岩溶地区人防工程地质灾害论文

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1概况

1.1工程概况拟建人防工程项目位于贵阳市，除公园路为地下一层外，其余均为地下两层。工程建成后总建筑面积约42×104m2，将成为目前国内建筑规模较大的单建式平战结合人防工程；除中山路道路宽度为16m外，其余道路宽度都为26m，工程主体位于道路以下，出入口位于道路两侧人行道上。工程施工采用盖挖逆作法。

1.2地质概况评估区大地构造单元属扬子准地台黔北台隆贵阳北东向复杂构造变形区之贵阳向斜，区内无断层通过，受褶皱作用影响，区内地层产状变化较大，向斜西翼地层倾向94°~118°，倾角24°~36°，向斜东翼地层倾向171°~226°，倾角20°~32°，向斜核部倾向近南，倾角20°。区内主要发育三叠系下统安顺组（T1a）白云岩、溶塌角砾岩、中统花溪组（T2h）白云岩、砂屑白云岩及第四系红粘土、人工填土。

2地质灾害危险性预测

建设工程区由于受城市现代化建设影响，建设区内地形平坦，岩石类型主要为碳酸盐岩，无大断裂构造通过，属于区域地壳基本稳定区。因此，评估工作主要从区内地质、褶皱、水文地质、工程地质条件以及气候条件、工程特征、施工条件等对工程建设可能引发或遭受的地质灾害进行预测分析。现将常见的几种地质灾害类型简述如下。

2.1隐伏岩溶塌陷区内地下人防工程施工过程中所经地层及岩石类型主要为三叠系下统安顺组（T1a）及中统花溪组（T2h），其岩性为白云岩。施工区主要处于贵阳向斜轴部，为深部岩溶易发育地段。岩溶发育深度集中在地面以下10~30m、50~70m、80~90m、110~150m等。结合邹成杰、李茂秋对深部岩溶的划分方案，区内属河谷—向斜盆地型深岩溶，但因建设区地下水位分布较浅，所以隐伏岩溶地面塌陷是施工过程中主要灾种之一。拟建工程采用9m×8m的柱网，溶洞顶板承受的压力有人防工程结构自重、水压力、土压力等静荷载以及人防顶板上的车辆轮压荷载、层间楼板上的使用荷载等活荷载，地震荷载下结构的动力影响，结构顶板处的主应力最大。建设工程处于贵阳向斜轴部，隐伏小断层较发育，受之影响岩石节理、裂隙发育，这加剧了岩溶的发育，易导致岩溶地面塌陷。以往水文地质资料也显示，岩溶水钻孔单位涌水量0.1~3.4L/（s•m）。在自然条件下，由于区内地下水活动的交替变化比较强烈，溶洞顶板较薄，并覆盖第四系土层，这也进一步增加了塌陷的可能性。在附加压力（主要为静荷载和活荷载）的作用下，产生隐伏岩溶塌陷的可能性更大。预测工程建设引发或遭受岩溶地面塌陷的可能性大，地质灾害发生后造成的危害程度大，危险性大。

2.2基坑突水及隧道涌水[11]地下人防工程建设过程中经过地段的地下水类型主要为碳酸盐岩岩溶水，局部为孔隙水、裂隙水。地下水水位埋深较浅，一般小于10m。根据区域水文地质资料分析结果，泉水、地下河流量一般10~20L/s，枯季地下水径流模数4.42~9.48L/（s•km2）。地下人防工程属浅埋隧道，且所有路段均为强含水层，地下水涌水将对工程施工造成威胁。预测基坑突水及隧道涌水的可能性较大，危害性中等—大。地下人防工程穿过贯城河（中华路地下人防工程）、市西河（瑞金路地下人防工程）及隐伏断层带时，隧道基坑突水及隧道涌水的可能性及危险程度更大。

