李愛軍

(湖北省地質(zhì)局 武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),湖北 武漢 430051)

江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷的典型特征及控制因素分析

李愛軍

(湖北省地質(zhì)局 武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),湖北 武漢 430051)

對(duì)2014年9月武漢市江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷所呈現(xiàn)的分布及時(shí)空動(dòng)態(tài)等典型特征進(jìn)行分析,對(duì)比該塌陷與武漢市多年來發(fā)生的巖溶地面塌陷在地貌單元、地質(zhì)模式、成因機(jī)理和動(dòng)力因素等方面的異同點(diǎn),揭示其產(chǎn)生的地質(zhì)背景條件和控制因素。通過研究分析認(rèn)為,江夏區(qū)法泗塌陷與武漢市區(qū)巖溶地面塌陷所處的地質(zhì)構(gòu)造單元不屬于同一構(gòu)造單元,為武漢地區(qū)一新的巖溶地面塌陷易發(fā)區(qū)域,塌陷的分布特征與時(shí)空動(dòng)態(tài)特征受地質(zhì)構(gòu)造單元、水文地質(zhì)單元及地下水動(dòng)力作用等因素控制。

巖溶地面塌陷;典型特征;地質(zhì)背景;控制因素

武漢市碳酸鹽巖分布較廣,區(qū)內(nèi)巖溶地面塌陷災(zāi)害頻繁發(fā)生。2014年9月5日,武漢市江夏區(qū)法泗街發(fā)生巖溶地面塌陷,在兩天時(shí)間內(nèi)共形成19個(gè)塌陷坑及地表沉陷,造成3棟民房被毀、2幢民房嚴(yán)重傾斜,金水河兩側(cè)河堤嚴(yán)重垮塌,兩岸居民113人撤離,為武漢地區(qū)近年來發(fā)生的規(guī)模最大的一次地質(zhì)災(zāi)害。災(zāi)情發(fā)生后,各級(jí)政府高度重視,迅速組織專家和相關(guān)單位趕赴災(zāi)區(qū)開展搶險(xiǎn)救災(zāi)工作。筆者所在單位——武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)受國(guó)土部門委托,立即對(duì)巖溶地面塌陷區(qū)開展了應(yīng)急勘查工作,查明了塌陷的分布范圍、規(guī)模、地質(zhì)環(huán)境條件及成因機(jī)制,提出了巖溶地面塌陷的防治措施和建議。由于應(yīng)急處置得力,此次塌陷未造成人員傷亡,災(zāi)情得到有效控制,后續(xù)對(duì)塌陷區(qū)又采取了有效的防治措施,至今塌陷區(qū)未發(fā)現(xiàn)新的險(xiǎn)情。

江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷分布特征及時(shí)空動(dòng)態(tài)特征受地質(zhì)構(gòu)造單元、水文地質(zhì)單元及地下水動(dòng)力作用等因素控制,本文通過對(duì)調(diào)查、勘查、監(jiān)測(cè)等資料的綜合分析,研究該巖溶地面塌陷的典型特征,揭示其產(chǎn)生的地質(zhì)背景條件和控制因素,主要目的是總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn),為該地區(qū)巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的防治工作提供參考,也為地質(zhì)環(huán)境條件類似的巖溶地面塌陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供借鑒。

1 塌陷區(qū)地質(zhì)概況[1-2]

武漢市江夏區(qū)法泗街位于武漢市南部,發(fā)生塌陷的區(qū)域?qū)贈(zèng)_湖積平原地貌,位于長(zhǎng)江一級(jí)階地后緣,地勢(shì)較低,地形平坦、開闊,地面標(biāo)高一般在18.00～23.00 m之間,向東部逐漸過渡為低丘壟崗地貌。區(qū)內(nèi)水系發(fā)達(dá),地表水為金水河,流向北偏西與長(zhǎng)江連通,魚塘、藕塘、水田分布廣泛,溝渠縱橫,周邊湖、塘、渠水體與金水河相通。

