武汉市岩溶塌陷分类及防治对策_杨涛

Statistics of classification of collapsecausing models and karst collapse cause 位置 丁公街 中南轧钢厂 阮家巷 陆家街 金水村 毛坦港 市司法学校 烽火村 乌龙泉 阮家巷 长江紫都 陡埠村 张家湾 钢材市场 光霞村五组 白沙洲大道 南湖变电站 市民政学校 金水办事处 陷坑个数 — 5 3 1 1 1 1 22 1 1 2 8 1 1 1 1 1 1 1 53 致塌模式 潜蚀 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 18 95 重力 √ √ √ √ √ √ √ √ 吸蚀 √ 荷载 √ 振动
第 27 卷 第 5 期 2013 年 10 月
资源环境与工程 Ｒesources Environment ＆ Engineering
No. 5 Vol. 27 ， Oct． ， 2013
武汉市岩溶塌陷分类及防治对策
杨
摘
涛，涂
婧，殷
美，刘鹏瑞
（ 湖北省地质环境总站， 湖北 武汉 430034 ）
要： 通过对武汉市岩溶塌陷的性状特征进行研究，分析 其时空 分 布 特 点 及 主要 影响 因素， 总结 武 汉 市
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岩溶发育特征
武汉市隐伏岩溶总体呈近东西向条带状分布， 主要 关山—白沙洲向 分布于武汉市中南部的荷叶山向斜、 斜、 大桥向斜、 流芳向斜、 何家湖—吴泗向斜及五里界— 方咀向斜等构造的核部， 系晚石炭世、 早二叠世及早三 叠世时沉积形成。根据盖层的特点， 武汉市岩溶主要分 为覆盖型和埋藏型两种类型， 裸露型岩溶较少分布。 覆盖型岩溶直接隐伏于第四系全新统砂、 砂砾石 含水层之下， 两者间无隔水层， 上部孔隙承压水与下伏 岩溶水有较好的水力联系。武汉市岩溶塌陷集中发生 在覆盖型岩溶区。埋藏型岩溶隐伏于白垩—下第三系 粘土岩、 砂岩之下， 粘土岩厚度空间展布变化较大。 该
岩溶塌陷成因，并按其成因进行分类。在此基础上，分析 其 诱 发 因素变 化 趋势，提 出 武 汉 市 岩 溶塌 陷 防治 对策建议。 关键词： 岩溶塌陷; 类型; 诱发因素; 防治对策 中图分类号： P642． 25 文献标识码： B 文章编号： 1671 － 1211 ( 2013 ) 05 － 0661 － 04
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
发生时间 （ 年 － 月） 1931 1977 1983 1988 1994 1999 2000 2000 2001 2005 2006 2008 2009 2009 2010 2010 2010 2011 2012 － 08 － 09 － 07 － 05 － 06 － 04 － 02 － 04 － 05 － 08 － 04 － 02 － 11 － 12 － 01 － 04 － 07 － 12 － 11
表1
Table 1 分类 标志 类型 塌陷体物 质组成 土层塌陷 基岩塌陷 形成时期 新塌陷（ 现代） 老塌陷（ 第四纪） 古塌陷（ 第四纪以前）
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岩溶塌陷分类一览表
Schedule of classification of karst collapse 可溶岩类型 碳酸盐岩 石膏 岩盐 钙质胶结碎屑岩 含石膏碎屑岩 成因（ 诱发因素） 自然 人为 降雨 天旱 洪水 地震 重力 排水 抽水 蓄水 振动 荷载 渗水
收稿日期： 2013 － 04 － 07 ； 改回日期： 2013 － 07 － 16 作者简介： 杨涛 （ 1976 － ） ，男，高级工程师，水文地质与工程地质专业，从事水工环地质工作。E － mail： 381190199@ qq. com
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资源环境与工程
2013 年
类型岩溶主要分布于汉阳墨水湖 、 武昌南湖以南等地。 武汉市内岩溶多沿层面和裂隙发育， 受地壳升降 运动影响， 岩溶现象具多期性， wk.baidu.com垂向上有一定的分带 ［1 ］ 从溶洞分布所在高程来 性。据前人钻孔勘察资料 ， － 5 ～ － 10 m 标高范围内为岩溶最发育段， 看， 钻孔中 见溶洞 及 岩 溶 现 象 的 最 多， 占有岩溶现象钻孔的 29． 56% ； 其次为 － 10 ～ － 15 m、 － 15 ～ － 20 m 标高范 10． 34% ， 围内， 分别占有岩溶现象钻孔的 18． 72% 、 为 岩溶次发育段； 再次为 0 ～ － 5 m 及 － 20 ～ － 25 m 标 高范围， 分别占有岩溶现象钻孔的 6． 4% 及 8． 37% 。 标高 － 25 ～ － 45 m 范围内岩溶及溶洞发育相对较少， 为岩溶弱发育段。
