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隧道地质灾害预警体系中岩溶裂隙水综合预报技术研究

隧道地质灾害预警体系中岩溶裂隙水综合预报技术研究
隧道地质灾害预警体系中岩溶裂隙水综合预报技术研究

收稿日期:2008209219

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2007AA11Z 131);国家自然科学基金专项基金资助项目(50727904;50539080);国家自

然科学基金资助项目(50874068);山东省自然科学基金资助项目(Y 2008F22)

作者简介:刘斌(19832),男,山东高唐人,博士研究生,主要从事不良地质的超前预报与治理工作.E 2mail :liubin0635@https://www.wendangku.net/doc/b44068700.html,

 文章编号:167223961(2009)0320115207

隧道地质灾害预警体系中岩溶裂

隙水综合预报技术研究

刘斌,李术才,张庆松,李树忱,薛翊国

(山东大学土建与水利学院岩土与结构工程中心,山东济南250061)

摘要:基于目前国内外所进行的岩溶裂隙水预报缺乏深入系统的研究,普遍存在准确性和精度不高,而新方法的研究明显滞后于工程需要的问题.考虑将常用方法的优点加以综合,建立一种新的行之有效的岩溶裂隙水综合预报方法.在总结了国内外隧道工程界常用的超前地质预报方法,综合各种预报方法优点的基础上,按照科学的流程,提出并建立了针对岩溶裂隙水的综合预报方法,最后结合工程实例对掌子面前方的涌水灾害进行了成功地预报和预警.实践证明,综合预报法具有较高的系统性和工作效率,使岩溶裂隙水的预报准确性和精度大大提高,并可对涌水灾害风险进行合理的评价,是值得推广的方法.

关键词:隧道地质灾害预警;综合预报方法;岩溶裂隙水;地质分析;超前钻探;隧道地震预报;地质雷达;红外线法中图分类号:U45 文献标志码:A

Study of the prediction of karst 2fractured groundwater in prediction

and early warning system of tunnel geologic hazards

LI U Bin ,LI Shu 2cai ,ZH ANG Qing 2s ong ,LI Shu 2chen ,X UE Y i 2guo

(G eotechnical &S tructural Engineering Research Center School of Civil Engineering ,Shandong University ,Jinan 250061,China )Abstract :In the prediction of karst 2fractured groundwater ,thorough and systemic research is deficient ,and there are problems that the accuracy and precision is low.Research on the new technique can not catch up with the engineering demand.F or s olving this problem ,the advantages of the comm on methods were integrated ,and a new integrative method feasible to karst 2fractured groundwater prediction was established.First ,the advanced geological forecasting methods used in tunnel construction were sum 2marized.Then ,based on the scientific process ,the integrative advanced geological forecasting method for karst 2fractured ground 2water was established by com prehensive analysis on the advantages of all the prediction techniques.Finally ,the water gush disas 2ter was success fully forecast and early warning in the project exam ple.With high systematicness and efficiency ,the use of this in 2tegrative geological forecasting method makes the accuracy and precision of the prediction highly im proved and gushing water di 2saster risk rationally evaluated ,which is w orthy to be generalized.

K ey w ords :prediction and early warning of tunnel geologic hazards ;integrative geological forecasting method ;karst 2fractured groundwater ;geology analysis ;advance drilling geological prediction ;tunnel seismic prediction (TSP );ground penetrating radar ;in frared water detecting method

0 引言

近年来,随着我国基础设施的迅速发展,在交

通、水电等领域将会修建更多的隧道、隧洞工程,特

别是在西南岩溶地区一些具有埋深大、洞线长、地质

条件复杂等特点的隧道陆续投入建设.由于隧道埋深大,在初勘中很难准确查明施工过程中所遭遇的

 第39卷 第3期V ol.39 N o.3 山 东 大 学 学 报 (工 学 版)

JOURNA L OF SH ANDONG UNIVERSITY (E NGINEERING SCIE NCE )

2009年6月 Jun.2009 

水文、地质条件,所以在施工过程中经常出现突水、

突泥、坍塌等事故.回顾成昆线、大秦线、衡广复线建设过程,在施工中80%遇到水害,因水文、地质问题引起的施工地质灾害造成停工的时间,约占施工总工期的30%.圆梁山施工中涌砂、涌水达数十次之多,造成重大伤亡,损失惨重[1];京原线驿马岭隧道,遇破碎带10余处,塌方达60余次,造成重大的经济损失[2];在国外,意大利瑞士间的列奇堡(长11416Mm,最大埋深11640km)隧道因塌方死亡25人[2];日本青函隧道曾4次遇到11152hm3/d的突水,前后共死亡34人,伤残1300余人,总工期较计划推迟10a之久.总之,突水、突泥、塌方等地质灾害给隧道施工带来了重大灾难和无法估计的经济损失[123].

为了保证施工安全,将地质学、力学、地球物理探测技术、地理信息科学和人工智能仿真技术相融合[4],分别从围岩力学行为监测、位移反分析、地质分析、不良地质超前预报、预警信息数据库建立等方面入手,构建科学的隧道地质灾害预警体系具有重大意义.在岩溶区隧道中岩溶裂隙水是导致涌水、涌泥、涌砂等地质灾害的主要原因,因此开展岩溶裂隙水预报研究是隧道地质灾害预警中的重要工作,具有重大的理论和工程实用价值.然而对于这项技术的研究,无论是国内还是国外,仍处于探索阶段,只见少量报道[327].曲海峰、刘志刚等基于系统论的观点建立了综合地质超前预报方法[6];王锦山等通过厦门海底隧道地质预报工作构建了宏观预报、长期预报、短期预报和灾害临近警报的整套超前预报技术手段[7];李术才等总结了岩溶裂隙水和不良地质情况综合超前地质预报方法和主要问题[3].上述研究在综合超前地质预报研究方面取得了喜人的成果,但是在针对岩溶裂隙水的专门预报方面缺乏深入系统的研究,这是隧道超前预报工作中的薄弱环节.

在国内外已开展的工作中,岩溶裂隙水预报精度和准确性并不理想,其主要原因是岩溶隧道地质条件较为复杂.而单一的预报方法参数较少,判断依据单一,导致解释结果的多解性.同时由于基础理论无法突破等原因,新方法、新技术的研究明显滞后于工程需要.

虽然目前的预报方法存在的诸多问题,但通过整合目前现有方法的优势,科学而系统地管理,可以达到提高预报精度和准确性的目的.本文将综合各种超前地质预报技术,研究并建立针对岩溶裂隙水的综合超前预报技术,为隧道地质灾害预警决策提供重要参考.1 岩溶裂隙水综合预报技术

111 常用的预报技术

目前,国内外隧道工程界常用的预报方法有:地质分析法、超前钻探法、反射地震类方法(如TSP (tunnel seismic prediclion)、地质层析成像超前预报等)、电磁类方法(如地质雷达法)、红外线法等,每种地质超前预报方法都有各自的优缺点.

地质分析法是长期超前地质预报方法.通过收集分析地质资料,地表详细调查,隧道内地质编录、素描等方法,运用地貌学、地层学和构造地质学等地学理论,推断和预报隧道施工前方的工程地质和水文地质情况[8].可以随时进行,不干扰施工,但是只能对隧道周围的不良地情况进行宏观和较为粗略地预报.针对岩溶裂隙水,地质分析法的主要任务有2个方面:(1)通过地质资料分析、调查易于涌水的地质构造[9],运用岩溶地质学的分析方法对隧道岩溶发育程度、涌水、突水灾害风险进行初步评价;(2)通过隧道内地质编录、素描分析,揭示岩溶发育带的前兆标志,对岩溶裂隙水进行短期预报[10].

超前钻探法是用钻探设备向掌子面前方钻探,直接揭示隧道前方地层岩性、构造、地下水、岩溶洞穴充填物性质等地质资料,进行判断的主要依据有钻速、扭矩、岩粉性质、冲洗液性质、钻孔涌水情况等.超前钻探法比较直观,可对钻孔附近的不良地质体的位置和范围进行精确预报,并可根据钻孔的涌水量对涌水灾害风险进一步评价.但是由于每个掌子面只布置3个钻孔,钻孔与钻孔之间的地质情况无法判断,所以需要与其它超前预报方法配合使用[11].

