物探解译成果一 般应有钻探验证资料。 2. 3 钻探 布置适量的钻探工作,主要用于验证物探异常, 查明岩溶发育带及发育程度。一般布置在塌陷区或 潜在塌陷区,并结合取样测试、 抽水试验及综合测井 等方法取得有关评价参数。 勘探孔数量为物探异常点的15 ～20 ,勘探 深度以揭穿浅部岩溶发育带为原则,孔深一般不超 过100m。每个钻孔必须有设计书,目的明确,尽量 做到一孔多用,如采样、 试验、 监测等。 2. 4 静力触探 通过静力触探与地质雷达相结合来探明松散土 层中隐伏土洞的分布特征,了解土层性质的变化。 静力触探点一般占地质雷达异常点的25 ～30 。 2. 5 室内物理模型试验与透变形试验 通过模型试验,再现塌陷的发育过程,来探讨岩 溶塌陷的成因机制,确定塌陷发育的判据。这是研 究突发性地质灾害先进而有效的方法,可以取得一 系列野外无法取得的数据资料。 模型设计应依据地质环境条件和地下水开采的 实际情况,注重设计模型与地质模型的一致性。每 一致塌模式做1～2组,研究塌陷的主控因素之间的 关系。渗透变形试验用于确定土层发生渗透变形破 坏的临界坡降Jp,每一类土一般不少于3组。 如运用 模型试验对湘潭市区塌陷进行研究,得出岩溶洞隙 附近土体的渗透坡降J与土层渗透系数K、 土层孔 隙度n、 岩溶水下降幅度dH、 速度v的关系模型为 一元结构 J 7.263-4778.8K -8.8n 0.05dH1.2 v 二元结构 J 0.053-27.3K -5.79n 0.011dH1.42 v 多元结构 J 6.03-1163.1K -3.1n 0.07dH1.82 v 若J Jp,土层产生渗透变形破坏,可用于岩 溶塌陷的预测预报。 2. 6 地下水流场数值模拟 地下水动力条件是塌陷的主要影响因素之一, 弄清地下水渗流场的时空变化,对塌陷的预测评价 具极重要的意义。首先要建立工作区的水文地质概 念模型,选择的参数要有代表性。其次要合理确定 数学模型,注重数学模型与地质模型的一致性,进行 模拟分析与预测时,要搞好模型校正和模型检验工 作。开展数值模拟受控于水文地质勘探方法及勘探 工程的控制程度,一般适用于水文地质研究程度较 37 岩土工程界 第7卷 第4期地质灾害 高的地区。 2. 7 塌陷预测评价 由于岩溶塌陷的产生是受多种因素影响的,单 纯依靠某一方法难以作出切合实际的判断。预测评 价的程序地质条件分析 塌陷现状分析 定 性、 半定量、 定量评价 塌陷预测。预测方法包括 定性预测和半定量、 定量预测二种,定性预测应全面 分析区内地质及水文地质条件、 人类工程活动情况, 以及已知塌陷的分布、 成因与产生的临界条件。半 定量、 定量预测要找出塌陷发育的主控因素,如岩溶 发育程度、 松散盖层的厚度、 结构和性质,以及地下 水水动力条件、 地质构造等,运用指数法、 模糊数学 评判、 灰色聚类分析、 数量化理论等方法进行评价。 对一个工作区的预测评价,一般应以定性预测为主, 辅以半定量、 定量方法,两者相辅相成,确保预测精 度。 3 成果报告编制要求 成果报告应资料完整、 真实准确、 数据无误、 图 表清晰、 结论有据、 建议合理、 便于使用。一般应包 括下列内容 勘察目的、 任务要求和依据的技术标准; 以往地质工作研究程度; 勘察方法和勘察工作布置、 完成工作量与质量 评述; 地质环境条件地貌、 地层岩性、 地质构造、 岩土 性质及岩溶发育特征、 水动力条件等 ; 塌陷的特征、 主要影响因素与产生的临界条件; 岩溶塌陷综合预测评价; 岩溶塌陷的监测与防治方案、 对策。 成果报告应附下列图件工作布置图、 钻孔柱状 图、 综合工程地质平面与剖面图、 岩溶塌陷预测评价 图、 防治方案图、 室内试验成果图表及照片、 音像资 料。必要时,尚可附岩溶发育带分布图、 第四系等厚 线图、 地下水等水位线图等。 4 岩溶塌陷的防治 对岩溶塌陷应采取预防和治理相结合的综合方 案进行。预防措施是在查明塌陷成因、 影响因素的 基础上,为了消除或消减塌陷发生发展主导因素的 作用而采取的措施。如调整抽排水方案、 设置完善 的排水系统、 建立监测网对水点、 地面、 建筑物及塌 陷前兆现象进行监测、 工程选址时避开塌陷发育且 尚有活动迹象的地段等。治理主要是针对塌陷发育 的三要素岩溶洞隙、 土体、 水 , 进行堵截水流、 强化 土层和洞穴充填物、 填堵岩溶通道等。具体方法有 清除填堵法、 地表封闭处理、 跨越法、 强夯法、 深基础 法、 灌注法、 疏排围改治理及平衡地下水和气压力等 方法。每一防治方法的选择要结合区内塌陷的成 因、 致塌模式及主控因素来进行,确保防治工作的效 果。 参考文献 [1] 康彦仁,等.中国南方岩溶.南宁广西科学技术出版社,1990. [2] 雷明堂,项式均.近20年来中国岩溶塌陷研究回顾.中国地质 灾害与防治学报,1997 ,108 . 第一作者通讯地址湖南省株洲市向阳村省水文一队 邮编412003 公路工程总承包的路还有多远 长期以来,我国包括公路建设项目在内的基础建设项目,大 多是由国家投入资本金,依靠行政权力和路产质押筹集建设资 金,由行业主管部门或其授权的临时机构组织建设和管理项目。 有些同志认为,这种投资、 建设、 管理、 养护、 监督职能不分的管理 方式,既不科学也不符合市场经济的要求。 近几年,我国社会主义市场经济迅速发育,并且加入了世贸 组织。在新的形势下,公路建设项目组织方式的改革逐步深化, 项目法人责任制、 工程监理制、 招标投标制和合同管理制在许多 地方顺利实施。有的同志认为,这些改革为实行工程总承包这种 国际通行的工程建设项目组织方式打下了良好的基础,彻底改革 业主负责制建设模式的时机基本成熟。这也符合人类认识和事 物发展的基本规律。事实上,这几年有的公路工程项目已经在尝 试工程总 承包了。 今年2月,建设部出台了 关于培育发展工程总承包和工程项 目管理企业的指导意见 。 意见 指出,积极推行工程总承包,是 深化我国建设项目组织实施方式改革,提高工程建设管理水平, 保证工程质量和投资效益,规范建筑市场秩序的重要措施;也是 勘察、 设计、 施工、 监理企业调整结构,增强综合实力,加快与国际 工程承包和管理方式接轨,适应社会主义市场经济发展和加入世 界贸易组织后新形势的必然要求;也是贯彻党的十六大关于 “走 出去” 的发展战略,积极开拓国际承包市场,带动我国技术、 机电 设备及工程材料的出口,促进劳务输出,提高我国企业国际竞争 力的有效途径。 摘自 中国公路网 47 地质灾害GEOTECHNICAL ENGINEERING WORLD VOL. 7 No. 4