塌陷灾害

塌陷灾害（共3篇）

塌陷灾害 篇1

1 基本情况

2004年3月，湘西一个移民新址部分民房地基下沉，多栋房屋变形裂缝，其中3栋民房直接损毁，工作区原为一斜坡地形，经人工改造成台地。根据野外调查及钻孔揭露，场区第 (1) 层为人工填土，堆填时间约1～2年，块碎石分布不均、粒径大小不一，架空现象严重，结构松散，厚0.5～7.50m。第 (2) 层粉质粘土，黄褐色，硬～可塑，局部软～流塑，水理性质差，其厚度0.30～13.80m。第 (3) 层基岩为二组灰色薄—中—厚层状灰岩，岩体中岩溶裂隙发育，该层局部裸露，层面埋深0.5～16.3m。

2 现状分析

据调查：2004年1～2月，8、9号建筑西侧的地面下沉，墙体有轻微裂缝;3月上旬，地面开始出现环状裂缝，地面下沉幅度加大;3月20日左右，墙体裂缝变宽变长，伴有响声;5月31日，墙体裂缝继续扩大，大部分呈45°线状分布，部分已发展为贯穿裂缝，裂缝宽1～6cm，长2～4m;地面向下陷落，已形成两个洼坑，周边有陡坎，呈圆形，直径1.0m，可见深度1.6m，底部为碎石及软塑状黄色粘土，地表排水沟损坏，不断有水流入洼坑内。22号建筑东侧挡墙裂缝并轻微下沉，22号建筑墙体明显向挡墙外侧倾斜，南北两侧墙体出现裂缝，多呈水平状，宽0.2～1.0cm，长度1～3m，东侧墙体已与南北侧墙体轻微分离，裂缝呈垂直向，宽0.5～2cm，上宽下窄。地面见一条裂缝，近南北走向，宽0.5～2cm，局部可测深度4cm。6月7日，9号建筑墙体“咔咔”作响之后部分垮塌。7月上旬，7号建筑墙体开始裂缝，22号(与8、9、22号相邻)东侧边缘挡墙裂隙加大。地面多处发现地面裂缝，多处建筑物变形。

3 岩溶塌陷成因分析

3.1 自然因素分析。

岩溶地面塌陷是一种特殊的水土流失现象，因此必须具备空间通道、物质基础及动力条件。

(1)场区岩溶发育强烈，大量的岩溶裂隙形成了空间通道。从物质迁移和能量转换的角度来考虑，需要有一定的通道才能完成物质的迁移，塌陷发生的强度与下伏基岩岩溶发育程度相适应，所以岩溶的发育与分布决定地表塌陷的产生与分布。据野外调查及钻探揭露情况分析，场区岩溶发育程度强： (1) 地表可见5个溶洞; (2) 13～16号建筑平整场地及挖基时发现溶洞11个; (3) 施工钻孔100个，见岩溶钻孔达42个，钻孔见岩溶率42%。

(2)松散覆盖土层强度低，厚度小，为岩土体变形迁移提供了物质基础;强度高或厚的覆盖层中不易发生塌陷。据国内有关资料，塌陷基本都分布于土层厚度小于30米的地段;土层的性质是影响塌陷的一个重要因素，因为土的颗粒级配，一些物理性质、水理性质和力学性质决定土体物质是否能被水流迁移，决定土洞的形成速度及其稳定性。

据野外调查及钻探揭露，场区上覆土层主要为人工填土及粉质粘土，人工填土结构松散易湿陷，粉质粘土遇水易软化，强度低，分布厚度0.50～16.30m，一般均在10m以内，上覆土层薄。

3.2 诱发因素分析。

在环境因素的控制之下，一定的诱发因素是造成塌陷的重要条件，场区水动力条件的改变是产生潜蚀及物质迁移的动能。根据1898年俄国学者巴浦洛夫提出的潜蚀论认为，人为因素引起地下水位下降时，水力梯度也随之增大，且两者成正比。水力梯度加大，地下水流整加快，则动水压力增强，当水力梯度达到一定值时，动水压力则大于土体内聚力与颗粒间磨擦力，土颗粒开始被渗流带动迁移。这一现象称为潜蚀或管涌，使土颗粒开始渗流时的水力梯度称为临界水力梯度，根据太沙基(1933年)提出的表达式：