2.3疏干排水引发地面塌陷已有资料记载，老城区曾发生过多次抽水引起岩溶地面塌陷事件。如1973年，贵州博物馆地基塌陷；1973年、1978年湘雅村塌陷；2001年中华北路喷水池塌陷等。地下人防工程顶板无明显隔水层，全路段均为碳酸盐岩强含水层，且区内地下水位埋深浅，隧道内大面积的排水，将有可能改变区内地下水径流场及渗流场，地下水水位以基坑为中心呈漏斗状向四周扩散，从而导致地下水水位下降，静态水平衡遭受破坏，水压力大幅度消减，地基可能因承载力不足而产生不均匀沉降。尤其建设工程区为岩溶发育区，易形成局部地面塌陷。塌陷区范围可根据抽水影响半径确定。隧道抽水影响半径涉及含水层包括第四系人工填土、粘土及白云岩，地表以下0.5~2m基本为钢筋混凝土，白云岩岩体溶洞、裂隙等发育不均匀，对渗透系数取加权平均值后，可近似认为含水层属均质各项同性。计算时假设隧道底板标高为0m，采用含水层底板标高为-800m，依上述假设条件，隧道涌水量预测采用抽水影响半径公式按式（1）进行概算。R=2SHK（1）式中：R——抽水影响半径，m；S——设计水位降深，m，取坑底至静止水位标高的距离；H——取含水层底板至静止水位的距离，m；K——渗透系数，m/d；式中各参数取经验数值（概数）为:K=0.2m/d，S=10m，H=800m，代入各参数计算得R=253m。另外，可以根据影响半径的经验数值及评估路段岩层性质、单位涌水量来确定影响半径，《贵州省贵阳市城市供水水文地质勘察报告》（1∶5万）区域地质资料显示，岩溶水钻孔单位涌水量一般0.1~3.4L/（s•m），取值约1.7L/（s•m）。对照表1，大概可确定区内抽水影响半径R=255m，最小可小于10m，最大可大于500m。地下人防工程属浅埋隧道，预测疏干排水引发影响半径范围（R）内地面塌陷的可能性较大，危害性中等。邻近未采用桩基的老式建筑、道路等遭受工程建设中抽排水引发的岩溶塌陷危害的可能很大。

2.4围岩失稳人防工程均采用地下开挖，相当于采用隧道通过，所经路段地层岩性主要为三叠系碳酸盐岩及部分第四系地层。第四系地层厚一般1~8m，岩性主要为白云岩，呈弱—中等风化，属于脆性围岩。区内局部可能发育隐伏小断层，断层带及其影响范围内岩石裂隙发育、稳定性差，加之工程施工破坏岩石的完整性，从而易沿裂面产生应力集中(尤其是产状较平缓不大于30°的裂隙)，导致顶板坍塌、掉块。因此，认为工程施工中容易发生的灾害主要为隧道顶板塌落、掉块、坍塌及地下人行通道进出口开挖边坡失稳。其发生的可能性大，危害程度大，危险性大。

2.5小结综上所述，贵阳市地下人防工程建设引发和遭受地质灾害主要为隐伏岩溶地面塌陷，其可能性大，危害程度大，危险性大；其次为基坑突水及隧道涌水，其可能性大，危险性和危害程度中等—大。其最大的威胁除了地下水以外，其次就是土层的坍塌、滑塌和滑坡、地面塌陷问题。其中地面塌陷的形成方式主要有以下2种：①隧道施工直接导致上覆地层失稳破坏形成的地面塌陷；②隧道施工导致地层中不良地质体（以隐伏岩溶、地下水为代表）破坏，进而引发的地面塌陷。

3探讨

通过对贵阳市地下人防工程地质灾害进行危险预测评估，其主要引发和遭受的灾种为隐伏岩溶地面塌陷、基坑突水及隧道涌水、疏干排水引发地面塌陷、隧道围岩失稳，其中隐伏岩溶地面塌陷的危害性最大。今后在岩溶地区从事地下人防工程建设及地质灾害危险性评估工作时，应首先了解和掌握岩溶特性及形成机制，针对不同地区、不同地质构造类型等特征，选取相应的评估方法和对策，以使评估工作更有成效，以避免地质灾害的发生，保证人民的人身和财产安全。贵阳市地下人防工程地质灾害危险性评估工作及评估对策可为上述工作的有效开展提供重要借鉴。如果在地震易发区、断裂活动区、构造发育区、沙土液化区、厚层软土区等，应根据实际的地质、构造、水文地质、工程地质条件以及气候条件、工程特征、施工条件等进行单独评估。其中,隧道围岩失稳、基坑突水及隧道涌水、疏干排水引发地面塌陷这3种灾害是地下人防工程最常见的。岩溶塌陷主要是发生在碳酸盐岩地区。

4总结

上述结论及观点是笔者在从事贵阳市地下人防工程地质灾害预测评估工作过程中的一些认识，不一定具有“普适性”，相信随着今后地下人防工程的逐步开展，会涌现出大量优秀的地质灾害危险性评估工作者、评估报告及相关文章，最终将会形成基本统一的认识和评估方法。

作者：郑禄林郑禄璟单位：贵州省地矿局地球物理地球化学勘查院贵州大学资源与环境工程学院，