TSP是反射地震类预报方法之一.它利用地震波在不均匀地质构造中产生的反射波特性来预报隧道施工前方150m范围内的地质条件和岩石特性变化;还可以提供视杨氏模量、视泊松比等视岩石力学参数.现在TSP已经被国内外广大技术人员和工程单位广泛采用[6,12].刘志刚等研究并总结了TSP探测解译技术,并与地质理论结合提高了预报水平[12].目前TSP存在的主要问题是波速难以精确测定,针对这个问题本文主要用下面的方法来解决:通过收集超前钻探资料和地面地质调查等获得掌子面前方若干已知地质体的位置,来反算波速以使计算值尽量接近真实波速分布.在对前人研究成果不断总结提炼的基础上,结合具体的预报工作和判识经验,总结出TSP对溶洞、断层破碎带、溶洞等可能含水构造的判识依据:(1)2D结果图中横波速度下

 116

 山 东 大 学 学 报 (工 学 版)第39卷 

降,纵横波速之比和泊松比突然上升,视密度和视杨氏模量明显下降;(2)深度偏移图中有较强的负反射,而且反射面后一段距离内反射面较少.

地质雷达是电磁类预报方法,其优点是无损伤、数据采集和处理快,缺点是预报距离较短,抗干扰能力较弱,且由于多次反射等干扰无法探测到地质异常的后边界.电磁波对水较敏感,所以地质雷达是查找地下水的有效工具,是目前预报掌子面前方水体的较好方法[3].通过研究和实践,总结出了地质雷达法预报岩溶裂隙水的依据:反射能量(振幅)增强、主频降低、同相轴异常.以此为判断标准,可以准确地预报掌子面前方的岩溶裂隙水[13218]:

(1)电磁波会在电性分界面上产生反射,反射波的能量由反射系数R决定.

R=ε

1

-ε2

ε

1

+ε2

,(1)

式中,ε

1

,ε2为介质的相对介电常数.介质之间的介电常数差异越大,反射波能量就越强.一般情况下,水体与围岩之间存在较大的介电常数差异,所以雷达波遇到水体与围岩的界面时会产生较强的反射即振幅增强[13].

(2)高频电磁波在地下介质的传播过程中会发生衰减,其衰减程度取决于衰减系数

b≈σ

2

μ

ε,(2)

式中ε为环境的介电常数;σ为环境的电导率,μ为环境的磁导率,水体的磁导率为常数[16].当雷达电磁波遇到岩溶裂隙水时,在电磁场的作用下岩溶水电导率增加,导致衰减系数增大,加快了高频电磁波的衰减,导致反射波中低频成分增加,即主频降低.

(3)当雷达电磁波遇到充水裂隙、导水岩溶管道、含水溶洞等不连续地质体时,同相轴会出现明显的异常,严重者会导致同相轴不连续.

红外线法是一种辅助探水方法,当隧道掌子面前方及周边介质单一时,所测得的红外场为正常场,当前面存在隐伏含水构造或有水时,它们所产生的场强要叠加到正常场上,从而使正常场产生畸变,由此判断掌子面前方一定范围内有无含水构造[19].红外线方法判水的判据有以下2种:

(1)根据隧道走向与场强曲线进行超前探水的判断,建立各测点的场强(Y轴)与测点到掘进掌子面的距离(X轴)的函数关系,并绘制出函数图形.如果函数图形为一水平直线,表明掌子面前方不存在含水构造,如果函数图形为一斜线,表明掌子面前方存在具有含水构造的可能性;

(2)通过对比分析同一掌子面不同测点的场强,判定掘进掌子面是否存在含水构造体.一般认为当掌子面测点中最大场强和最小场强的能量差大于等于10μW/cm2,可判定前方存在含水构造体[20]. 112 岩溶裂隙水综合超前预报方法的建立

各种预报方法都有优缺点(见表1),单纯依靠某一种预报手段,其精度和准确性都难以保证.因此,有必要提出一种新的预报方法,将各种方法的优点相结合,为及时准确的预警决策提供可靠的参考.

表1 各种预报方法的比较

T able1 C om paris on of the prediction methods

预报方法优点缺点地质

分析法

是其它预报方法解释

判断的基础,不占用施

工时间

只能对不良地质情况

进行较为宏观和粗略

的预报

超前

钻探法

比较直观,对地质体的

位置和范围可精确预

占用掌子面时间较长,

钻孔与钻孔之间的地

质情况无法判断TSP法预报距离较长,对大的

断层、溶洞、暗河等探

测效果较好

波速计算存在问题,难

以精确定位

雷达地质法对水较为敏感,是预报

水体的较好方法

预报距离较短,只能判

断异常位置前边界,无

法探测其后边界红外

线法

不占用施工时间,操作

简单,可全程监测

只能定性地预报含水

的可能性

113 岩溶裂隙水综合超前预报方法的实现

图1是该综合预报方法的流程图,将按照下列程序实现岩溶裂隙水的综合预报:

(1)利用地质分析法对隧道岩溶的类型、特征、发育程度、涌水、突水灾害等级进行评价,并根据掌子面地质素描中的岩溶不良地质前兆预测法、延伸预测法等预报手段进行短期预报;

(2)利用反射地震类方法和红外线法进行全程探测,分析视杨氏模量、视泊松比、视密度、红外场强差值以及场强走势曲线等参数是否存在岩溶裂隙水的异常响应,综合判断掌子面前方可能含水的地质构造或异常,并确定重点段落;

(3)对已划分的重点段落进行电磁类方法探测,提取雷达数据中的振幅、频率及相位的异常响应,初步判断岩溶裂隙水的位置;

(4)根据电磁类方法的结果,合理布置钻孔位置,实施超前钻探,精确探明岩溶裂隙水的位置和规模,并根据钻孔涌水量对涌水灾害风险做出评价;

(5)将综合预报结果输入超前预报信息数据库,通过与隧道灾害预警系统的接口,将预报信息与力学模型分析结果、监控量测结果等一起输入预警信息数据库,为地质灾害临近预警提供可靠的数据[8].

 第3期刘斌,等:隧道地质灾害预警体系中岩溶裂隙水综合预报技术研究117

在上述综合方法流程中,综合多种参数,逐步实现对于含水构造由定性到半定量、由粗略到精确的超前探测

.

图1 综合超前预报方法流程图

Fig.1 Flow chart of the integrative geologic prediction method

2 工程实例

齐岳山隧道是沪蓉西高速公路恩施———利川段的重要控制性工程之一,隧址区位于上扬子准地台恩施褶皱带与四川台坳川东褶皱带接触部位,地貌单元属构造侵蚀中低山区,主要表现为古夷平面的岩溶地貌特征.隧道主要构造有齐岳山背斜、齐岳山断层(F3)以及康家大槽断层(F4),地质构造复杂.211 地质分析

该段岩性主要为嘉陵江组二段中厚层微晶灰岩,纯度较高,可溶性较好.如图2所示,齐岳山隧道出口处于马槽洞暗河岩溶水系统中,主要的岩溶不良地质为马槽洞暗河和红春槽岩溶洼地.马槽洞暗河是该岩溶水系统的主要排泄通道,而由于红春槽岩溶洼地相对封闭,地表发育多处落水洞,大气降水无地表径流排泄通道,主要以下渗的方式通过落水洞排入地下最终汇入马槽洞暗河,所以该段硐身地下水活动强烈,处于饱水带,为发育大规模的溶洞提供了必要条件,且遭遇涌水、涌泥的几率较大.由岩层倾向和红春槽中主要落水洞的位置进行地质投影

可以大致推断ZK 329+100~ZK 239+650段落岩溶严重发育,存在发生涌水、突水的风险.

隧道施工至ZK 329+680后,掌子面出现铁锈染裂隙,局部渗水,夹泥小型溶洞或溶隙不断出现,推断将进入岩溶发育段落

.

图2 齐岳山出口地质断面图

Fig.2 The geological profile of Qiyueshan Tunnel

212 反射地震类方法预报

本次预报采用TSP203plus 系统,预报的范围为ZK 329+682~ZK 329+552.图3~4为探测分析图.据TSP 探测分析结果,在ZK 329+630附近存在较强的负反射,且纵横波速之比和泊松比突然上升,密度和杨式模量显著降低,再结合地质分析结果可以推断该处存在较大溶洞或溶洞群,因此确定ZK 329+630~ZK 329+610范围内存在可能含水的构造

.

图3 反射层提取图Fig.3 Map of reflector

extraction

图4 预报结果2D 视图Fig.4 2D figure of prediction result

213 红外线方法探测

 118 

山 东 大 学 学 报 (工 学 版)第39卷 

采用红外探水仪HY 2303进行全程探测,在同一掌子面上布置6个测点,每5m 测取一组数据.

分析ZK 329+680~ZK 329+620段落的数据,将每个掌子面的最大和最小场强值之差列表(见表2),并绘制场强-里程关系图(见图5),可得到如下推断:

(1)自里程ZK 329+635至ZK 329+620掌子面处的红外辐射场强最大值与最小值之间的差值都超

过了10μW ?cm 22

,且呈明显增加的趋势,表明掌子面前方有含水的可能;

(2)由场强-里程关系图可知自ZK 329+640开始,曲线由近似直线变为斜线,其中以左边拱底和拱底中点的变化最为剧烈,说明掌子面前方可能含水,且含水位置可能在左下方.

