深埋復(fù)雜巖溶區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分析與治理

1、.PAGE ：.；PAGE 6作者簡介: 張運(yùn)標(biāo)，男，高級(jí)工程師、1939年10月出生，注冊(cè)工程師、勘察研討院副總工程師。主要從事水文地質(zhì)，巖土工程及地質(zhì)災(zāi)禍防治研討及勘察，曾獲工程勘察國家金獎(jiǎng)一項(xiàng)，部、省級(jí)獎(jiǎng)數(shù)十項(xiàng)。深埋復(fù)雜巖溶區(qū)地質(zhì)災(zāi)禍分析與治理張運(yùn)標(biāo)深圳市勘察研討院 深圳518026摘要 深圳市東部供水隧洞掘進(jìn)至龍崗區(qū)橫崗鎮(zhèn)西坑村邊時(shí)忽然涌水，涌水量200m3/h，引起西坑老屋村井水干枯、大面積沉降，部分塌陷、房屋倒塌。為查明地面塌陷、房屋倒塌緣由，深圳市水務(wù)局約請(qǐng)?jiān)谏钲诘乃牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)專家進(jìn)展研討，專家一致以為塌陷與巖溶關(guān)系親密，但查1：50000深圳地質(zhì)圖及隧洞詳勘報(bào)告，老屋村地

2、下并無巖溶地層。專家以為地層判別有錯(cuò)誤，建議采用物探與鉆探相結(jié)合的勘察手段，查清隧洞涌水點(diǎn)前方西坑谷地及老屋村沉降范圍地層巖性及水文地質(zhì)條件。市水務(wù)局委托深圳市勘察研討院在隧洞軸線經(jīng)過的西坑谷地段補(bǔ)孔13個(gè)，老屋村沉降、塌陷范圍補(bǔ)孔33個(gè)，并結(jié)合鉆孔CT物探及鉆孔抽水實(shí)驗(yàn)進(jìn)展勘察?？辈旖Y(jié)果證明西坑老屋村沉降范圍是埋藏型巖溶盆地，隧洞涌水點(diǎn)是巖溶盆地地下水的排泄口，并查清了隧洞穿越巖溶區(qū)的長度、巖溶發(fā)育程度及發(fā)育規(guī)律，建議采用全斷面小導(dǎo)管超前注漿加固、堵水方法進(jìn)展隧洞施工，結(jié)果順利穿過了復(fù)雜巖溶地段及斷裂破碎帶，老屋村再未出現(xiàn)沉降、塌陷景象。關(guān)鍵詞 地面塌陷 地面沉降 巖溶盆地 溶槽堆積物深圳市

3、東部供水網(wǎng)絡(luò)干線工程用于統(tǒng)籌處理深圳市的缺水問題，是深圳市城市供水系統(tǒng)的重要組成部分。工程起點(diǎn)在松子坑水庫11號(hào)壩下部，終點(diǎn)為該市西部的西瀝鐵崗水庫。輸水建筑以隧洞為主，全線采用重力流輸水方式。一號(hào)隧洞供水網(wǎng)絡(luò)干線從碧嶺谷地南緣湯坑村附近進(jìn)洞，在深圳水庫沙灣大望橋北側(cè)出洞，全長17958m，隧洞斷面凈寬4.2m，凈高5.3m。隧洞穿越西坑村北側(cè)，該段地面高程82.0m，設(shè)計(jì)隧洞底板高程40.2m，埋深42.0m。據(jù)隧洞詳勘報(bào)告，該段810m以下為下石炭統(tǒng)測(cè)水組下段絹云母片巖，石英粉砂巖等，未發(fā)現(xiàn)大塘階石磴子組大理巖、大理巖化灰?guī)r。一號(hào)隧洞由東向西掘進(jìn)至西坑村北部F38斷裂破碎帶時(shí)2000年5月