塌陷區(qū)在大地構(gòu)造單元上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(一級(jí)構(gòu)造單元)下?lián)P子臺(tái)坪(二級(jí))的大冶臺(tái)褶帶(三級(jí))之梁子湖凹陷(四級(jí))西側(cè);具體構(gòu)造部位位于法泗背斜北西翼的石炭系—二疊系隱伏可溶性碳酸鹽巖條帶內(nèi)(見圖1)。

圖1 塌陷區(qū)推測(cè)基巖地質(zhì)圖Fig.1 Inferred bedrock geological map at collapse area1.白堊系—下第三系泥巖、砂巖;2.侏羅系武昌組砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖;3.三疊系中統(tǒng)蒲圻組砂巖;4.三疊系下統(tǒng)觀音山組中—厚層白云巖;5.三疊系下統(tǒng)大冶組薄層灰?guī)r、夾泥巖;6.二疊系下統(tǒng)孤峰組硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖;7.二疊系下統(tǒng)茅口組中厚層狀燧石結(jié)核灰?guī)r;8.二疊系下統(tǒng)棲霞組中—厚層狀灰?guī)r;9.石炭系上統(tǒng)黃龍組中厚層灰?guī)r;10.志留系泥巖、砂巖;11.基巖出露區(qū);12.地層產(chǎn)狀(傾向/傾角);13.推測(cè)的基巖地層界線;14.剖面線;15.巖溶地面塌陷區(qū)范圍及塌陷坑。

區(qū)內(nèi)地下水主要有第四系土層中賦存的孔隙承壓水和可溶性碳酸鹽巖裂隙巖溶水兩種類型?？紫冻袎核x存于二元結(jié)構(gòu)的下部砂性土層中,水量較大,具中等—強(qiáng)透水性,主要受地表水體側(cè)向徑流補(bǔ)給和孔隙潛水向下補(bǔ)給,排泄形式主要是補(bǔ)給相鄰層,并最終匯流入長(zhǎng)江?？扇苄蕴妓猁}巖裂隙巖溶水賦存于下伏石炭系—三疊系灰?guī)r層中,水量大小與裂隙和巖溶發(fā)育程度有關(guān),主要接受大氣降水和上部第四系孔隙承壓水補(bǔ)給,補(bǔ)給與排泄均通過裂隙或巖溶通道進(jìn)行。

2 塌陷特征

江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷類型屬飽和松散層“漏失型”,區(qū)內(nèi)共形成19個(gè)塌陷坑及地表沉陷,塌陷總面積約1.5×104m2,塌陷坑呈串珠狀排列,巖溶塌陷地帶北東向長(zhǎng)約620 m、南西向?qū)?0～120 m。塌陷坑分布具明顯的方向性,呈北東向條帶分布,條帶軸線與區(qū)內(nèi)在建的高速公路軸線約呈30°夾角。此次塌陷與歷年來武漢一級(jí)階地發(fā)生的巖溶地面塌陷特征相比較,既有相同相似點(diǎn),也呈現(xiàn)了其獨(dú)有的塌陷分布特征和時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。

2.1 與武漢一級(jí)階地巖溶地面塌陷的相同相似點(diǎn)

江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上屬于武漢地區(qū)碳酸鹽巖“六帶五型”[3]的Ⅰ型結(jié)構(gòu),與武漢市區(qū)一級(jí)階地上發(fā)生的武昌區(qū)阮家巷、陸家街、烽火村等巖溶地面塌陷相比,在地貌單元、地質(zhì)模式、塌陷機(jī)理及動(dòng)力因素等方面,有著以下相同相似點(diǎn):