(3)由ZK 329+630开始,掌子面出现局部渗水,揭露多个小溶洞群,综合地质分析、TSP 分析和红外线探测结果可推断在ZK 329+625前方存在含水构造,需要利用电磁类方法进行重点预报.

表2 掌子面红外场强数据表

 T able 2 In frared field intensity date in tunnel face

μW ?cm -2

掌子面里程

红外辐射

场最大值

红外辐射场最小值

差值

ZK 329+6505305228ZK 329+6455365297ZK 329+6405365279ZK 329+63552851216ZK 329+63052249032ZK 329+62551747443ZK 329+620

511

441

70

图5 红外探水成果图Fig.5 In frared water detecting

214 电磁类方法预报

利用SIR 23000地质雷达(100MH z 天线)在ZK 329+625处进行探测,测线如图6.经过处理得到结果图(如图7).可以看出,由椭圆圈定处反射较强

烈,同相轴明显起伏,且经频谱分析得到主频为

31MH z ,较其它位置显著降低,符合反射(振幅)增强,主频降低,相位异常的判断标准.故可以推断含水异常的前边界约在ZK 329+619处,距左边墙约3m ,靠近底板位置,但由于无法探测含水异常的后

边界,故无法判断含水异常的范围

.

图6 地质雷达测线布置图Fig.6 Map of G PR survey

line

图7 地质雷达结果剖面图Fig.7 Results of G PR date profile

215 超前钻探方法

根据地质雷达预报结果,在掌子面ZK 329+625

处实施超前钻探,将钻点位置定在距左边墙3m ,高于底板1m 位置.钻至ZK 329+618~ZK 329+614范围内出现掉钻现象,且开始有黄色浑浊水涌出,随后

水逐渐变清(如图8),钻孔涌水量约为100m 3

/h.由此可推断ZK 329+618~ZK 329+614范围内存在充水岩溶裂隙

.

图8 钻孔涌水照片

Fig.8 Photo of gushing water of borehole

216 预报预警效果

 第3期刘斌,等:隧道地质灾害预警体系中岩溶裂隙水综合预报技术研究

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根据综合预报结果,判断ZK 329+618~ZK 329+614范围内,距左边墙3m ,靠近底板位置存在岩溶裂隙水,从钻孔涌水量和涌水喷射距离可以判断存在“涌水”灾害风险,雨季可能导致较大规模涌水,但出现“突水”、“溃决”的风险较小.结合围岩力学监测分析、力学模型分析等,发布了“涌水”预警,采取了合理的施工和安全措施.

后经开挖,在ZK 329+618~ZK 329+613范围内底板距左边墙3m 处出现涌水,枯季涌水量为300m 3

/h ,雨季最大涌水量高达1200m 3

/h ,暴雨时一度造成隧道长达500m 硐身被淹的涌水灾害(如图9).

可见,利用综合预报技术成功预报岩溶裂隙水的赋存范围,对涌水风险做出较合理的评价,并结合其它分析及时决策,成功进行了涌水灾害预警,为隧道施工安全提供了有力的保障

.

图9 涌水灾害照片

(a )岩溶裂隙水照片;(b )隧道涌水灾害照片

Fig.9 Photo of gushing water disaster (a )Photo of karst 2fractured groundwater ;(b )Photo of gushing water disaster in tunnel

3 结论及展望

本文综合多种预报手段的优点,研究并建立了针对岩溶裂隙水的整套综合预报方法,并结合工程实例进行了成功地预报预警,主要得出以下结论:

(1)岩溶裂隙水综合预报方法以科学的管理流程为纽带,具有较高的系统性,各种技术相互补充,相互印证,克服了单一物探方法的多解性,减小了漏报、误报的几率,大大提高了岩溶裂隙水预报的准确性和精度;

(2)根据地质分析、反射地震类方法和红外线

方法的预报结果,再利用电磁类方法和超前钻探对重点位置进行探测,大大提高了工作效率,避免了探测的盲目性;

(3)根据地质雷达预报结果进行钻孔定位,提高了超前钻探的命中率,而且基于其直观性的优势,利用超前钻探可以精确探明岩溶裂隙水赋存的位置和范围,并可以根据钻孔的涌水量对涌水风险进行合理评价;

(4)对于隧道灾害预警体系,各种参数的定量化成为未来发展的趋势,也是提高预警水平的必然要求,这就要求对于岩溶裂隙水涌水量进行定量化预报.目前众多电磁类方法只能定性地预报掌子面前方的赋水情况,超前钻探方法虽然能够对涌水灾害风险做出合理评价,但由于其耗时长,探测距离较短,不能适应复杂地质条件等缺点,给现场施工带来了诸多不便.所以研究一种能够定量或半定量预报涌水量的中长期地球物理勘探方法具有重要的工程意义.

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(编辑:孙培芹)

 第3期刘斌,等:隧道地质灾害预警体系中岩溶裂隙水综合预报技术研究121

一 岩溶地貌的特征

一岩溶地貌的特征 岩溶地貌发育完美、典型、具代表性,并有许多特色。基本特征主要表现在五个方面。 碳酸盐岩的制约作用 碳酸盐岩是岩溶地貌赖以发育的物质基础。碳酸盐岩的岩石性质及结构构造(组合特征) 是影响岩溶地貌发育的最重要因素。 从岩石类型看,广西的岩溶地貌基本上都属于碳酸盐岩地貌。主要是由上古生代中泥盆纪至下二叠纪及中生代三叠纪各种沉积类型的碳酸盐岩地层发育而成。仅在局部(如桂东北资江流域、桂西百色盆地、桂东南桂平麻洞白石山、博白沙河的花石山、藤县、容县都峤山和北部湾海域) 分别可见到少量的由中生代白垩纪—新生代早第三纪钙质及含碳酸盐岩成分 的红色碎屑地层形成的红层岩溶地貌—丹霞地形和新生代第四纪期间由珊瑚礁形成的生物礁 岩溶地貌。 碳酸盐岩岩性的差异,导致岩溶发育强弱不一,岩溶地貌类型各异。纯碳酸盐岩(灰岩、白云岩、白云质灰岩及灰质白云岩) 一般发育为全岩溶地貌(峰丛洼地及峰林平原);不纯的碳酸盐岩或间互夹层型碳酸盐岩发育为半岩溶地貌(丘岭谷地、丛丘谷地、缓丘台地及缓丘平原等)。纯度高的碳酸盐岩岩溶化程度高,岩溶发育强烈,岩溶地貌特征显著。 碳酸盐岩的结构构造(组合特征) 不同,岩溶地貌类型不一样。全广西4个碳酸盐岩岩溶 层组组合类型分别发育形成为全岩溶地貌及半岩溶地貌两个不同的地貌类型。即:全碳酸盐岩组合(纯碳酸盐岩组)形成的是全岩溶地貌;间层组合(碳酸盐岩夹非碳酸盐岩组)、互层组合(碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩组)及夹层组合(非碳酸盐岩夹碳酸盐岩组)形成的是半岩溶地貌。 与气候的密切关系 气候是塑造岩溶地貌的主要外营力。气候对岩溶地貌发育、形成的影响,主要有四个方面:一是降水量,特别是有效降水量,是造就岩溶气候形态的最主要因素。典型岩溶峰林地貌区(如广西)现代年平均降水量最少也在1200毫米左右。二是温度,直接的与间接的对岩溶 地貌发育起控制作用,温度的增加使溶蚀的化学反应速度大大提高。在潮湿热带亚热带气候作用下,地貌多以负向形态(封闭洼地和岩溶谷地平原)为主,广西及其邻近也区便是一个典型的例子。三是在潮湿热带亚热带的土壤中含有大量的(含量较之大气往往要高出数十倍的) 二氧化碳,使之具有强烈的溶蚀能力,而这种溶蚀速度的最大值往往又是出现在土壤和石灰岩的接触带附近,因此,覆盖及半覆盖型岩溶地貌,尤其是岩溶峰林平原区普遍都存在着双层剥蚀—表层地表水的溶蚀侵蚀及土层与岩石界面的土下溶蚀,从而大大地加速了岩溶地貌发育与演化的过程。四是土壤本身的一些属性,如酸碱度、碳酸钙含量等皆和气候有关,它们也在一定程度上影响溶蚀作用的强度。 广西地处低纬度地区,气候炎热多雨,湿润系数大于1。自晚白垩纪以来,广西总体上 一直属于湿润热带亚热带,有利于岩溶地貌发育。在晚白垩纪一早第三纪时,内陆湖盆发育,基本上处于亚热带南部,植被以针、阔叶混交林及常绿落叶阔叶混合林为主,林下喜湿热、喜水蕨类繁盛,湖盆及岩溶空间普遍沉积或堆积湿热环境成因的并富含淡水轮藻、介形虫等化石的红层和红色岩溶岩系(如溶积钙质泥岩、溶积钙屑灰岩及溶积钙砾岩等)。此时期为广西岩溶峰林地貌形成的初始时期。晚第三纪(喜山期构造运动)以后,气候变化比较复杂,干与湿、冷与热交替变化频繁,在晚第三纪及第四纪中更新世出现了2个湿热化气候的高峰期,