式中：IP———临界水力梯度;γs——土颗粒的密度g/cm3;n——土体的孔隙度

据土工试验资料：第 (2) 层粉质粘土层γs=1.75～1.85g/cm3, n=0.40～0.45。代入数据得IP=0.41～0.51。工作区位于水电站库区，水电站蓄水发电后，库水水位由原来的205.0m上升至238.0m(枯水位)～248.6m(最高洪水位)，塌陷点处标高为260.0m，最高洪水位248.6m时，工作区地下水位255～260m左右，平距30m左右，水力梯度为0.05～0.21

库水位回落至枯水位238.0m时，工作区雨水期的地下水位255～260m左右，平距40m左右，水力梯度为0.425～0.55

因此判断，库水位降低过程中引发的土体潜蚀作用是岩溶地面塌陷的诱发因素。

4 岩溶塌陷稳定性评价

4.1 定性分析评价。

根据岩溶塌陷的形成条件及主要影响因素，选取了六个因素，按它们对塌陷发育的影响大小分为3～4级，综合已有的实践经验，分别赋予经验指标，见下表。

预测指标判别值：N=K+S+H+W+F+G

N=17～20极易塌陷，可产生大量塌陷;

N=13～16易塌陷，可产生较多塌陷;

N=9～12不易塌陷，可产生小量或零星塌陷;

N≤8一般不塌陷，属稳定区，在特殊条件下可能产生个别塌陷;

据工作区岩溶发育程度强烈K=3，覆盖层岩性结构为不均匀的人工填土及粉质粘土，取S=1;覆盖层厚度0.50～16.30m，取H=3;岩溶地下水位8～9m，暴雨后<5m，取W=3;岩溶地下水迳流条件属主迳流带，排泄区，取F=3，场区地貌属岩溶山前缓坡，取G=2;N=K+S+H+W+F+H=15。

综合判定：场区易发生岩溶地面塌陷，且可产生较多塌陷。

4.2 半定量分析评价。

根据地下岩溶裂隙空间发育成岩溶地面塌陷的过程中，地下岩溶裂隙空间上覆岩土体存在自然坍塌填充，自然坍塌的岩土体积增大，当塌落到一定高度时，地下岩溶裂隙空间自行填满，此时可认为地下岩溶裂隙空间已被支撑，不再向上扩展，因此无需再考虑对地基的影响。

h0———岩溶洞隙高度;k———粘土松散系数, 取1.05。

据此分析，场区42个见岩溶裂隙的勘探点有15个点位处的岩溶裂隙上覆盖层不稳定，占总点数的35.7%;27个点暂时稳定，占总点数的64.3%。若考虑水动力条件改变而形成冲刷、潜蚀作用，将有更多点处于不稳定状态。

可见，场区地下岩溶裂隙稳定性差，易诱发成岩溶地面塌陷。

5 地质灾害危险性分区评价预测

据野外调查及钻探资料，场区岩溶地面塌陷有一定的分区性。

5.1 第Ⅰ带剧烈塌陷带：

主要分布在8、9、22号建筑范围，平面呈30m×20m的椭圆状。岩溶地面塌陷已经发生，造成挡土墙、民房破坏，直接经济损失超过30万元。

第Ⅰ带地质灾害发育程度强，规模小，危害大，未经处理，塌陷仍将进一步活动，危险性大。

5.2 第Ⅱ带中度塌陷带：

分两个区，Ⅱ-1区主要分布在26～28号、18～20号建筑范围，平面呈35m×20m的椭圆状。Ⅱ-2区主要分布在13～16号建筑范围，平面呈35m×20m的椭圆状。地质灾害处于孕育期，地质灾害发育程度中等，未经处理将继续发展，直到发生岩溶地面塌陷的灾害，发生岩溶地面塌陷的灾害的可能性大，Ⅱ-1区可能危及建筑物5栋，人员20人;Ⅱ-2区可能危及建筑物4栋，人员16人，危害大，危险性大。