(1) 所處地貌單元相同。均處于長(zhǎng)江兩岸的一級(jí)階地上,因?yàn)殚L(zhǎng)江是區(qū)域性地表和地下徑流的排泄通道,江水與第四系含水層之間常存在互補(bǔ)關(guān)系,由于地下水和地表水的頻繁運(yùn)動(dòng),長(zhǎng)江兩岸可溶性碳酸鹽巖巖溶發(fā)育。塌陷區(qū)的巖溶發(fā)育帶位于可溶巖與非可溶巖交界部位,或臨近于褶皺的軸部,這些部位斷裂構(gòu)造發(fā)育,易形成連通性較好的溶隙、溶洞,具備產(chǎn)生巖溶地面塌陷的基本條件。

(2) 地質(zhì)模式相同。一是地層結(jié)構(gòu)同屬于武漢地區(qū)碳酸鹽巖“五型”的Ⅰ型結(jié)構(gòu),即碳酸鹽巖上部直接覆蓋全新統(tǒng)砂性土層,砂性土顆粒粗、粘聚力小,容易被潛蝕、掏空,砂性土可直接通過溶隙、孔洞等通道漏失,為最易塌陷的地層結(jié)構(gòu)類型。二是巖溶發(fā)育特征類似,下伏可溶巖與武漢市區(qū)巖溶條帶地層時(shí)代一致,為二疊系和三疊系碳酸鹽巖,淺層巖溶發(fā)育程度為中等—強(qiáng)發(fā)育,同歸屬于上部“垂直滲流巖溶帶”。三是均存在易于改變的地下水動(dòng)力條件,在長(zhǎng)江水水位迅速下降或抽取巖溶水等因素影響下,地下水位隨之消落,因滲透性的差異,蓋層地下水位消落滯后于巖溶地下水位,使兩者之間形成水頭差,促進(jìn)了蓋層地下水向下伏巖溶水垂向滲透潛蝕作用的加強(qiáng)。

(3) 塌陷機(jī)理相同。均屬于“潛蝕—滲流液化—漏失”機(jī)理類型。這是一種混合機(jī)理,首先發(fā)生潛蝕、滲流液化,然后通過滲流漏失產(chǎn)生“空洞”。在隱伏巖溶上覆土層為二元結(jié)構(gòu)沖積層且下部飽和砂層直接覆蓋于基巖面時(shí),砂層中的孔隙水直接與下伏巖溶裂隙、管道水產(chǎn)生聯(lián)系,形成統(tǒng)一的徑流,在地下水位的不斷升降變化過程中,尤其是巖溶地下水位低于砂層中的孔隙水時(shí),發(fā)生垂直滲流,先在砂層中發(fā)生潛蝕作用,形成“漏斗狀疏松體”,進(jìn)而因垂直滲流作用的加劇,局部水力坡度加大,砂層呈液化狀態(tài)流入巖溶空洞,從而在砂層上部形成“空洞”,當(dāng)“空洞”發(fā)展到一定階段,在內(nèi)外營(yíng)力作用下上部黏性土蓋層的致塌力超過抗塌力,即產(chǎn)生地面塌陷。此外,打樁等工程活動(dòng)采用重錘沖擊,加劇砂層液化,繼而流失產(chǎn)生“空洞”,產(chǎn)生的機(jī)理還是潛蝕—滲流,只是增加的外營(yíng)力導(dǎo)致“空洞”擴(kuò)大的速度加快,從而加劇了地面塌陷的發(fā)生[4-6]。

(4) 塌陷的動(dòng)力因素相似。均為自然和人為動(dòng)力因素共同作用的結(jié)果,一方面在地下水水位自然升降影響下,流速、流量和水力坡降發(fā)生變化,砂性土層長(zhǎng)期受滲透潛蝕作用;另一方面受人類工程活動(dòng)影響顯著,如抽取地下水、鉆探、樁基礎(chǔ)施工及堆載等。這些動(dòng)力因素均打破了本來處于平衡的穩(wěn)定狀態(tài),導(dǎo)致了塌陷的發(fā)生。