4、3日洞內(nèi)忽然涌水，涌水量約200m/h，因大量地下水被排出地表，引起西坑老屋村水井水位大幅下降或干枯，距隧洞掘進(jìn)面前方200m處老民居倒塌，地面塌陷，陷坑直徑4m，深度不詳，周圍民居墻壁傾斜、開裂、地面沉降開裂，總變形區(qū)面積約7.3萬m。沉降25mm。該處地面塌陷時(shí)出如今晚上，轟隆一聲巨響，人們以為發(fā)生大地震，紛紛離家到開闊地帶。第二天一早，市、區(qū)指點(diǎn)奔赴現(xiàn)場(chǎng)視察，召集設(shè)計(jì)、施工及在深勘察單位會(huì)議，分析地面塌陷、房屋倒塌緣由，委托深圳市勘察研討院與市水務(wù)局研討隧洞軸線及塌陷范圍的補(bǔ)充勘察，查清隧洞突水，地面塌陷緣由，在老屋村變形范圍布孔33個(gè)，在利用原隧洞軸線鉆孔根底上按間距1525m補(bǔ)孔13

5、個(gè)，對(duì)隧洞巖溶區(qū)的鉆孔結(jié)合電磁波CT探測(cè)及鉆孔抽水實(shí)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)展地表詳查，以便有針對(duì)性地進(jìn)展治理。一、西坑盆地地質(zhì)環(huán)境1地形地貌西坑村位于深圳市最頂峰梧桐山北麓，四面環(huán)山，中部低洼，為一完好的低山高丘陵盆地，周圍分水嶺高程290.0943.7m，盆地中間高程82.0122.0m，匯水面積8.15km。受北西向斷層影響，北部有東西寬270m的低洼帶，成為地表水，地下水的排泄口，河流出口處高程80.0m，地表水由南向北流經(jīng)安良谷地排入龍崗河。2地層巖性西坑盆地周圍地層為上侏羅統(tǒng)高基坪群凝灰?guī)r、下石炭統(tǒng)測(cè)水組絹云母片巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥盆系上統(tǒng)碎屑巖及燕山期花崗巖。盆地中下部約10萬m老屋村范圍地面以

6、下9.549.6m，普通15.039.8m為下石炭統(tǒng)大塘階石磴子組大理巖、大理化灰?guī)r，其上部覆蓋砂卵石層1.311.2m，上更新統(tǒng)沖洪積含礫粉質(zhì)粘土2.923.8m，部分地段分布有測(cè)水組絹云母片巖、泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積的粉質(zhì)粘土及溶槽堆積含礫粉質(zhì)粘土。隧洞軸線部位盆地出口處大理巖及大理巖化灰?guī)r埋藏于測(cè)水組絹云母片巖、泥質(zhì)粉砂巖下部20.755.5m以下，揭露寬度約150m。受北西向斷裂影響其西北部與早白堊世燕山四期花崗巖侵入接觸，東北部與泥盆系碎屑巖接觸。3地質(zhì)構(gòu)造西坑盆地地層總體走向NE3070，傾向NW290340，傾角3660。受南東及北西花崗巖體的侵入擠壓，構(gòu)成北東向背斜，背斜軸部的絹云

7、片巖、泥質(zhì)粉砂巖被風(fēng)化剝蝕，山洪沖刷，背斜核部的石磴子組大理巖，大理巖化灰?guī)r，部分與沖洪積層接觸，背斜西北翼的測(cè)水組絹云母片巖、泥質(zhì)粉砂巖，構(gòu)成西坑盆地的西北部隔水邊境圖1。1-花崗巖水量貧乏裂隙含水層;2-凝灰?guī)r及蛻變砂巖、頁巖、絹云母片巖隔水層；3-大理巖化灰?guī)r水量豐富裂隙溶洞含水層；4-分水嶺界限；5-張扭性斷裂及產(chǎn)狀；6-壓扭性斷裂；7-地層界限；8-巖溶塌陷點(diǎn)；9-抽水實(shí)驗(yàn)鉆孔，左分子為孔號(hào)，分母為靜止水位埋深m，右分子為水位降低m，分母為涌水量l/s。圖1 深圳市橫崗鎮(zhèn)西坑村基巖水文地質(zhì)圖Fig.1 Rock hydrological map of West Tunnel Vill