地质灾害培训内容 (1)

国道219线康措段16标 汛期地质灾害培训材料 一、地质灾害、各种地质灾害的定义及其组成要素 地质灾害:通常指由于地质作用引起的人民生命财产损失的灾害。地质灾害可划分为30多种类型。由降雨、融雪、地震等因素诱发的称为自然地质灾害,由工程开挖、堆载、爆破、弃土等引发的称为人为地质灾害。根据2004年国务院颁发的《地质灾害防治条例》规定,常见的地质灾害主要指危害人民生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等六种与地质作用有关的灾害。 1、什么是滑坡 滑坡是斜坡上的岩体由于种种原因在重力作用下沿一定的软弱面(软弱带)整体向下滑动的现象叫滑坡,滑坡多发生在坡度小于50度的斜坡上。俗称“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等。 滑坡的主要要素有:滑坡体(滑体)、滑坡壁、滑动面(滑面)、滑动带(滑带)、滑坡床(滑床)、滑舌、滑坡台阶、滑坡周界、滑坡洼地、滑坡鼓丘和滑坡裂缝(包括拉张裂缝、羽毛状裂缝、鼓张裂缝、及扇状裂缝)。 以上滑坡要素只有发育完全的新生滑坡才同时具备,并

非任一滑坡都齐全具有。 2、什么是崩塌(崩落、垮塌或塌方) 崩塌是较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动、堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象,一般发生在地形坡度大于50度,高度大于30米的高陡坡上。产生在土体中的称土崩,产生在岩体中的称岩崩。规模巨大、涉及山体者称山崩。大小不等、零乱无序的岩块(土块)呈锥庄堆积在坡脚的堆积物,称崩积物,也可称为岩堆或倒石堆。 3、什么是泥石流 泥石流(也称蛟龙)是山区特有的一种自然地质现象,是山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水等水源激发的,含有大量泥水石块的特殊洪流。 泥石流按物质组成划分为泥石流、泥流、水石流三类;按流体性质可分为粘性和稀性泥石流;此外还有按水源类型划分的;降雨、冰川、溃坝型;按地形形态划分的沟谷型、坡面型等。水既是泥石流的重要组成部分,又是泥石流的激发条件和搬运介质。降雨、冰雪融水和水库溃决溢水等都可成为泥石流的水源。 4、什么是地裂缝 地裂缝是指由于采矿及地基不稳固引发的房屋开裂(开口),地面开口等现象。 5、什么是地面塌陷

隧道渗漏水原因及处理措施

隧道渗漏水原因及应急处理方案 一、渗漏水原因分析 从渗水部位分析及现场调查,总结得出渗漏水大致有以下几个原因产生: 1、地质原因:隧道渗漏水地段地质情况为节理裂隙发育,地下水发育,渗漏水为基岩裂隙水,局部分布裂隙节理发育带,地下水往裂隙处渗出,在喷射混凝土前,没有对裂隙水进行处理,渗漏水较为严重。 2、光面爆破效果不好,造成隧道开挖轮廓凹凸不平,部分区域喷射混凝土厚度及密实度达不到规范要求出现渗漏水现象。 3、安装引流盲管时,渗水位置排查不清,或盲管未固定好,喷射混凝土时发生偏移,不能达到很好的引流效果。 4、隧道周围裂隙水中钙物资较多,造成隧道防排水系统,特别是引水盲管的堵塞。 二、渗漏水处理方案 隧道渗漏水的治理,应根据漏水的水源、类型、部位以及漏水量,确定治理方案和选择材料。根据现场调查成果,确定隧道渗漏水治理原则为:以排为主,局部水量大的区域堵排结合。 1、凿槽引排:此方法主要适用于拱墙单点、股流、射水等水量较大的渗漏处。根据现场实际渗漏位置确定引排位置。施工步骤如下: (1)渗水点查找:把渗水周围的混凝土面清理干净,找到缝隙的位置及水源,特别是可能一处水源有多个渗漏点; (2)确定引流路径:找到渗水点后,确定方便排水的路径,为凿槽做准备; (3)凿槽:根据引流管大小人工凿出深度为5cm的槽,一般凿成内大外小的倒梯形槽,保证外敷水泥砂浆有2~3cm厚; (4)埋管:在槽底埋设Φ40弹簧半管直至拱墙底部,用锌铁皮或铁丝固定;

(5)封填:用防水砂浆进行封填,若凿缝后缝隙出现渗水,先用遇水膨胀橡胶止水条嵌缝,然后再封填防水砂浆; 防水砂浆配合比:425#普通硅酸盐水泥:BR增强型防水剂:BR-2专用粉:砂:水=1:0.14:0.03:1:0.35。 2、注浆:此方法主要适用于拱墙单点或缝隙等水流量较小处。 根据实际情况,注浆主要选用径向小导管注浆,材料主要选用超细水泥—水玻璃双液浆,也可根据渗漏点进行钻孔、埋设注浆针头、注环氧树脂进行注浆封堵。封堵完成后刷1:2普通砂浆抹面。 3、铺设防水板:此方法主要适用于拱墙多点区域性渗漏处。 隧道开挖完成后,在水流较大的区域可先对渗漏点进行封堵处理,若封堵效果不佳,且引流盲管不能达到很好的引流效果,可铺设防水板进行引流。若喷射混凝土前未发现较大水流,初期支护完成后出现多处渗漏点,可在初期支护混凝土上铺设防水板进行引流。 三、预防漏水措施 1、确保爆破开挖面平顺。光面爆破是确保后续初期支护、防排水板施工质量的关键。光面爆破中,特别要控制周边眼间距,保证周边眼间距在40~50cm以内,这样才能改善边墙平整度,起到关键的作用。 2、富水段先进行注浆加固。需要进行注浆加固的止水地段,特别是富水地段、破碎围岩地段,应先进行注浆封堵,贯彻“以防为主,防排结合,综合治理”的原则,确保注浆防水的质量达到止水效果,基本实现注浆段无线流,初步形成初期支护外的止水环,为安全开挖创造条件,为隧道防水创造条件。 3、严把引水盲管埋设关。引水盲管应根据洞内渗、漏水的实际情况按设计要求进行布置,富水段应等间距沿纵向设置形成暗埋、永久式排水通道系统,在无渗漏地段有必要时,每隔一定间距,在其喷层表面上、下打设排水孔,安装排水半管或线形排水板,防止雨季渗漏水。安装完引水盲管后,应确保洞身无较大渗水点方可进行混凝土喷射。

深基坑岩溶裂隙水降水方法研究

深基坑岩溶裂隙水降水方法研究 摘要:随着城镇化的加剧,以及人口增多、土地资源减少的影响,高层建筑在城镇建设中占据着主体。随之而来的深基坑处理问题也凸显出来,含量水大的土层在很大程度上影响了建筑物的基础防水基础。本文在分析深基坑和岩溶裂隙水特性的基础上介绍了几种岩溶裂隙水降水的方法,以求促进高层建筑施工中基坑降水技术的完善和工程的顺利开展。 关键词:深基坑岩溶裂隙水降水 1 深基坑的特性分析及进行降水处理的必要性 在高层建筑施工过程中,其基础工程施工部分一般是比较复杂的,受到周围环境的限制比较大,而且大多数位于市政管线、通讯电缆的密集之地,这些因素都会影响基坑工程的顺利进行。尤其有些城市的建筑基础是软土地基,这种地理条件导致了建筑基础的不稳定性,更容易发生塌陷的现象。 在高层建筑中,有时会发生因流砂、坑底失稳、管涌、坑壁坍塌等引起的工程事故,从而造成周围地下管线和建筑物不同程度的损坏。因此,在建筑施工基坑施工阶段要降低地下水的水位,以确保工程施工的顺利进行和建筑物的安全。 基坑工程的设计及施工环节都具备一定的复杂性和艰巨性。在开挖环节中主要表现在较高的造价和较长的施工周期,这两个因素不仅会导致基坑工程的施工成本提高,甚至会延误整个建筑工程的工期顺利完成。为了最大限度地减轻不利因素的影响,我们在设计和施工环节都会慎之又慎。为了保证建筑地基的牢固性,确保基坑底板的稳定,防止周边土体的松动,避免出现开挖面的土体隆起、基坑底部涌水的现象,必须采取必要的措施确保提升基坑土层地耐力。此外,基坑开挖必须先降水,在施工中要针对开建建筑当地的地质特征优选基坑降水方案,并且严密观测地表沉降,对地下水进行控制。地下水下降会造成水下土层的压缩固结,并伴随附加的地面沉降。实践证明沉降量随距降水点距离的增加而减少,并在距离降水点一定距离内为明显影响地带。 2 岩溶裂隙水的特征分析 岩溶裂隙水是存在于裂隙占主导的岩石中的地下水。岩石裂隙空间是裂隙水储存和运动的场所,所以裂隙的类型、性质和发育程度等直接影响裂隙水的埋藏、