2.2 本次塌陷典型特征

江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷在地質(zhì)模式、塌陷機(jī)理和動(dòng)力因素等方面,雖然與武漢一級(jí)階地巖溶地面塌陷有著諸多相同相似點(diǎn),但在規(guī)模、分布、時(shí)空動(dòng)態(tài)特征方面,呈現(xiàn)了如下一些典型特征:

(1) 首次在該地區(qū)發(fā)生巖溶地面塌陷。武漢市歷史上巖溶地面塌陷主要發(fā)生在第三、六條巖溶條帶的長(zhǎng)江兩岸。江夏區(qū)歷次塌陷部位均處在武漢市六條碳酸鹽巖巖溶條帶上,江夏區(qū)法泗街歷史上無(wú)塌陷史,此次為首次發(fā)生巖溶地面塌陷,塌陷區(qū)域不在武漢市碳酸鹽巖的六條條帶范圍內(nèi),為一新的巖溶地面塌陷易發(fā)地域。

(2) 塌陷規(guī)模大,影響范圍廣。2014年9月5日—6日兩天時(shí)間內(nèi),在江夏區(qū)法泗街金水河兩岸的八塘村及長(zhǎng)虹村,共計(jì)形成19個(gè)塌陷坑及地表沉陷,塌陷坑平面形態(tài)一般呈橢圓形、圓形,剖面形態(tài)多為井狀、漏斗狀,最深的坑為7號(hào)坑,約12.9 m,最淺的坑為10號(hào)坑,僅0.7 m,面積大小相差懸殊,最小者為5號(hào)坑,僅60 m2,最大者為17號(hào)坑,面積達(dá)4 300 m2。歷史上武漢市發(fā)生的20余次巖溶地面塌陷多為零星出現(xiàn),像這樣一次性發(fā)生十幾處塌陷坑的情況并不多見。受塌陷土體擠壓地下承壓含水層和巖溶水含水層的影響,塌陷區(qū)周邊出現(xiàn)7個(gè)不同程度的冒水、冒砂點(diǎn),距離塌陷坑200～330 m,可見影響范圍較廣。

(3) 塌陷坑呈北東向條帶狀分布。江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷發(fā)生的19個(gè)塌陷坑總體呈北東向條帶狀分布,條帶走向近50°,單坑的展布方向以北東向50°～60°為主。與武漢地區(qū)歷年來發(fā)生巖溶地面塌陷的分布部位和展布特征比較,以往發(fā)生的巖溶地面塌陷多發(fā)生在六條近東西向的碳酸鹽巖條帶上,其塌陷坑的分布總體也是呈近東西向分布,江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷的塌陷坑分布明顯不同于上述近東西向的分布特征。此外,塌陷時(shí)區(qū)內(nèi)正在進(jìn)行高速公路超前鉆和樁基礎(chǔ)施工,按照分析理應(yīng)沿高速公路軸線分布才符合常理,但塌陷坑也未沿著高速公路軸線方向分布,塌陷坑形成的條帶軸線與高速公路軸線呈30°夾角。其分布特征呈現(xiàn)了明顯的異常性。

(4) 發(fā)生過程呈現(xiàn)出先后次序的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。在武漢主城區(qū)的六條巖溶帶上雖然也發(fā)生多次塌陷,或零星出現(xiàn),或多年后再次發(fā)生;一次性發(fā)生多處塌陷的地段,也未發(fā)現(xiàn)在塌陷次序上呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性,只是在塌陷發(fā)生的時(shí)間上有一定的規(guī)律性,多在每年的4—9月份發(fā)生。而江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷,首先是從金水河西南岸的3號(hào)塌陷坑處由施工誘發(fā)開始的,然后由西南向東北逐步產(chǎn)生塌陷,19個(gè)塌陷坑在塌陷產(chǎn)生的時(shí)間上呈現(xiàn)出一定的先后次序,由金水河西南岸向東北岸逐漸發(fā)展,整個(gè)發(fā)生過程呈現(xiàn)出特有的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。