8、age, Henggang Town of Shenzhen4斷裂構(gòu)造西坑盆地主要分布NE和NW向兩組斷裂。北東向斷裂：主要有三條，走向NE50左右，傾向NW、傾角5060，盆地北西側(cè)一條，與隧洞軸線斜交，間隔 涌水點(diǎn)約800m，為花崗巖與測(cè)水組的接觸斷裂。盆地中下部有兩條，間隔 涌水點(diǎn)400m以外，與隧洞軸線斜交，兩條斷裂在盆地中被第四系覆蓋，此次勘察中未揭露，盆地東西山坡露頭可見，破碎帶厚度2030m。北西向斷裂隧洞詳勘報(bào)告稱F38：走向NW310，傾向SW，傾角約50，該斷裂錯(cuò)斷了上述三條NE向斷裂及盆地背斜構(gòu)造，程度錯(cuò)距150200m，被隧洞補(bǔ)勘鉆孔12、13、14號(hào)揭露，破碎帶揭露厚

9、度8.015.0m，構(gòu)造巖為碎裂巖夾薄層糜棱巖及角礫巖，被后期花崗巖、石英巖脈侵入充填，斷裂上盤大理巖破碎、灰?guī)r矽卡巖化、巖溶裂隙極發(fā)育，見溶洞3個(gè)，最大溶洞高22.4m，見溶洞異常帶7處，異常帶寬5.010.0m，高1.56.0m。構(gòu)成西坑巖溶盆地的地下水通道。5巖溶發(fā)育特征西坑盆地地面變形范圍內(nèi)施工鉆孔33個(gè)，隧洞軸線補(bǔ)勘13個(gè)，共46個(gè)，見大理巖、大理巖化灰?guī)r鉆孔39個(gè)，普通鉆孔揭露灰?guī)r厚度3.06.0m，隧洞補(bǔ)勘鉆孔1114號(hào)揭露灰?guī)r厚度24.440.4m，總揭露灰?guī)r厚度225.41m，見溶洞鉆孔10個(gè)，共10個(gè)溶洞及7處溶洞異常帶，普通溶洞高0.42.3m，最高22.4m，溶洞總高含

10、溶洞異常帶47.9m，占揭露灰?guī)r厚度的21%。見溶槽堆積物鉆孔26個(gè)，占67%，普通溶槽堆積物厚度11.017.0m，最大厚度26m。大理巖、大理巖化灰?guī)r頂板普通埋深15.039.8m，最淺9.5m，最深55.5m?；?guī)r頂板起伏變化大，兩鉆孔之間高差，普通11.017.0m，最大26.0m。塌陷點(diǎn)周圍40m范圍內(nèi)灰?guī)r頂板埋深相差更大，兩孔之間相差15.032.5m。塌陷點(diǎn)處W28孔揭露溶槽堆積物直接與砂卵石層接觸，構(gòu)成地下水的垂直通道。北西向斷裂帶灰?guī)r破碎、巖溶發(fā)育，沿隧洞軸線垂直斷裂走向施工鉆孔4個(gè)，見溶洞4個(gè)，溶洞異常帶7處，普通溶洞高含異常帶高1.56.0m，最高22.4m，溶洞總高40

11、.0m占揭露灰?guī)r厚度47圖2。6水文地質(zhì)特征西坑盆地四面環(huán)山有利于地表水、大氣降水向盆地中下部西坑老屋村集中，盆地周圍為上侏羅統(tǒng)凝灰?guī)r、下石炭統(tǒng)測(cè)水組和泥盆系上統(tǒng)碎屑巖及燕山期花崗巖，組成良好的隔水邊境，且隧洞北側(cè)為背斜西北翼測(cè)水組絹云母片巖、泥質(zhì)粉砂巖隔水層。盆地中部普遍分布一層砂卵石層、厚度1.311.2m、埋深0.04.1m，含豐富的孔隙潛水，其下有一層第四系上更新統(tǒng)沖洪積含礫粉質(zhì)粘土厚度2.915.2m及殘積砂質(zhì)粉質(zhì)粘土3.018.6m隔水層，往下為溶槽堆積物或大理巖及大理巖化灰?guī)r，灰?guī)r中溶洞裂隙發(fā)育，地下水豐富，據(jù)隧洞軸線鉆孔抽水實(shí)驗(yàn)單位涌水量56.42m/d.m，浸透系數(shù)36.2m