岩溶塌陷地质灾害的评估及防治措施

岩溶塌陷地质灾害的评估及防治措施 摘要:通过对岩溶塌陷区地质灾害发生的评估,分析岩溶塌陷形成的机理,提出针对性的岩溶塌陷勘查手段及预报措施,达到减灾防灾的目的 关键词:地质灾害;岩溶塌陷;灾情预测;防治措施 一、前言 地质灾害是由不良的地质作用引发的事件,可能造成重大人员伤亡、重大经济损失和环境改变。随着国民经济的飞速发展,工程地质作用对人类生存环境及工程环境本身的影响与致灾性越来越明显。地质灾害的发育分布及其危害程度与地质环境背景条件(包括地形地貌、地质构造格局和新构造运动的强度与方式,岩土体工程地质类型、水文地质条件等)、气象水文及植被条件,人类经济工程活动及其强度等有着极为密切的关系。 自然因素和人为因素都可能引起地表塌陷,例如地下空间开挖活动、矿产资源开发、地下工程施工、古溶洞、隐蔽工程、含水层中地下水流失、地层液化、建筑物自重、冲积层中含水量变化、化学物侵蚀作用、地壳移动、古窑老采区、地层滑移、地下水超量开采、陷落柱及淤泥地带等因素。 由于特殊的地质演化过程,岩溶地区相对于其他地区往往更频繁地发生地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,其中地质灾害最多表现形式为岩溶地面塌陷。 二、岩溶塌陷的概念及产生原因 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,其结果多形成圆锥形塌陷坑。 岩溶地面塌陷是地面变形破坏的主要类型,多发生于碳酸盐岩、钙质碎屑岩和盐岩等可溶性岩石分布地区。激发塌陷活动的直接诱因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外,往往与抽水、排水、蓄水和其他工程活动等人为因素密切相关,而后者往往规模大、突发性强、危害也就大。岩溶地面塌陷发现于碳酸盐岩分布区,其形成受到环境和人类活动的双重影响。 1. 可溶岩及岩溶发育程度 可溶岩是由岩溶地面塌陷形成的物质基础,而岩溶洞穴的存在则为地面塌陷提供了必要的空间条件。大量塌陷事件表明,塌陷主要发生在覆盖型岩溶和裸露型岩溶分布区,部分发育在埋藏型岩溶分布区。 溶穴的发育和分布受岩溶发育条件的制约,一般主要沿构造断裂破碎带、

隧道裂隙水治理方案

莞惠城际GZH-7标暗挖隧道 裂隙水封堵方案 一、编制依据 1.1、编制说明 莞惠城际GZH-7标暗挖隧道上覆含水砂层段长,同时还下穿寒溪河、铁路公园湖和多次穿越破碎带,从目前隧道开挖情况看,围岩裂隙水发育,多处水流量较大,影响正常施工。2011年11月10日铁道部工程质量监督总站广州监督站要求,必须采取有效措施封堵裂隙水,保证隧道施工质量和防水要求,为此,我项目部特编制本方案指导现场裂隙水治理施工。 1.2、编制依据 1)、《高速铁路隧道工程施工技术指南》 TB10753-2010; 2)、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》 TB10753-2010; 3)、《地下防水工程施工质量验收规范》 GB50208-2002 4)、《地下工程防水技术规范》 GB50108-2008 5)、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001 6)、《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002) 7)、《铁路隧道工程施工安全技术规程》TB10304-2009 8)、《GDK38+952~GDK44+577矿山法区间隧道主体结构图》(莞惠施SD-07-14) 9)、《GDK44+809~GDK51+339矿山法区间隧道主体结构图》(莞惠施SD-07-10) 10)矿山法区间隧道参考图(一)(莞惠施SD-CK-01) 11)区间隧道结构防水通用图(莞惠城际通用施SD-TY-01)二、工程概述

2.1、工程概况 GDK38+952~GDK44+577段区间隧道位于常平镇朗常路及常平大道,莞惠城际大朗~常平区间内,全段为矿山法区间隧道,小里程与大朗站大里程明挖段隧道相接,大里程与常平站相接,沿着朗常路及常平大道地下穿越,在GDK42+330~DK42+510段下穿寒溪河。本段区间隧道共设置8个施工竖井:GDK39+265施工竖井、GDK39+800施工竖井、GDK40+466施工竖井、GDK41+369施工竖井、GDK42+190施工竖井(风井兼电力井)、GDK42+742施工竖井、GDK43+303.95施工竖井、GDK44+050施工竖井。 GDK44+809~DK51+339段区间隧道起始于东莞市常平镇霞坑村常平大道,自常平站向东延,下穿广深、京九等既有铁路线,后继续下穿厂房、居民建筑及道路,终止于创福五金塑料制品厂北侧。隧道穿越范围内地下管线密集,种类繁多,据管线资料及现场勘探,场区内存在电力、电信、雨水、给水、污水、燃气、路灯等地下管线管道。本段区间隧道共设置4个施工竖井:GDZK45+176施工竖井、GDZK45+805施工竖井、GDK50+730施工竖井(兼电力井)和GDK51+339施工竖井。 2.2、工程地质及水文地质 2.2.1、工程地质 GDK38+952~GDK44+577段区间隧道拟建场地地貌有寒溪河冲积平原及丘间谷地;地形起伏较大,地面高程在 3.01~23.28m。拟建暗挖区间范围内上覆第四系全新统人工堆积层、第四系全新统冲积层、第四系残积层,下伏基岩为混合片麻岩。 GDK44+809~DK51+339段区间隧道拟建场地隧道有寒溪河冲积平原、剥蚀丘陵及丘间谷地;地形起伏较大,地面高程在5.0~

岩溶水

浅析岩溶水的发育及南北差异 摘要:岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源,其形成与差异性溶蚀存在很大关系。地下水水量丰富的含水系統是理想的供水水源,其对可溶性介质的改造是地下岩溶及岩溶水发育的主要原因。由于我国地理、气候及介质性质差异的影响,我国岩溶及岩溶水存在较大的南北差异。最近里面我国岩溶及的不节制的开发和追求经济利益的最大化,导致岩溶水出现了污染现象。 关键字:差异行溶蚀地下水含水系統南北差异污染 引言:水对可溶岩石进行化学溶解,并伴随这冲蚀作用及重力崩塌,在地下形成大小不等的空洞,在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象。不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征,初期的岩溶水系统往往与裂隙水系统相差不大。后期的岩溶水系统,管道系统发育,大范围内的水汇成一个完整的地下河系,在某种程度上具有地表水的特征:空间分布不均匀,时间上变化强烈,流动迅速,排泄集中。水量丰富的岩溶含水系統,水量大且分布极不均匀的岩溶水是采矿的巨大威胁。易于发生渗漏的岩溶化岩层,则给修建水利工程带来复杂的问题。我国可溶岩分布约为占全国面积的三分之一,岩溶及岩溶水的研究,具有重大的实际意义。岩溶水的污染近年来越来越严重,对岩溶水的防污措施的实施,刻不容缓。 一、岩溶发育的基本条件和影响因素 水对可溶岩石进行化学溶解,并伴随以冲蚀作用及重力崩塌,在地下形成大小不等的空洞,在地表形成各种独特的地貌和特殊的水文现象,称为岩溶。赋存并运移与岩溶化岩层的水称为岩溶水,也称喀斯特水。岩溶化过程实际上是水对可溶岩层的改造过程,其发育必须具备两个基本条件:岩层具有可溶性、地下水具有侵蚀能力及水是流动的。 可溶性岩石的主要组成成份是钙、镁碳酸盐,其溶解能力很弱。但是当CO2溶于水中形成碳酸或者水中很有其他酸时,对碳酸盐才有明显的溶解能力。可溶岩的成分与结构式控制岩溶发育的内因,水的流动是保证岩溶发育的充要条件。 二、岩溶水系统的演变 具有化学侵蚀性的书进入可溶岩层中,对原有的狭小通道进行扩展。原始的地下水通道包括各种规模的构造裂隙和原生孔隙,地下水主要流动循环与各种规模的裂隙之中,流动与裂隙中的地下水不断对裂隙壁面进行溶蚀,所溶蚀下来的岩石成分通过水流循环不断被带走,水流通道被加宽。 由于裂隙通道规模上的差异引起水流的分配的不均匀性,导致裂隙溶蚀扩展上的差别为差异性溶蚀。岩溶发育分为三个阶段:起动阶段、快速发展阶段及停滞衰亡阶段。 起动阶段:地下水对介质以化学溶蚀作用为主,水流通道比较狭窄,地下水几乎没有机械搬运能力,岩溶发育比较慢。随着水流越来越集中的正反馈机制的加强,岩溶的演化加快。当主体通道的宽度达到5——50mm时,紊流开始出现,地下水开始具有机械搬运能力,岩溶演化便进入快速发展阶段。 快速发展阶段:地下水流对介质的改造由化学溶蚀变为机械侵蚀与化学溶蚀共存,机械侵蚀变得愈益重要。地下开始出现各种规模的洞穴,地表形成溶斗及落水洞,并以他们为中心形成各种规模的洼地,差异集降水。随着介质倒水能力迅速的提高,地下水位总体下降,新的地下水面以上洞穴干涸,失去进一步发展的动力。通道争夺水流的竞争变得更加剧烈,不同地下河系发生袭夺,地下河系不断归并,流域不断扩大。 停滞衰亡阶段:随着地下水位的总体下降和水力坡度的逐渐降低,地下水的溶蚀能力逐渐降低甚至消失,岩溶发育呈停滞状态。 三、岩溶水的特征 岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化的动力系统。岩溶水的特征:1. 水量丰富但分布不均一;