3 控制因素分析

3.1 分布特征受地質(zhì)構(gòu)造單元的控制

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造場(chǎng)是江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷的主控因素,它控制巖溶塌陷的分布特征、位置和規(guī)模。根據(jù)《湖北省區(qū)域地質(zhì)志》、《中華人民共和國(guó)武漢市1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖》及說明書[7-8],江夏區(qū)法泗街塌陷所處的區(qū)域大地構(gòu)造單元位置位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(一級(jí)構(gòu)造單元)下?lián)P子分區(qū)(二級(jí))的大冶小區(qū)(三級(jí))之梁子湖凹陷(四級(jí))西側(cè)(見圖2),與武漢市六條巖溶帶所處的區(qū)域大地構(gòu)造單元位置相比,其所處的四級(jí)構(gòu)造單元不同,武漢市六條巖溶帶所處的四級(jí)構(gòu)造單元為武漢臺(tái)褶束。武漢臺(tái)褶束是介于江漢斷陷和梁子湖凹陷之間的一個(gè)相對(duì)隆起的構(gòu)造單元,是一個(gè)北西西向的擠壓帶,形成走向近東西向的線型褶皺。梁子湖凹陷是一個(gè)在印支拗褶帶之上、晚三疊世以來的繼承性凹陷,呈北東—北東東向弧形延伸。由于江夏區(qū)法泗街塌陷區(qū)因第四系覆蓋嚴(yán)重,其構(gòu)造形態(tài)不詳。通過巖溶地面塌陷專項(xiàng)調(diào)查,結(jié)合高速公路勘察資料綜合分析,推測(cè)該區(qū)段為一軸部走向北東約60°的法泗背斜構(gòu)造,背斜核部位于法泗街略偏東南,塌陷區(qū)位于法泗背斜北西翼,巖層走向?yàn)楸睎|向,傾向北北西。由于兩個(gè)四級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元中的褶皺走向及碳酸鹽巖條帶分布方向不同,故巖溶地面塌陷坑條帶分布方向不同,武漢市區(qū)巖溶地面塌陷的分布于近東西向,江夏法泗街巖溶塌陷的分布呈北東向,其處于一新的塌陷構(gòu)造區(qū)域。

圖2 地質(zhì)構(gòu)造單元略圖Fig.2 Sketch of geological tectonics unit1.一級(jí)單元界線;2.二級(jí)單元界線;3.三級(jí)單元界線;4.四級(jí)單元界線;5.構(gòu)造單元編號(hào);6.武漢臺(tái)褶束;7.梁子湖凹陷。

3.2 分布特征受水文地質(zhì)單元、工程活動(dòng)強(qiáng)度和土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制

巖溶地面塌陷的分布與工程活動(dòng)關(guān)系密切,按照常規(guī)分析塌陷坑應(yīng)沿著人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈的地段分布才符合常理,而江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷形成的塌陷坑條帶軸線與高速公路軸線呈30°夾角,綜合分析認(rèn)為主要原因有以下三點(diǎn):一是受水文地質(zhì)單元控制。塌陷區(qū)段分布的地層為二疊系碳酸鹽巖地層,與西北部分布的三疊系碳酸鹽巖地層之間有二疊系孤峰組硅質(zhì)巖巖層相阻隔,各自形成了獨(dú)立的巖溶水地下水單元。在3號(hào)坑塌陷首先發(fā)生后,地下水在沿地下巖溶管道的傳導(dǎo)過程中,受到二疊系孤峰組硅質(zhì)巖的阻隔,未對(duì)三疊系碳酸鹽巖構(gòu)成影響,上部第四系土層中的水壓力傳導(dǎo)有限,故塌陷多發(fā)生在二疊系碳酸鹽巖的條帶中。二是受人類工程活動(dòng)強(qiáng)度影響。三疊系碳酸鹽巖分布的區(qū)段,也就是高速公路的北段,其施工強(qiáng)度較弱,僅進(jìn)行了超前鉆孔的施工,暫未進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工,而南段施工強(qiáng)度較大,塌陷前正在進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工。三是受土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制。區(qū)內(nèi)上部第四系地層的結(jié)構(gòu)有一定差異,塌陷區(qū)段的第四系砂性土砂質(zhì)較純,砂層厚度大,其東部及北部上部第四系黏性土層厚度逐漸增大,砂性土層厚度變薄,且黏性土夾層增多,抗漏失、塌陷能力增強(qiáng)。另外,塌陷區(qū)沿高速公路軸線往南地段下伏基巖為志留系泥巖,屬非可溶巖。因此,江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷條帶在北東、北西兩個(gè)方向均受到控制,延伸在一定范圍內(nèi)。