第Ⅱ带地质灾害发育程度中等，地质灾害处于孕育期，发生灾害的可能性大，危害大，危险性大。

5.3 第Ⅲ带轻微（隐伏）塌陷带：

主要分布257～265平台上第Ⅰ、Ⅱ带范围以外的场区，现状稳定，但随着地质环境的变迁，零星分布的岩溶裂隙有可能进一步发展，地质灾害发育程度弱～中等，发生岩溶地面塌陷的灾害的可能性小～中等，可能危及建筑物17栋，固定人口70人，流动人口30人，危害中等，危险性中等。

第Ⅲ带地质灾害发育程度弱～中等，发生灾害的可能性小～中等，危害中等，危险性中等。

6 结论和建议

6.1 移民新址属典型的山区不均匀岩土组合地基，地质环境条件复杂。场区已经发生小型岩溶地面塌陷的地质灾害，发育程度强，危害大，危险性大;13～16号、18～21号及26～28号建筑区，岩溶地面塌陷处于孕育期，地质灾害发生的可能性大，危害大，危险性大。其余地段岩溶地面塌陷发育程度弱～中等，地质灾害发生的可能性小～中等，危害中等，危险性中等。因此未经处治，场区不宜做建设用地使用。

6.2 场区岩溶裂隙发育强烈，上覆松散土层性质差，厚度薄，是造成场区岩溶地面塌陷的自然因素。水动力条件变化大特别是水库蓄水是场区岩溶地面塌陷的诱发因素。

6.3 地质灾害时效性非常强，因此应尽快进行设计施工。同时需尽快建立地质灾害监测应急系统，以防地质灾害的进一步扩大。

7 几点经验教训

7.1 该工程属未经地质灾害评估、勘察、设计的特殊建设场地，如果按照基本建设程序要求做到位，此类地质灾害是完全可以避免的;

7.2 该工程查明了库水位下降过程中引起工作区内松散土体产生潜蚀破坏，设计据此有针对性的水泥灌浆进行防渗加固，从改良土体的渗透性出发进行治理，取得了很好的效果，工作区经处治后，至今未发现有沉降变形迹象。

摘要：岩溶地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体, 在外动力或人为因素作用下产生的突发性地面变形破坏的一种地质灾害现象。湘西地区分布着大面积的碳酸盐岩, 因此也是岩溶地面塌陷较发育的地区, 由于复杂的地质条件以及勘查手段的关系, 分析评价岩溶地面塌陷还存在着较多的技术难题, 通过具体实例对一个移民新址的岩溶地面塌陷评价分析, 以期和同行切磋和交流。

关键词：塌陷,分析,评价

参考文献

[1]刘传正.地质灾害勘查指南[Z].

[2]廖兴发.地质勘查与地质灾害监测评估防治技术实用手册[Z].

塌陷灾害 篇2

高密度电阻率法存岩溶塌陷地质灾害勘察中的应用

灰岩分布区岩溶发育易引发地面塌陷地质灾害,是路、桥、建筑物等工程设施的主要隐患.高密度电法是近些年引入的`物探方法,广泛应用于灾害地质勘察中.在灰岩分布区应用高密度电法勘察第四系土洞、灰岩岩溶、断裂发育等,能取得较好的地质效果.

作 者：张旭升 朱爽 作者单位：辽宁水文地质工程地质勘察院刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(14)分类号：P694关键词：地质灾害 灰岩 高密度电法 土洞 岩溶

塌陷灾害 篇3

关键词：城市隧道,施工,诱发,地面塌陷,灾害机制

0前言

随着我国经济发展水平的不断提高, 城市隧道工程建设规模不断扩大, 隧道施工塌方事故时有发生。隧道塌方具有偶然性强、危害性大的特点, 直接影响到施工人员和城市居民生命财产安全, 引起了社会的广泛关注。导致城市地铁隧道施工塌方事故发生的因素是多样化的, 主要原因在于施工单位没有透彻理解塌方的诱因、形成过程和演变规律, 并对此作出相应的预防措施。因此研究地铁隧道施工塌方的形成机制和规律, 并以此为依据制定科学合理的预防方案, 具有十分重要的现实指导意义。

1 城市隧道施工地面塌陷机制分析

地面塌陷的成因及形成过程十分复杂, 本文将其诱因分成三大类: (1) 施工过程中, 机械设备以及人员在隧道上方造成负荷过重, 引发隧道塌陷; (2) 隧道施工处土质条件较差, 难以承受工程受力, 导致地面塌陷; (3) 隧道工程引起地下水渗透, 导致土层松软发生塌方。