岩溶分类

第五章岩溶分类 对岩溶进行合理的分类,根据不同类型岩溶特征,制定针对性的施工方案。 (一)按型态大小分类 按照岩溶的型态大小不同,可以将岩溶分为洞穴型、裂隙型、管道型和大型溶洞四个类别。 1、洞穴型 洞穴型是指发育规模小于50m3的干溶洞或充填型溶洞。 2、裂隙型 裂隙型是指由各种构造裂隙经溶蚀形成的岩溶裂隙。岩溶裂隙宽度一般在1cm~1m,平面延续性好,地下水运动已不符合达西定律。 3、管道型 管道型是指岩溶裂隙经进一步溶蚀扩大呈汇流的的管道特征。 4、大型溶洞 大型溶洞指发育规模大于50m3的干溶洞或充填型溶洞。 (二)按充填特征分类 根据岩溶的充填特征,可将岩溶分为充填型岩溶、半充填型岩溶和无充填型三个类别。 1、充填型岩溶 由充填物充填的岩溶称为充填型岩溶。

2、半充填型岩溶 岩溶溶腔内既有部分充填物,又有一部分空腔的岩溶称为半充填型岩溶。 3、无充填型岩溶 岩溶溶腔内无充填物,为干溶腔的岩溶称为无充填型岩溶。 (三)按充填物性质分类 根据岩溶内充填物的不同,可将岩溶分为充填粘土型、充填淤泥型、充填粉细砂型、充填块石土型、充水型五个类别。 1、充填粘土型 充填粘土型是指岩溶内充填物为粘性土的充填型溶洞。 2、充填淤泥型 充填淤泥型是指岩溶内充填物为淤泥的充填型溶洞。 3、充填粉细砂型 充填粉细砂型是指岩溶内充填物为粉细砂型的充填型溶洞。 4、充填块石土型 充填块石土型是指岩溶内充填物为块石土的充填型溶洞。 5、充水型 充水型是指岩溶内充填物为水的充填型溶洞。 (四)按岩溶水量分类 按岩溶涌水量大小可将岩溶分为特大涌水型、大量涌水型、中等涌水型、少量涌水型、微量涌水型。如表5-1。 表5-1 岩溶涌水类型表

竖井裂隙水治理方案讲解

乌鲁木齐轨道交通1号线工程土建施工06合同段 南湖广场站~南湖北路站区间暗挖隧道地下水封堵方案 编制: 复核: 审批: 中铁十九局集团有限公司 乌鲁木齐市轨道交通1号线工程 06标段项目经理部 二Ο一四年十月

一、编制说明 南湖广场站~南湖北路站区间由两个临时施工竖井组成,从目前隧道开挖情况看,1#竖井基岩裂隙水发育,作业面水流量较大,对正常施工有一定影响。业主及监理要求,针对这一现象必须采取有效措施,保证隧道施工质量和安全,为此,我项目部特编制本方案指导现场裂隙水治理施工。 二、工程概述 2.1工程概况 本段区间长988.213m,设计采用矿山法施工,设置2处竖井;南湖广场站~南湖北路站区间南起南湖广场站,南湖路向北敷设,横穿格拉玛依高架,区间周边建筑多位住宅、商铺及办公楼等,终点为南湖北路站。本区间起讫里程为YDK7+534.143~YDK8+525.185,右线全长991.042m,左线全长989.189m。 本区间在YDK7+915.000处,设置1号施工竖井,兼做区间联络通道。竖井位于南湖南路与南湖东路交口东南象限,南湖人民广场西北角, 施工竖井净空尺寸为5.0m×7.0m,井深32.696m;竖井周边主要为南湖公园绿化地,无其他重要构筑物。在YDK8+410.000处,设置2号施工竖井,兼做区间联络通道, 施工竖井净空尺寸为4.0m×7.0m,井深28.230m。竖井位于南湖北路与南湖北路东二巷交口东北象限,新疆出入境检验检疫局门口;距离新疆出入境检验检疫局门口最近距离为58m;在YDK8+257.000处设置联络通道兼做废水泵房。 2.2工程地质和水文地质条件 2.2.1 工程地质 场地内主要地层为由冲积、洪积河床堆积形成的第四系全新统—晚更

岩溶水的特征

岩溶是指流动的侵蚀性水流与可溶的岩石之间相互作用过程和 由此产生的结果。其作用包括化学溶解、沉淀、水流冲饰,重力崩塌及生物溶蚀等;作用结果指所形成的各种地貌形态,如溶沟、石芽、溶槽、落水洞、漏斗、洼地、峰林等地表形态和溶孔、溶隙、溶洞、管道等地下空间。 赋存于各种岩溶空隙中的地下水便是岩溶水。与其它类型的地下水相比,它的独特性在于不断改造其赋存环境,通过溶蚀的分异作用,使含水空间及本身的赋存趋于不均一性,常造成岩溶区地表严重缺水,而深部地下水富集并趋于“地下河系化”的现象。 岩溶水的基本特点是:水量丰富而不均一,在不均一之中又有相对均一的地段;含水系统中多重含水介质并存,既具有统一水位面的含水网络,又有相对孤立的管道流;既有向排泄区的运动,又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动;水质水量动态受岩溶发育程度的控制,在强烈发育区,动态变化大,对大气降水或地表水的补给响应快;岩溶水既是赋存于溶孔、溶隙、溶洞中的水,又是改造其赋存环境的动力,不断促进含水空间的演化。 一、岩溶水分布的不均一性 岩溶水的不均一性是指岩溶含水系统中不同地段富水的差异性 和水力联系的各向异性。它是由于岩溶发育过程中的分异作用造成的,而且其不均一程度取决于岩溶发育程度。岩溶水的不均一性不但给岩溶水资源的勘探和评价带来困难,而且也控制了岩溶地区一些环境问题的分布和发展,如过量抽取地下水引起的地面塌陷常沿抽水降

落漏斗的长轴方向延伸;污染质在岩溶含水层中的扩散晕,也常常表现出明显的各向异性,甚至线状分布。 二、岩溶含水层的含水介质特征 碳酸盐岩地区并不一定都是岩溶含水层,在那些岩溶不发育,岩块致密,仍以原生孔隙为主的地区或地段,实际上是碳酸盐岩地区的“相对隔水层”。 岩溶水含水体中存在着溶蚀孔隙、微裂隙,层面等扩散流介质,溶蚀大裂隙含水介质和管道流介质,可以根据它们各自在岩体中所占的比例大小来划分岩溶含水层类型。 三、岩溶水的运动特征 岩溶含水体中多重含水介质并存,所以导致岩溶水的运动非常复杂多变,总的来说可以概括为四个并存:层流和紊流并存;在压流和无压流并存;统一水流与孤立水流并存;明流与伏流并存。 岩溶水的运动速度变化很大,因此其流态变化也很复杂。在溶孔、溶隙中,地下水缓慢地渗流,水流流态属于层流状态;而在溶洞、暗河等岩溶管道中,地下水流速大,最快可达 2400m /h,显然处于紊流状态;在介于两者之间的大裂隙中则多显示过渡的混合流状态。 四、岩溶水的补给、排泄、和动态特征 1、溶孔裂隙水 ( 1)补给仍以缓慢地入渗补给为主,岩溶水量、水位等动态滞后于降雨可达数月之久。