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地质背景
武汉市位于江汉平原东部边缘隆起地带， 总的地势 西北低， 以丘陵与平原相间的波状起伏地形 是东南高、 汉江贯穿全区， 河网湖泊密布， 水资源丰 为主。长江、 。 富 区内地表水系由长江的干支流及湖泊体系组成。 市内基岩露头零星， 主要地层包括志留系砂页岩、 泥盆系石英砂岩、 石炭—三叠系碳酸盐岩、 侏罗系石英 砂岩、 白垩—下第三系杂砂岩、 上第三系半胶结粘土 岩。基岩大多隐伏于第四纪地层之下 。 区内第四纪地 层主要包括： 第四系全新统冲积层、 湖积层、 湖—冲积 层、 残坡积层； 第四系上更新统冲积层、 湖积层； 第四系 中更新统洪冲积层； 第四系下更新统洪冲积层。 覆盖 层厚度一般为 5 ～ 60 m。 在大地构造上， 武汉市位于淮阳山字型弧顶西侧 与新华夏系第二沉降带复合部位， 由于受燕山期运动 南北向水平挤压应力作用， 致使古生代及早三叠纪地
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武汉市岩溶地质条件十分复杂， 数条碳酸盐岩条 总体呈近东西向分布。 武汉市长江两岸 带横跨长江， 沿江地带发生岩溶塌陷由来已久， 有明确记载的岩溶 塌陷曾导致 塌陷于 1931 年 8 月发生于武昌区丁公街， 白沙洲淹没， 并在该段形成倒口湖。 近三十 江堤溃口， ， 年来 随着城区范围不断扩展， 人类工程活动的加剧， 武汉市岩溶塌陷频繁。 岩溶塌陷的发生与发展、 诱发 因素等呈现出新的变化趋势， 对武汉市的城市建设造 成的不利影响日渐突出。因此对岩溶塌陷成因进行分 类， 提出相应的防治措施建议， 具有重要的现实意义。
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引言
层形成一系列近东西向的紧密线状褶皱以及与之配套 的压性、 压扭性断裂体系。 武汉市地下水类型可分为松散岩类孔隙水， 碎屑 岩类裂隙孔隙水， 碎屑岩类裂隙水和碳酸盐岩裂隙岩 溶水四类。松散岩类孔隙水主要赋存于长江一、 二级 阶地， 第四系上更新统及全新统松散的砂 、 砂砾石或粉 细砂的孔隙中； 碎屑岩类裂隙孔隙水主要赋存于上第 三系含砾砂岩孔隙裂隙中， 且伏于第四系全新统孔隙 单井涌水量 ≤100 m / d； 碎屑岩类裂隙水 承压水之下， 水质良好； 赋存于晚第三纪以前生成的碎屑岩裂隙中 ， 碳酸盐岩裂隙岩溶水赋存于岩层的溶蚀裂隙及溶洞 岩溶水的补给、 迳流、 排泄也受地质环境条件所制 中， 4 —10 月长江水位高于岩溶水水位， 约， 此时岩溶水主 要由长江水补给， 其次是孔隙水补给。11 月—次年 3 月， 岩溶水位高于长江水位， 但低于孔隙水水位， 此时 岩溶水主要由孔隙水越流补给， 向长江排泄。
岩溶塌陷多发生于 4 —9 月， 为长江丰水期阶段或平水 当长江水位达到一定高程， 且伴 期与丰水期转换阶段， 有日暴雨量 ＞ 100 mm， 或 2 —3 d 持续降水总量超过 100 mm 时， 是岩溶塌陷产生的最危险时段。而枯水期 则一般没有产生。由于岩溶塌陷灾害频发， 突发性强， 且多发生于人口密集区， 塌陷灾害致使工厂停产， 学校 停课， 生产物资及民房陷落， 供水管道、 供电线路及公路 遭到破坏， 居民搬迁， 造成了巨大的经济损失， 严重威胁 已成为武汉市主要地质灾害。 居民的生命财产安全，
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合计 百分比 / %
8 42
2 11
2 11
