山東天燃?xì)夤芫W(wǎng)工程沿線巖溶塌陷成因分析

陳菊紅

(山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西晉中 030620)

1 地質(zhì)環(huán)境條件

本管道工程起點(diǎn)為西氣東輸冀寧聯(lián)絡(luò)線泰安分輸站，終點(diǎn)為威海鏌铘島。線路在泰安市岱岳區(qū)省莊鎮(zhèn)苑莊—東羊婁村段跨越山間盆地。地表為第四紀(jì)松散砂土、粘質(zhì)砂土、砂質(zhì)粘土或粘土等，且厚度相對(duì)較薄(一般小于30 m)，局部夾含水砂層;下伏奧陶紀(jì)灰?guī)r，灰?guī)r巖溶發(fā)育，地下水交替循環(huán)強(qiáng)烈。該段發(fā)育NNE及NNW向隱伏斷裂。

2 巖溶塌陷的分布位置與危害

管道工程沿線分布有巖溶塌陷2處，位于泰安市岱岳區(qū)省莊鎮(zhèn)東苑莊和羊婁村一帶。距離管線400 m～1 250 m。

東苑莊巖溶塌陷，始發(fā)于2003年7月。陷坑呈圓形，直徑6 m，深度4.8 m，造成農(nóng)田破壞，房屋裂縫。羊婁村巖溶塌陷，始發(fā)于2003年5月30日，陷坑坑口東西長(zhǎng)35 m，南北寬27 m，可見深度29.6 m，造成0.07 hm2麥田和1萬(wàn)m3土層瞬間化為烏有;2003年6月4日、9月4日及2004年、2005年、2006年6月又多次在陷坑附近發(fā)生塌陷及裂縫，隨著塌陷坑的不斷發(fā)育，目前直徑已超過(guò)50 m。巖溶塌陷造成村民房屋損壞及財(cái)產(chǎn)損失，東羊婁村、西羊婁村和羊東村因此被迫搬遷。

3 巖溶塌陷的發(fā)育特征和分布規(guī)律

3.1 發(fā)育特征

巖溶塌陷的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為塌陷的突發(fā)性、重復(fù)性和塌陷形態(tài)的獨(dú)特性。

2003年6月，東羊婁村民在收割小麥時(shí)，在毫無(wú)預(yù)兆的情況下地面發(fā)生塌陷，拖拉機(jī)掉入塌陷坑內(nèi)，從發(fā)生到終歷時(shí)僅幾分鐘，無(wú)明顯前兆，表現(xiàn)為塌陷的突發(fā)性。

塌陷發(fā)生后，于2004年、2005年、2006年6月又多次在已有陷坑附近發(fā)生塌陷及裂縫，表現(xiàn)為同一區(qū)域內(nèi)塌陷發(fā)生的重復(fù)性。

巖溶塌陷平面上多呈圓形、橢圓形，剖面形態(tài)多呈壇狀、井狀或漏斗狀，直徑2 m～50 m，可見深度4.8 m～29.6 m，形態(tài)具獨(dú)特性。

3.2 分布規(guī)律

塌陷多發(fā)生于第四紀(jì)覆蓋層較薄，下部灰?guī)r巖溶發(fā)育的地段。第四紀(jì)沉積物多為松散砂土、粘質(zhì)砂土、砂質(zhì)粘土或粘土等，且厚度相對(duì)較薄(一般小于30 m)，局部夾含水砂層;下部灰?guī)r巖溶發(fā)育，地下水交替循環(huán)強(qiáng)烈。一般淺部巖溶愈發(fā)育，富水性越強(qiáng)，塌陷數(shù)量越多，規(guī)模越大，范圍愈廣。

塌陷多沿?cái)嗔褞Х植肌嗔褬?gòu)造發(fā)育地段，巖石破碎，有利于地下水滲透，因而巖溶發(fā)育，當(dāng)大量開采地下水時(shí)，就易發(fā)生沿構(gòu)造線的地面塌陷。

塌陷多發(fā)生于巖溶地下水位由承壓狀態(tài)轉(zhuǎn)為無(wú)壓狀態(tài)，或無(wú)壓狀態(tài)與承壓狀態(tài)反復(fù)變動(dòng)的地段。地下水位保持在基巖面(頂板)以上時(shí)，不易產(chǎn)生塌陷;但當(dāng)?shù)叵滤患眲∠陆担德渎┒费杆贁U(kuò)展時(shí)，地下水對(duì)巖溶充填物和第四紀(jì)土體的侵蝕作用增強(qiáng)，巖溶塌陷數(shù)量和范圍相應(yīng)增加。