岩溶地面塌陷地质灾害成因及防治措施研究

岩溶地面塌陷地质灾害成因及防治措施研究 本文结合紫金县某村庄发生地面沉降及地面塌陷的实际情况,探析岩溶地面塌陷的原因,并在深入分析原因的基础上提出了相关的防治措施。 标签:岩溶地面塌陷防治措施 1工程概况 2013年5月7日,某村庄发生地面沉降局部地面塌陷,对房屋墙体产生不同程度的破坏,居民房屋地面、墙面产生不同程度的裂缝,地面产生不同程度下陷。 2010年5月,在地面沉降点附近,发生两处地面塌陷,塌陷坑长约5m,宽约5m,深约5m。2012年4月,又发生两处地面塌陷,一处塌陷坑长4.5m,宽3.6m,深5.1m,另一处塌陷坑长4m,宽3.6m,深4m。2012 年10 月,发生地面塌陷,塌陷坑长16m,宽10m,深30m。 2地面塌陷发生的环境 地面塌陷区属第四系覆盖型石灰岩地带,地势较开阔、平坦。地面塌陷及沉降发生地段,为养殖螺旋藻及养鳗厂附近。 地面塌陷区域及周边出露地层为:(1)第四系联圩组(Qhl):岩性为粉质黏土、砂砾石层。厚度变化较大,粉质黏土厚度2.4~3.0m,砂砾石层厚度在6.0~30.0m 之间。(2)石炭系上统壶天群(C2h):属石炭系上统壶天群,岩性主要为灰岩、细晶灰岩,底部为白云岩、白云质灰岩。灰岩溶洞与溶蚀裂隙发育,利于地下水渗入,储存与运移。上覆第四系松散层。 3地面塌陷区域地下水开采现状 地下水开采主要有居民生活饮用水、养鳗场、螺旋藻养殖基地用水等。 (1)居民生活饮用水:塌陷区附近居民约有5770 人,按每人用水量0.15m3/d3,则居民生活饮用水用水量为866m3/d。 (2)养鳗场用水:采用四口机井开采地下水,从2010年8 月至今2014年6月,开采量为1336 m3 /d,之前开采量为现在的三倍,计4008m3/d。 (3)螺旋藻养殖基地:有五口机井开采岩溶地下水,地下水开采量平时为943m3 /d,每月最大开采量1716m3/d。 地下水开采总量为866+4008+943=6760m3/d。是地下水允许开采量(3470m3

地质灾害的概念及类型.

、地质灾害的概念及类型地质灾害,包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的与地质作用有关的灾害。按照我国现有的国土资源管理职能,属国土资源部门管理的地质灾害共有7 种,即崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降和不稳定斜坡。我县最主要的灾害类型为滑坡,其次为崩塌,再次为地面塌陷和不稳定斜坡。 二、滑坡、崩塌诱发的主要因素 1、大雨、暴雨和长时间的连续降雨或融雪,使地表水渗入坡体,软化岩、土及其中软弱面。 2、地震引起坡体晃动或强烈振动破坏坡体平衡。 3、地表水的冲刷、浸泡,河流水库水体不断地冲刷或浸泡坡脚,削弱坡体支撑或软化岩、土,降低坡 体强度。 4、不合理的人类活动,如开挖坡脚或边坡、地下采空、塘库堰蓄水或渗漏、采掘矿产资源、道路工 程、其它建设等改变和破坏坡体原始平衡状态的人类活动。 三、滑坡监测的简易方法和手段 1、设桩监测:在滑坡裂缝两侧埋设简易观察桩。 2、设片监测:在挡土墙等建(构)筑物裂缝上贴水泥砂浆片或纸条。 3、设尺监测:在裂缝两侧设固定标尺。 4、刻槽监测:在滑坡前缘剪出带内刻槽。定期测量裂缝的长度、宽度和深度的变化,以及裂缝形态和开裂 延伸方向变化,根据变化情况,初步判断滑坡的发展趋势。 四、滑坡、崩塌发生的前兆 1、滑坡体出现横向及纵向放射性裂缝,前缘土体出现隆起现象。 2、在滑坡前缘坡脚处,有堵塞多年的泉水复活现象,或者出现泉水(井水)突然干涸、水位突变等异 常现象。 3、滑体后缘裂缝急剧加长加宽,新裂缝不断产生,滑体后部快速下座,四周岩土体出现松弛现象。 4、崩塌的前缘掉块、坠落,小崩塌不断发生。 5、崩塌的脚部有凹腔或出现新的破裂形迹,不时偶闻岩石的撕裂、摩擦、错碎声。 6、出现热、氡气、地下水质、水量等异常现象和嗅到异常气味。 7、动物惊恐异常,如猪、狗、羊惊恐不安,不入睡,老鼠乱窜 五、滑坡、崩塌出现险(灾)情采取的措施 1、立即发出制定报警信号,险区人民群众马上撤离,并相互转告。

常见地质灾害与防治

地质灾害及防预基本知识 一、地质灾害类型 地质灾害是指包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生 命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷(采空塌陷、岩溶塌陷)、地裂缝、地面沉降、海(咸)水入侵等与地质作用有关的灾害。自然因素为主导致的地质灾害称自然地质灾害;主要由人为因素引发的地质灾害则称人为地质灾害。就地质环境或地质体变化的速度而言,可分突发性地质灾害与缓变性地质灾害两大类。崩塌、滑坡、泥石流为突发地质灾害,地裂缝、地面沉降是缓变性地质灾害,又称缓变地质灾害。 崩塌:较陡斜坡上的岩土体在重力或震动作用下,突然发生崩落的地质现象。 滑坡:斜坡上的岩土体在重力作用下沿一定的软弱面向下滑动的现象叫滑坡,俗称“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”、“山扒皮”等。 泥石流:山区沟谷中,由暴雨、冰雪融水等水源激发的泥沙石块的特殊流体。 二、地质灾害主要预防措施 建立健全地质灾害监测网络和预警信息系统。在地质灾害易发区加强地质灾害群测群防工作。在地质灾害重点防范地段,加强地质灾害险情的巡回检查。划定地质灾害危险区,予以公告,设置警示标志。重大险情地段采取工程治理或搬迁避让措施等。 (一)防灾避险方法 地质灾害不用怕,防灾减灾有办法。 群测群防功劳大,发现前兆要明查。 防灾避险明白卡,预警措施告诉咱。

信号路线先记下,及时避让保全家。(二)泥石流预防 泥石流,鬼见愁,发生地点在沟头。下暴雨,水断流,临灾特征显下游。地在震,房在抖,撤离路线尽快走。相互间,帮把手,安全地带方停留。(三)泥石流预防 泥石流,来势汹,水土砂石沟口拥。龙门山,沟谷中,暴雨来时往下冲。毁房屋,阻交通,一路生物皆失踪。震灾区,很集中,加紧提防不放松。(四)滑坡预防 坡前垮,土体胀,井水田水齐下降。现裂缝,在坡上,滑坡一定有情况。不牵牛,不赶羊,吆喝大家跑出房。抱孩子,搀爹娘,尽快离开莫商量。(五)崩塌预防 哪种灾,威力大,山区必然数崩塌。来势猛,像爆炸,灾难常在陡崖下。掉小块,噼里啪,危岩裂缝有变化。前兆现,莫惊吓,及时避开就不怕。(六)灾后应急自救 有灾情,速上报,救援工作最紧要。听广播,看电视,关注雨情最明智。建预案,勤查看,避免新灾再发难。灾区人,是一家,防灾减灾靠大家。 一、山区建房如何预防地质灾害