12、/d。二、地面變形、部分塌陷分析1西坑村變形區(qū)位于盆地的中下部，是地表水、地下水的富集區(qū)，盆地中下部普遍有一層厚度1.311.2m砂卵石層，該層含豐富的孔隙潛水，地下水位埋深0.212.68m，暴雨后大部分地帶水位上升至近地表，部分溢出地面，如老屋門前水井暴雨后自流，該層埋深0.04.1m，直接受地表水及降水補(bǔ)給。塌陷點(diǎn)處砂卵石層直接覆蓋在溶槽堆積物之上，構(gòu)成砂卵石層孔隙潛水與巖溶水的垂直通道。2西坑老屋村多為12層用自制土磚砌筑的百年老屋，根底是采用當(dāng)?shù)仄路e滾石、塊石用石灰砂漿砌筑而成，普通砌置在砂卵石層之上，由于根底長期受地下水浸蝕，大部分已軟化，土磚已濕化變軟，其下部已部分剝蝕，有部分老

13、屋已傾斜、開裂、成為危房，大部分村民已搬離老屋，到地形較高處建新居，老屋村租給外來人員居住。3塌陷點(diǎn)間隔 隧洞突水點(diǎn)直線間隔 200m，塌陷點(diǎn)地下水位標(biāo)高83.2m與隧洞突水部位標(biāo)高40.2m相差43.0m，水力坡度22%，存在43.0m的水柱壓力。4北西向斷裂F38位于變形區(qū)東北側(cè)，錯(cuò)斷了三條北東向斷裂及北東向背斜構(gòu)造，斷裂破碎帶巖石破碎、溶洞、裂隙極發(fā)育，成為西坑巖溶盆地的地下水通道，且該斷裂帶部分位于西坑河下部，部分地段直接與砂卵石層接觸，構(gòu)成地表水，砂卵石層孔隙潛水、巖溶水的通道。5隧洞掘進(jìn)至F38斷裂帶時(shí)，遇溶洞或溶蝕裂隙，地下水忽然涌入隧洞，涌水量約200m/h，被迫停頓掘進(jìn)，加強(qiáng)

14、排水措施。由于大量地下水被排出地表，引起西坑盆地大面積地下水位下降1020m，大部分民井干枯。豐富的砂卵石層孔隙潛水經(jīng)過F38斷裂破碎帶及溶槽堆積物如塌陷點(diǎn)處該層直接與砂卵石層接觸與巖溶水構(gòu)通，涌入隧洞，在水頭高43.0m的壓力下，地下水流帶走砂卵石層及溶槽堆積物中的細(xì)顆粒，同時(shí)溶槽堆積物處于飽和，松散形狀，極易被水流帶走，構(gòu)成空洞，引發(fā)砂卵石層往下坍塌，出現(xiàn)地面塌陷，房屋倒塌。因地下水位大幅降低，失去地下水充填，浮托作用，引起土層緊縮固結(jié)，產(chǎn)生大面積地面沉降變形、開裂。1-粉質(zhì)粘土；2-含粘性土卵石層；3-絹云母片巖；4-大理巖化灰?guī)r；5-斷裂破碎帶；6-片狀石英砂巖；7-電磁波CT異常帶；

15、8-分子為孔號(hào)，分母為靜止水位埋深m；9-左分子為孔號(hào)，分母為靜止水位埋深m，右分子為水位降低m，分母為涌水量l/s；10-隧道突水點(diǎn)及流量l/s。圖2 一號(hào)隧洞西坑巖溶段剖面圖Fig.2 Solution segment section of No 1 Tunnel in West Tunnel Village三、復(fù)雜巖溶發(fā)育帶的治理1西坑隧洞1114號(hào)孔段為F38斷裂破碎帶及巖溶強(qiáng)發(fā)育帶，為西坑巖溶盆地地下水總排泄帶，其上部東側(cè)為西坑河、此處亦為地表水總排泄口，西坑巖溶盆地地表水，地下水與該處關(guān)系極為親密，此處具有極敏感性，具有一觸即發(fā)之勢(shì)。要想處理隧洞能順利經(jīng)過此段及西坑老屋村地面變形、

16、塌陷等問題，必需處理隧洞掘進(jìn)過程中的地下水治理，使其涌水量減少到不超越地下水正常排泄量，堅(jiān)持西坑村正常井水位。隧洞掘進(jìn)前必需先堵水，再掘進(jìn)，邊堵水邊掘進(jìn)。據(jù)上述補(bǔ)勘資料分析，可采用分段全斷面超前鉆孔高壓注漿的治理方法進(jìn)展治理。深圳市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院根據(jù)隧洞軸線補(bǔ)充勘察報(bào)告，采用徑向全斷面小導(dǎo)管超前注漿加固、堵水方法，在掘進(jìn)掌子面按1.01.0m之間距布孔，呈放射狀鉆孔圖3，孔徑32mm， 注漿孔布置縱剖面圖 注漿開孔布置圖圖3 全斷面小導(dǎo)管超前注漿孔布置圖Fig.3 Bores arrangement of full section ductule super forward grouting注