3.3 時(shí)空動(dòng)態(tài)特征受水動(dòng)力作用因素的控制

江夏法泗街巖溶地面塌陷分布的條帶軸線與高速公路軸線交匯處的3號(hào)塌陷坑(8-1號(hào)樁基鉆孔),是首先發(fā)生塌陷的地段,也是本次塌陷的觸發(fā)點(diǎn)。在其塌陷后,引發(fā)了連鎖反應(yīng),由西南向東北逐步產(chǎn)生塌陷,在塌陷產(chǎn)生的時(shí)間上呈現(xiàn)出一定的先后次序。究其原因,其主要是受水動(dòng)力作用因素的控制。形成初期,在地下水的長(zhǎng)期水動(dòng)力作用下,塌陷區(qū)段黏性土層下部的砂性土逐漸向溶洞中漏失,先期已形成了土洞。在3號(hào)塌陷坑處發(fā)生塌陷后,上覆土體的突然陷落引起地下水產(chǎn)生水壓力,并沿著巖溶溶洞、溶隙及第四系含水層向四周傳導(dǎo),致使巖溶水、孔隙水水位突然上升,對(duì)原已形成土洞區(qū)段的黏性土蓋層產(chǎn)生水、氣正壓力頂托和沖爆作用,引發(fā)周邊發(fā)生巖溶地面塌陷,同時(shí)產(chǎn)生多處冒水冒砂現(xiàn)象,逐步擴(kuò)大了塌陷范圍。同時(shí),巖溶地下水在產(chǎn)生頂托和沖爆作用后,水位迅速回落,又對(duì)表層黏性土蓋層產(chǎn)生負(fù)壓吸蝕作用,從而引發(fā)、加劇了巖溶地面塌陷的發(fā)生。由于前一次塌陷又影響后一次塌陷,加之傳導(dǎo)過程中超孔隙水壓力的形成和消散均需要一定的過程,故在塌陷產(chǎn)生的時(shí)間上呈現(xiàn)出先后次序的規(guī)律性。