综合超前地质预报在隧道工程裂隙水探测中的研究

综合超前地质预报在隧道工程裂隙水探测中的研究 发表时间:2018-09-26T18:10:16.237Z 来源:《防护工程》2018年16期作者:董栋李磊[导读] 裂隙水是影响隧道修建速度和威胁工程施工安全最主要因素之一 中国水利水电第三工程局有限公司勘测设计研究院西安 710032 摘要:裂隙水是影响隧道修建速度和威胁工程施工安全最主要因素之一。本文通过在改建铁路南平至龙岩线扩能改造工程九鹏溪隧道施工实践,采用TRT层析扫描成像法、瞬变电磁法、地质雷达法及地质钻探法的相结合的方法对隧道地下水进行综合预报。该方法充分发挥了各种单一预报方法的技术优势,从立体到平面,全方位的预报掌子面前方地下水变化情况。通过与开挖后掌子面的地质编录进行对 比,实践证明该方法在施工过程中取得了较好的效果,为施工进度安排、资源调配提供了可靠的地质资料,一定程度上避免了隧道坍塌、涌水、突泥等地质灾害的发生。 关键词:综合超前地质预报;隧道工程;裂隙水;TRT法;瞬变电磁法;地质雷达法 Study of Comprehensive Advance Geological prediction in Fissure Groundwater Detection of Tunnel Engineering DONG DONG LI LEI ( Sino hydro engineering bureau 3 company LTD, Xian,710032 ) Abstract:Groundwater is one of the main factors affecting the construction speed and safety of the tunnel.In this paper,through the construction practice of Jiupengxi tunnel in the reconstruction project of Nanping-Longyan railway,the method of TRT tomography,transient electromagnetic method,ground penetrating radar method and geological drilling method is used to forecast the tunnel groundwater. This method gives full play to the technical advantages of various single forecasting methods,from the three-dimensional to the plane,the changes of groundwater in front of the face are all-round prediction.Geological logging are compared with the after Excavation of the face of the palm。It is shown that methods has achieved good results in the construction process,which provides reliable geological data for the construction schedule and resource allocation,and avoids the tunnel collapse,Gushing water,Mud-bursting and other geological disasters to a certain extent. Keyword:comprehensive advanced geological prediction;tunneling engineering;Fissure groundwater;TRT method;transient electromagnetic method;ground penetrating radar method 1 引言 随着我国地下工程建设规模的不断扩大,深长隧道施工过程中可能遇到的突水、突泥等地质灾害给施工安全带来了重大隐患[1]。据1988 年以来修建的铁路隧道统计,涌水量在1×104 m3/d以上的有 31座,因此而造成停工的时间约占施工总工期的30%。如京广线大瑶山隧道穿过9#断层时,突水量达3×104m3/d;成昆线沙木拉达隧道最大总涌水量达19550m3/d,最大突水量达36.11m3/min,曾造成停工达32d之久;京广线南岭隧道曾发生3次较大突泥共11738m3、最大突水量达11143m3/d,总涌水量达16885 mm3/d;大秦线军都山隧道曾发生 12 次共3360m3的突水突泥,其中最大2次共2100m3的泥屑流灾害等;渝怀线圆梁山隧道施工中涌砂、涌水达数十次之多,造成重大伤亡,损失惨重 [2,3];在建的某铁路隧道由于大规模突水也造成了多名施工人员失踪的灾难性事故[4]。 在我国,隧道施工期地质超前预报研究始于20世纪50年代末[5],但真正应用于隧道建设包括其它地下工程是在20世纪70年代初,以我国工程地质界老前辈谷德振教授等根据矿巷施工进度和掌子面地质性状作出的矿巷前方将遇到断层并将引发塌方的成功预报为序,开始了我国隧道施工期地质超前预报的研究和应用。如在后期的大瑶山隧道、南岭隧道、军都山隧道都进行了隧道施工超前地质预报的研究和试验工作,并取得了一些成功的经验。大量的工程实践表明,单一的超前地质预报方法无法对隧道裂隙水进行准确的预报,往往造成突水、突泥、涌砂等灾害。因此,需要研究一种综合有效的方法,开展隧道裂隙水的超前地质预报,对确保隧道工程施工的顺利进行有重要的现实意义。 2 隧道裂隙下水探测方法 国内外对隧道施工前方含水情况十分重视,已有许多探测岩溶和裂隙水的方法:包括地质调查法、超前钻探法、瞬变电磁法、TRT层析扫描成像法、地质雷达技术、红外探测法及高分辨直流电法等。 2.1 地质调查法 地质调查法是在充分收集、分析、利用已有区域地质和工程地质资料的基础上,辅以地质补充调绘,从地质的角度分析研究工程的地质与水文地质条件,分析地下水发育的规律,宏观掌握区域地质条件,指导超前地质预报工作。 2.2 超前钻探法 超前钻孔法是在开挖面上进行钻孔,以探明隧道开挖面前方的地质情况,按钻孔器具及距离的不同,又可分为超前地质钻孔法和加深炮孔探测法。该方法用钻探设备向开挖面前方钻探,从而直接揭示前方地层岩性、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩石的可钻性、岩体完整程度等。 2.3 瞬变电磁法(TEM) 瞬变电磁法主要是针对隧道富水区域进行探测,水体一般表现低阻特征,基于此基本可以分辨地下水害体的相对位置。瞬变电磁仪对低阻含水体反映灵敏,受体积影响小,纵横向分辨率高且施工灵活轻便,工作效率高。 2.4 TRT层析扫描成像法 TRT层析扫描成像法是通过岩体声学阻抗差异来判断隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等)、位置、形状、大小。TRT预报时,当地震波遇到声学阻抗差异界面,一部分信号被反射回来,一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收,反射体的尺寸越大,声学阻抗差别越大,回波就越明显,越容易探测到。 2.5 地质雷达法

关于岩溶地面塌陷地灾评估

评估区处于溶蚀谷地地貌地貌,上部为第四系覆盖层,下伏基岩为下二叠统茅口组((P1m))厚层块状灰岩。建筑物区大部分为覆盖型岩溶地区,场地上覆灰岩溶蚀残余堆积土,主要为棕黄-褐黄色粘土,矿区南东面洼地较厚,为0.2-3.5m,矿区内山坡较薄,厚0.1-0.3m,平均为0.2m。下伏石炭系碳酸盐岩岩溶中等发育,发育一些溶蚀裂隙和溶沟、溶槽,规模小,溶洞高0.3~3.5m,充填软塑状粘性土,其上覆土体厚度一般0.5~3.5m,岩溶地下水埋深较大,地下水汇集于溶蚀裂隙、岩溶管道中径流,评估区面积较大,局部地段土层中可能存在未揭露的土洞。据区域地质资料该层岩石岩溶中等发育,在上覆新增荷载、振动等作用下,或气候的异常变化使地下水位升降幅度过大,造成地下水位反复升降,及施工时机械荷载、堆填荷载、爆破、碾压振动等作用下将导致岩溶地面塌陷的发生,危及施工设备及人员,预估直接经济损失约<100万元。 本项目岩溶地面塌陷地质灾害预测,采用铁道部第二勘测设计院陈国亮(1994)《岩溶地面塌陷的成因与防治》以专家调查法得出的经验预测指标进行预测,该方法以岩溶地面塌陷的三个基本条件(地下水、覆盖层、山溶(地貌与岩溶))作为评估依据,总指标为100;以降水入渗为主的地段,水位指标为40,预测地段近期曾发生塌陷,指标为100。 判别标准:指标≥90,为极易塌陷地段。 指标为71~89,为易塌陷地段。 指标≤70,为不易塌陷地段。

岩溶塌陷经验预测指标表表6 注:评估区对岩溶塌陷的影响因素取值是根据本次评估调查及收集前人资料整理而成。 本项目已建场地和未来采场岩溶地面塌陷地质灾害预测指标见表6,预测场地综合指标值为82,属于岩溶易塌陷地段,但现场调查场地周边区域未发生过岩溶地面塌陷地质灾害。因此工程建设引发岩溶地面塌陷地质灾害的可能性中等,危害程度小,危险性小。

岩溶环境和岩溶水资源

我国岩溶地区土地退化研究评述 摘要:岩溶山地研究是当前国内外地学学者的研究热点之一,它在我国有着较大的分布面积。本文从成因、现状、治理措施等方面综述了我国岩溶山地的石漠化问题、生态环境效应影响、岩溶塌陷状况等方面的研究进展,并对未来岩溶山地土地退化的治理与发展进行展望,从而实现岩溶山地地区生态和经济的可持续发展。 关键词:岩溶山地;石漠化、生态环境、岩溶塌陷 1引言 岩溶山地地形复杂多样,地表起伏较大,是我国国土的重要主成部分,占国土面积的近1/3,并且在我国具有分布范围广,占有面积大的特点,南方集中分布于西南地区的贵州、云南、广西、四川等省份(表1),山东、河南、山西、内蒙古等省份是我国北方重要的岩溶地区。 表1西南岩溶山区岩溶山地的分布面积 省份黔桂滇川鄂湘岩溶分布面积/万km2 13 9.5 11.21 8.2 4.1 5.7 占所在省份总面积/% 73 41 29 15 22 27.3 从20世纪80年代以来,我国学者开展了许多与岩溶山地相关的工作,以深化对岩溶山地、环境、人口与发展之间相互关系的认识。对岩溶山地的研究可以简单明了地归纳为3个研究构成环节(形成原因、目前状况和防治措施)与3个核心研究内容(岩溶山地的石漠化、岩溶山地的生态环境、岩溶山地的土地塌陷)。当前随着经济的发展和科技的进步,人们对岩溶山地的开发强度越来越大,然而伴随其产生的石漠化、生态环境脆弱、土地塌陷等问题也越来越突出。 2岩溶山地石漠化问题的研究进展 2.1研究背景 岩溶山地石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下,受人类不合理社会经济活动的干扰、破坏所造成的土壤严重侵蚀,基岩大面积出露,土地生产力严重下降,地表出现类似荒漠景观的土地退化过程[1]。它是岩溶地区土地退化的极

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