1.1 隧道施工直接导致的地面塌陷

根据普氏理论, 在土层中开挖隧道涵洞后, 如果在没有支称外力的情况下, 土层力学结构会遭受严重破坏, 如果隧道上方土层较厚, 就会导致隧道塌方, 之后会形成围岩, 产生自然平衡的压力拱, 此时土层结构重新进入平衡当中。普氏理论主要适用于开挖较深的隧道, 比较浅的涵洞则不会产生压力拱。普氏压力拱理论可以很好的解释隧道开挖直接导致塌方的情况, 压力拱会根据隧道开挖深度发生相应变化, 是一个重新形成拱形平衡的过程。随着隧道开挖深度的增加, 其压力拱平衡会在受力增大的情况下打破, 如果没有提供足够的支撑力, 就会发生塌方。

1.2 地质层受力结构被破坏导致地面塌陷

地质结构破坏导致塌方形成的主要由空洞导致, 空洞的存在会导致土层受力不均匀, 当隧道掘进到空洞处时, 就会导致土层支撑平衡力被破坏, 从而发生塌方。如果没有隧道施工活动的影响, 土层中的空洞处于一种相对稳定的状态, 一旦施工活动接近这个区域时, 空洞平衡状态就会被打破。因此, 地质层受力结构被破坏导致地面塌陷属于一种间接施工引起的地质灾害。

1.3 管线渗水导致的地面塌陷

城市地铁隧道施工十分容易遇到地下渗水的情况, 其中管线渗漏是主要原因。有专家统计发现, 管线渗漏水通常会诱发地下层流沙运动, 流沙在隧道周边形成水囊或空洞;当隧道工程掘进到管线附近时, 施工活动就会导致更加严重的管线渗漏水情况发生, 严重的情况还会造成管线破裂, 引发大量涌水, 在渗漏水的影响下地质物理结构会发生明显变化, 导致地质受力结构失衡, 从而诱发塌方。

导致管线遭受破坏的原因十分多样化。以供水管线为例, 根据建设部颁发的CJJ92-2002J187-2002《城市供水管网漏损控制及评估方法》, 一般来说, 城市生活用水管线渗漏率低于12%是符合使用规范的。当前, 自来水供水管网中, 管线接头漏水情况也十分普遍, 在渗漏水长期浸泡下, 管线的物理化学性质发生了巨大的变化, 会对管线周边的地质条件产生重大影响, 降低地基的负荷能力, 严重的甚至会架空管线, 管线断裂也多为这种情况引起。

2 城市隧道施工地面塌陷控制

从前面的分析可以知道, 引起城市地铁隧道塌方的因素十分多样化, 其演化过程也异常复杂, 因此隧道工程地面塌方防控是一项系统工程。工程实践经验告诉我们, 导致城市隧道施工地面塌陷最主要的两类原因分别是不良地质体和管线渗漏水, 本文现针对这两类塌陷提出有效的应对措施。

2.1 不良地质体应对方案

不良地质体塌方防护方案主要有两种:一种是事先进行地质条件检测, 为后期施工提供准确数据;另一种是针对不良地质土层进行加固处理, 提高其结构稳固性。广州地铁12号线在三元里站施工时, 遇到了不良地质, 工程部立即组织了地质超前检测。针对不同的地质条件, 例如松散区、富水区和空洞区制定了相应的技术处理方案: (1) 地质松散区易发于回填区域, 且隧道深度不大, 可以采用钻井灌浆的方法来加固; (2) 富水区主要是由充沛的地下水和管线渗漏导致的, 由于该区域存在大量的水分, 在处理之前要探明是否有补充水源存在, 例如泉水、排水管等, 如果存在就要对其进行封堵处理。处理完毕之后再对底层进行钻孔, 将渗漏水全部抽离。富水区由于长期受到水浸泡, 抽离水分之后土层依然松软脆弱, 因此要采取灌浆加固处理, 以提高地质的稳固性; (3) 导致空洞产生的原因也很多, 主要是因为地下构筑物密实度不够高以及管线漏水严重形成的, 因此要对空洞区域进行灌浆处理, 提高其结构的稳定性。