3.4 塌陷的發(fā)生是內(nèi)外營(yíng)力共同作用的結(jié)果

從地層結(jié)構(gòu)、巖溶發(fā)育程度和地下水條件來看,江夏法泗街塌陷區(qū)具備了巖溶地面塌陷的基本地質(zhì)條件,屬塌陷易發(fā)區(qū)段。高速公路勘察揭露的溶洞充填物顯示,砂性土在勘探前就已向溶洞中進(jìn)行了漏失,為塌陷孕育了條件。該區(qū)段以往工程活動(dòng)強(qiáng)度較弱,主要以農(nóng)耕、修筑鄉(xiāng)村路、低矮平樓房為主,地下水的抽取也僅是居民簡(jiǎn)易壓水井抽水,未見深井抽取第四系孔隙承壓水和下伏灰?guī)r巖溶水的情況。2014年發(fā)生塌陷時(shí),區(qū)內(nèi)正在進(jìn)行高速公路的超前鉆和樁基礎(chǔ)施工,鉆探、樁基礎(chǔ)施工揭穿了溶洞頂板,改變了地下水動(dòng)力條件,使上部第四系全新統(tǒng)孔隙承壓水與下部巖溶水直接貫通,縮短了孔隙承壓水補(bǔ)給下部巖溶水的滲透路徑,加之樁孔內(nèi)的循環(huán)液的抽吸循環(huán)作用,增加了鉆孔處地下水水力梯度,導(dǎo)致施工鉆孔處水力梯度大于砂土滲透破壞臨界值,加劇了砂土向巖溶洞隙運(yùn)移。另外施工時(shí)的振動(dòng)外力作用造成砂土液化。本段公路樁基施工工程采用的是沖擊成孔工藝,在下部飽和砂土受樁基沖擊成孔的振動(dòng)力影響,導(dǎo)致其孔隙水壓力驟然上升而來不及消散,顆粒間的有效應(yīng)力減小以致完全消失,此時(shí)各顆粒脫離接觸懸浮于水中,砂體抗剪強(qiáng)度完全喪失,變成像液體一樣的狀態(tài),流入開口溶洞或沿樁孔流入下部溶洞。上部砂性土層形成“空洞”后,隨后上覆黏性土失去支撐向下垮塌,形成巖溶地面塌陷。從以上分析可以看出,江夏法泗塌陷的發(fā)生既有自然因素,也有人為因素,是內(nèi)外營(yíng)力共同作用的結(jié)果。

4 防治措施

江夏區(qū)法泗塌陷發(fā)生后,政府相關(guān)部門立即采取了針對(duì)性的應(yīng)急處理措施,在塌陷區(qū)設(shè)立警戒線,組織災(zāi)區(qū)居民撤離,開展了應(yīng)急監(jiān)測(cè),搶修區(qū)內(nèi)主要通行道路,保障居民通行;在應(yīng)急調(diào)查、勘查、監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,對(duì)塌陷區(qū)域進(jìn)行了危險(xiǎn)性分區(qū),劃分了穩(wěn)定區(qū)、相對(duì)穩(wěn)定區(qū)、潛在塌陷區(qū)及塌陷危險(xiǎn)區(qū),指導(dǎo)災(zāi)區(qū)居民撤遷避讓和還建選址;對(duì)誘發(fā)巖溶地面塌陷的工程活動(dòng)進(jìn)行了控制,要求區(qū)內(nèi)正在施工的高速公路工程暫停施工,在研究改進(jìn)樁基礎(chǔ)施工工藝,采取有效的巖溶地基處理、監(jiān)測(cè)技術(shù)措施的基礎(chǔ)上再進(jìn)行施工。在這些有力的應(yīng)急措施的指導(dǎo)下,巖溶地面塌陷災(zāi)害得到了有效控制,未發(fā)生次生災(zāi)害。

在后續(xù)防治工作中,政府及高速公路施工單位組織開展了多次專家咨詢,高速公路施工單位在施工工藝上采取了合理的技術(shù)措施,塌陷坑按照專家意見進(jìn)行了回填,監(jiān)測(cè)單位對(duì)潛在塌陷區(qū)及塌陷危險(xiǎn)區(qū)開展了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作。地質(zhì)災(zāi)害防治、監(jiān)測(cè)工作開展兩年多以來,未出現(xiàn)新的險(xiǎn)情和發(fā)生新的塌陷災(zāi)害,塌陷坑已全面回填,塌陷填土區(qū)恢復(fù)了農(nóng)業(yè)種植,該巖溶地面塌陷災(zāi)害得到了有效防治。

5 結(jié)語(yǔ)

(1) 江夏區(qū)法泗街巖溶地面塌陷所處的地質(zhì)構(gòu)造單元與武漢市市區(qū)巖溶地面塌陷所處的地質(zhì)構(gòu)造單元不屬于同一構(gòu)造單元,但屬于“六帶五型”中的Ⅰ型地層結(jié)構(gòu)(碳酸鹽巖上部直接覆蓋全新統(tǒng)砂性土層),為最易塌陷的地層組合類型。其分布特征受水文地質(zhì)單元、土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)和工程活動(dòng)強(qiáng)度控制,時(shí)空動(dòng)態(tài)特征主要受地下水動(dòng)力作用控制。