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并向下伏开口溶洞运移， 形成土洞。 同时大降深的开 采岩溶水， 也使得下部岩溶水在基岩面以下形成岩溶 空腔， 当岩溶水水位下降时产生真空吸蚀作用 ， 加剧了 最终导致地面塌陷。 该类塌陷多发生在 土洞的发展， 2001 年前， 随着武汉市政府高度重视岩溶塌陷地质灾 害的防治， 加大了地下水开采监控力度， 并禁止在隐伏 岩溶区开采地下水后， 因抽取岩溶地下水而诱发的塌 陷未再发生， 其成效明显。 4． 2． 2 荷载塌陷 荷载塌陷是地表荷载增加， 超过溶洞或土洞顶板 允许强度引起的塌陷。 该类塌陷武汉市较少， 仅有 2 处。其中， 中南轧钢厂岩溶塌陷是因附近长期抽取岩 溶水， 使上覆第四系砂砾石、 亚粘土层中产生土洞， 并 在 1 500 t 煤及 600 t 钢坯荷载作用下致塌。 4． 2． 3 振动塌陷 近些年来武汉市大规模的城市市政建设， 修筑大 量的道路、 桥梁、 房屋建筑等工程。 在隐伏岩溶区， 特 别是在桩基等施工过程中， 产生剧烈的振动， 使岩土体 中产生破裂位移、 压密下沉、 振动液化等破坏效应。 同 施工过程中钻头直接击穿岩溶顶板时 ， 造成上覆松 时， 散颗粒物质在地下、 地表水作用下， 迅速向下部岩溶管 道运移， 容易产生塌陷灾害， 导致机械设备受损、 管线 破损、 交通瘫痪、 房屋开裂等。武汉市白沙洲大道高架 桥施工因此产生多处塌陷地质灾害 。
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岩溶塌陷分类
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岩溶塌陷概况
岩溶塌陷分类一般可按形成时期 ， 可溶岩类型、 成 ， （ 1 ） 。 因 塌陷体物质组成进行分类 表 武汉市为碳酸盐岩隐伏岩溶分布区， 岩溶塌陷体 均由上覆第四系松散堆积物组成， 塌陷的形成比较复 杂， 常是在多因素影响下， 多机制作用的结果， 本次将 综合岩溶塌陷成因进行分类。 根据武汉市岩溶塌陷成因及诱发因素， 自然塌陷 诱发因素包括降雨、 天旱、 洪水引起， 而人为塌陷诱发 因素则主要包括抽水、 荷载、 振动和渗水等（ 表 2 ） 。 依据各岩溶塌陷的形成原因和主要诱发因素， 结 武汉市岩溶塌陷致 合各塌陷形成地质条件综合分析， 塌模式主要包括潜蚀、 重力、 吸蚀、 荷载和振动。 4． 1 自然塌陷 自然塌陷是在自然条件下， 由于降雨、 洪水、 干旱 ， 及岩土体自重等引起的塌陷 一般与人类活动无关。 武汉市在 2000 年以前发生的塌陷中， 多数是属于自然 塌陷， 主要是由于降雨、 长江水位变化等引起的潜蚀作 用诱发， 降雨是该类塌陷的主要诱发因素 。 4 ． 2 人为塌陷 4． 2． 1 抽水塌陷 抽水塌陷是抽取岩溶地下水引起的塌陷， 武汉市 最大的烽火村岩溶塌陷即是由于抽水引起 。 此类塌陷 是邻区大量开采岩溶水， 导致岩溶水水力坡度增大， 上 部孔隙承压水向下部岩溶水的迳流补给作用增强 ， 上 覆盖层中的松散颗粒在长期强迳流作用下发生潜蚀 ，
第5 期
杨涛等: 武汉市岩溶塌陷分类及防治对策 表2
Table 2
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武汉市岩溶塌陷成因及致塌模式分类统计表
成因及主要诱发因素 人为塌陷 塌陷 抽水 荷载 振动 渗水 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 6 3 2 7 9 31 16 11 37 47 自然
［2 ］
武汉市长江两岸沿江地带发生岩溶塌陷由来已 久， 截至 2012 年， 武汉市区先后发生过数十次 （ 处 ） 地 面塌陷。有明确记载的岩溶塌陷为 1931 年， 上文已 述。 2000 年 4 月， 青菱乡烽火村岩溶塌陷规模较大 ， 该塌陷区东距京广铁路 750 m， 西距 107 国道 120 m， 北距长江 1． 8 km， 共发生大小陷坑 22 处， 总体分布呈 2 陷坑总面积 3 468 m ， 总体积 18 498 近东西向展布， m 。塌陷导致了 42 栋共 230 余间房屋开裂倒塌， 共计 4 2 2 建筑面积 1． 1 × 10 m 。 同时还使 19 栋 1 870 m 的房 屋遭受到不同程度的损坏， 致使区内水电中断， 大面积 。 150 990 ， 农田被毁坏 由于 户 人及时撤离 此次塌陷 未造成人员伤亡， 但其造成的经济损失极大， 直接经济 损失达 611 万元， 间接经济损失达 510 万元。 武汉市岩溶塌陷在地质构造上主要处于关山向斜 核部或近核部位， 岩层倾角陡立。 地貌上为长江一级 阶地前缘及中部， 原是长江古河道所在。 地质结构特 征具河流相二元结构； 下伏可溶性碳酸盐岩， 岩溶发 育。水文地质结构具双层结构特征： 上覆第四系松软， 松散土层， 含孔隙水； 下伏石炭—三叠系可溶性碳酸盐 岩夹碎屑岩， 赋存岩溶裂隙水， 两层地下水均具承压 性， 水力联系密切， 且与长江水呈互补关系。 另外区内