塌陷多發(fā)生于雨季，枯水季節(jié)大量抽取地下水，造成地下空洞，降雨使地表土層濕潤(rùn)后，承載能力減弱，易出現(xiàn)塌陷。如2006年7月，暴雨過(guò)后，羊婁等地發(fā)生多處塌陷。

4 巖溶塌陷形成條件及影響因素

巖溶塌陷形成條件及影響因素包括巖溶發(fā)育程度、上覆第四紀(jì)厚度、地下水水位埋深及水位波動(dòng)幅度等。巖溶發(fā)育程度決定巖溶裂隙、溶洞、溶孔的多少或發(fā)育強(qiáng)度;上覆第四紀(jì)厚度決定巖溶塌陷的可能程度，巖溶塌陷一般發(fā)生在覆蓋型可溶巖和半裸露型可溶巖發(fā)育的地區(qū);地下水位埋深及水位波動(dòng)幅度是松散物運(yùn)移的動(dòng)力，地下水水位于巖土界面波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致塌陷的可能性較大。

4.1 巖溶發(fā)育程度

根據(jù)東苑莊和羊婁村一帶物探成果，管線附近灰?guī)r埋藏深度14 m～24 m，地下水交替循環(huán)強(qiáng)，巖溶裂隙發(fā)育程度高，巖溶洞隙數(shù)量多，規(guī)模大。巖溶洞隙成為塌陷物質(zhì)的儲(chǔ)集空間和動(dòng)移通道，為地面塌陷奠定了特定的地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)。

4.2 可溶巖上覆土層性質(zhì)和厚度

可溶巖上覆土層性質(zhì)和厚度是巖溶塌陷形成的重要條件。一般情況下，覆蓋的土層較厚，塌陷發(fā)生的強(qiáng)度較弱;相反，則發(fā)生強(qiáng)度較大，次數(shù)亦多。

巖溶塌陷區(qū)覆蓋層為殘積或沖洪積砂質(zhì)土或粉砂質(zhì)土，結(jié)構(gòu)松散，易被水流帶走，產(chǎn)生潛蝕作用生成土洞。在土洞產(chǎn)生的初級(jí)階段，當(dāng)相變或混雜有較多的礫石、碎石塊時(shí)，碎塊間存在一定的間隙，增強(qiáng)了滲透能力，為土洞的形成創(chuàng)造了更加有利的條件。

巖性結(jié)構(gòu)對(duì)塌陷的形成有著明顯的影響。東苑莊和羊婁村一帶第四紀(jì)直接覆蓋在奧陶紀(jì)碳酸巖之上，呈雙層結(jié)構(gòu)。第四紀(jì)下部為粉砂加礫石層，含、導(dǎo)水性較好，而且結(jié)構(gòu)松散，承載力差;下覆奧陶紀(jì)灰?guī)r屬碳酸鹽巖類，巖溶洞隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)不完整，工程地質(zhì)條件差。巖溶地下水位在基巖面附近波動(dòng)，位于不整合接觸面上部的土層較薄，而下部的灰?guī)r巖溶發(fā)育，在地下水位劇烈變化下，發(fā)生上部第四紀(jì)土層的坍塌。

4.3 巖溶塌陷形成的動(dòng)力條件

東苑莊和羊婁村一帶巖溶地下水埋藏較淺，由于大量開采，導(dǎo)致水位大幅度下降，巖溶水由承壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化為無(wú)壓的潛水狀態(tài)，第四紀(jì)孔隙水垂向越流向下補(bǔ)給下伏巖溶水，在地下水波動(dòng)作用下產(chǎn)生真空吸蝕及滲透潛蝕，上覆土層被沖刷、搬運(yùn)、崩解形成土洞。大氣降水、地表水及灌溉用水的入滲，致使第四紀(jì)孔隙水水位回升、第四紀(jì)土層飽和，在土體自重作用下發(fā)生地面塌陷。

5 防治措施

管線建設(shè)前宜進(jìn)行必要的勘查，根據(jù)勘查結(jié)果采取相應(yīng)的治理工程措施。建成后宜加強(qiáng)巖溶地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以防由于水動(dòng)力條件的改變而產(chǎn)生巖溶塌陷，發(fā)現(xiàn)塌陷及溶洞、溶蝕裂隙、土洞及時(shí)進(jìn)行封堵充填。必要時(shí)采取鉆孔灌漿、梁板跨越等工程措施。

［1］山東天燃?xì)夤芫W(wǎng)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告［R］.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2010.