(2) 江夏區(qū)法泗街為武漢地區(qū)一新的巖溶地面塌陷易發(fā)區(qū)域,其西北部一級(jí)階地仍然分布大范圍的可溶性碳酸鹽巖,值得政府有關(guān)部門引起高度重視,在城鎮(zhèn)規(guī)劃、工程建設(shè)等方面需采取有效的減災(zāi)防災(zāi)措施。

(3) 對(duì)于巖溶地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的分析研究,宜從地貌單元、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、地層組合和地層時(shí)代等方面入手,以中國(guó)勘察大師范士凱提出的《土體工程地質(zhì)的宏觀控制論》[9]為指引,從歷史的眼光、辨證的思維、宏觀結(jié)合微觀的分析去認(rèn)識(shí)地質(zhì)作用,才能真正查明地質(zhì)災(zāi)害的背景條件,揭露地質(zhì)現(xiàn)象的本質(zhì)。

[1] 余泰敏,樊永生,李愛軍,等.武漢市江夏區(qū)法泗街長(zhǎng)虹村六組巖溶地面塌陷應(yīng)急勘查報(bào)告[R].武漢:武漢地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)站,2014.

[2] 李廣,劉學(xué)璽,鄒安權(quán),等.武漢市江夏區(qū)法泗街金水河兩岸巖溶地面塌陷應(yīng)急調(diào)查報(bào)告[R].武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2014.

[3] 羅小杰.武漢地區(qū)碳酸鹽巖“六帶五型”劃分與巖溶地質(zhì)災(zāi)害防治[J].水利學(xué)報(bào),2014(2):171-179.

[4] 范士凱.武漢(湖北)地區(qū)巖溶地面塌陷[J].資源環(huán)境與工程,2006,20(S1):608-616.

[5] 吳永華,謝春波,朱洵,等.武漢市陸家街地區(qū)巖溶塌陷防治勘查報(bào)告[R].武漢:武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),1992.

[6] 賈淑霞,馬霄漢.武漢市區(qū)巖溶地面塌陷成因機(jī)理與預(yù)測(cè)研究[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),1994,5(增刊):103-108.

[7] 湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.湖北省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1990.

[8] 湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1∶20萬(wàn)武漢幅區(qū)域地質(zhì)報(bào)告[R].武漢:湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1975.

[9] 范士凱.土體工程地質(zhì)的宏觀控制論[J].資源環(huán)境與工程,2006,20(增刊):585-594.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Analysis on Typical Features and Control Factors of KarstGround Collapse in Fasi Street,Jiangxia District

LI Aijun
(TheBrigadeofHydrogeologicandEngineeringGeologicalofWuhan,HubeiGeologicalBureau,Wuhan,Hubei430051)

The analysis on the distribution,spatiotemporal dynamics and other typical features are presented about the karst ground collapse of Fasi Street,Jiangxia District in Wuhan city on September 2014.The differences and similarities in landform unit,geological model,formation mechanism and dynamic factor etc.are contrast to this karst ground collapse with others happened in Wuhan,and it reveals the geological background conditions and control factors for collapse production.Through study and analysis,it is believed that the geological units of collapse at Fashi Street and the others at Wuhan city belong to different tectonic units;the former is a new region where karst ground collapse occurs easily.The distribution features and spatiotemporal dynamics features of collapse are controlled by its geological tectonic unit,hydrogeological unit,dynamic action of groundwater.

karst ground collapse; typical feature; geological background; control factors

2016-10-14;改回日期:2016-11-23

李愛軍(1974-),男,高級(jí)工程師,水工環(huán)專業(yè),從事巖土工程勘察工作。E-mail:850676349@qq.com

P642.25; P642.26

A

1671-1211(2017)02-0173-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.02.011

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170314.0825.026.html 數(shù)字出版日期:2017-03-14 08:25