2.2 地下管线安全控制技术

地下管线渗漏会导致塌方, 严重威胁城市隧道工程施工安全, 对施工人员生命安全造成巨大的威胁。为此, 广州地铁12号线三元里工程采用了以下几方面措施:

1) 掌握施工区域管线总体分布情况。要安全控制地下管线, 首先就要全面掌握施工区域管线分布情况。由于管线采用地下埋设, 且所属单位各不同, 这给管线摸排工作造成了巨大困难。因此, 不仅要在施工图纸上掌握地下管线的布置情况, 还要对地下管线进行实地探测工作。目前, 主要有三种地下管线探测方法, 即明显管线点实地调查、隐藏管线点物探探查和开挖调查法。

2) 制定科学合理的管线保护及加固方案。根据管线排查结果, 结合施工现场具体环境特点, 同时对管线的受力和弹性指标进行测量, 根据管道埋设深度、使用寿命设计选择合适型号和材质的管道。根据现有的管道施工技术检测标准来进行管道分类, 并制定科学合理的管线调整方案, 以保证管线施工符合地下隧道施工要求。对于破损严重、使用年代久远的管线要进行加固或者更替处理。对于无法达到安全施工要求的管线, 要及时进行加固或者清除处理。对于渗漏严重的管线, 且使用年限不长的, 可以采用灌浆加固的方法。

3) 采取科学合理的监测方法。检测方法主要有两种, 一种是间接测点;另一种是直接测点。直接测点是通过在管线周边埋设测量装置来测量管线沉降, 这种检测方法需要在不同的取样点进行开挖布设测量设备, 测量所需时间较长, 选样点是否合理直接影响到测量的精确性, 因此实际工作中很少采用这种方式。一般常用到综合管线监测方法, 即对部分关键管线进行直接监测, 对其他管线进行间接监测, 通过综合分析两种测量数据来提高测量的精确度, 保证管线沉降测量结果符合实际情况。

3 结论

1) 通过分析广州地铁12号线隧道施工发生的45起安全事故分析发现:地面塌陷达到15起, 占比达到33%;如果将因施工管理纰漏导致的20起事故排除在外, 地面塌陷事故占比将会高达67%, 由此可见, 地面塌陷是广州地铁施工事故中的主要安全影响因素。

2) 本文抽取了国内几大重要城市地铁施工安全事故数据, 发现隧道塌方事故主要有四种原因导致:恶劣的地质条件、管线渗漏水、地下复杂的地层结构以及施工现场管理纰漏。因管线渗漏水导致地面塌陷事故11起, 占比为38%;因不良地质条件导致地面塌方事故9起, 占比为31%。上述两种因素诱发的塌方事故占比达到69%, 可见不良地质条件和管线渗透是导致地铁隧道施工塌方事故的主要诱因。

3) 根据前面的数据统计结果, 本文将导致隧道施工塌方事故的原因归结三类: (1) 因人为施工后导致地层结构受到破坏形成的塌方; (2) 因地下恶劣的地质条件造成地层受力不均匀导致的塌方; (3) 因为管线损害渗透造成的塌方。前一种属于隧道施工直接导致地面塌陷, 后两种方式属于间接施工导致地面塌方。

4) 揭示了上述三种塌陷的成因和变化规律:第一种塌陷成因是因为人为施工活动破坏了地层受力平衡, 由于隧道处缺乏有效的支撑导致地面出现塌陷;第二种塌陷的成因是在施工过程中施工扰动下上覆地层不良地质体结构遭受毁坏, 主要是因为空洞断面的扩展或空洞间的中空地带导致上层地质结构遭受破坏, 从而引起空洞上方底层结构失衡造成地面塌方;第三种塌陷成因是因为人为扰动因素导致管线渗漏引发流沙导致地面塌陷。

最后, 本文针对两种最主要的引起城市地铁隧道施工地面塌陷的成因———不良地质体和管线渗漏水进行了深入分析, 针对其原理和演化规律进行了全面研究, 并提出了有效的解决方案和建议, 希望能够给国内隧道工程施工提供有益理论指导。

参考文献

[1]王立峰, 熊鹤鸣.广州地铁施工塌方事故原因分析及应对对策[J].上海交通大学学报, 2007, 41 (3) .

[2]和平高, 章力.刚性管线纵向应变安全研究[J].土木工程, 2008 (11) .