17、漿范圍為毛輪廓外57m，注漿段1012m，注漿終壓1.5MPa，漿液分散半徑1.0m，終孔間距3.2m，開挖段長57m。施工要求：1注漿方式必需與地下水處置原那么相順應(yīng)，采用前進(jìn)式或全孔一次壓入式，即在鉆孔過程中未發(fā)現(xiàn)涌水時(shí)，就一鉆究竟，全孔一次壓入式注漿，在鉆進(jìn)過程中，一旦涌水，立刻停頓鉆孔，采用前進(jìn)式注漿，即鉆孔一注漿循環(huán)往復(fù)直至到達(dá)設(shè)計(jì)段長位置；2注漿作業(yè)順序：先外圈，后內(nèi)圈，間隔鉆孔注漿，出水上方的涌水量大部位先鉆孔注漿封堵，再鉆孔注漿封堵涌水量小的部位或無水流部位；3止?jié){墻及止?jié){巖盤：第一次注漿循環(huán)的起點(diǎn)，采用砌筑4m厚200號(hào)砼作止?jié){墻，以后各注漿循環(huán)段預(yù)留5.0m厚止?jié){巖盤；4在

18、掘進(jìn)前必需嚴(yán)厲檢查注漿效果，未到達(dá)止水效果的應(yīng)補(bǔ)注漿，開挖必需采用對(duì)圍巖弱擾動(dòng)的方法。嚴(yán)禁超長開挖，必需留足下段止?jié){巖盤厚度；5單孔注漿在到達(dá)設(shè)計(jì)注漿壓力時(shí)穩(wěn)定1015min，方可終了注漿；6單孔包括檢查孔涌水量0.15m/h或掌子面涌水量5m/d時(shí)，方可終了注漿；7對(duì)洞穴堆積帶，假設(shè)出現(xiàn)鉆進(jìn)速度快，吸漿量過大，那么改注水泥砂漿，并力求將洞穴充填密實(shí)。3采用全斷面小導(dǎo)管超前注漿法，對(duì)涌水量較大地段采用前進(jìn)式注漿法施工，順利經(jīng)過了西坑村F38斷裂破碎帶及復(fù)雜巖溶區(qū)，尚未再出現(xiàn)西坑老屋村地面沉降變形。一號(hào)隧洞供水網(wǎng)絡(luò)干線已全線貫穿，已通水至西瀝鐵崗水庫，圓滿處理了深圳的缺水問題。四、結(jié)語1在深埋復(fù)

19、雜巖溶區(qū)進(jìn)展勘察時(shí)，應(yīng)結(jié)合場(chǎng)區(qū)的地貌、地層及構(gòu)造、水文地質(zhì)等條件，采用多種勘察手段，查清可溶巖、巖溶的發(fā)育規(guī)律，并分析對(duì)工程建立的危害程度；2在巖溶區(qū)，施工降排水呵斥大面積地下水位下降會(huì)呵斥大面積的地面沉降、塌陷等地質(zhì)災(zāi)禍；3對(duì)巖溶區(qū)地質(zhì)災(zāi)禍的治理，實(shí)踐上是對(duì)地下水的治理，減少地下水的流失量，堅(jiān)持相應(yīng)平衡的地下水位，是治理的關(guān)鍵。4對(duì)掘進(jìn)隧洞過程中地下水的治理，采用全斷面小導(dǎo)管超前注漿堵水方法，特別是斷裂部位的注漿堵水，效果比較明顯。Analysis and Implementation of Geologic Disaster in Deep-seated Domplex KarstZhan

20、g Yunbiao(Shenzhen Investigation & Research Institute Shenzhen 518026)Abstract: When Shenzhen eastern water supply tunnel was dug to West Tunnel Village, Henggang Town of Shenzhen city, a large amount of water gushed out of the earth surface suddenly by 200 cube meter per hour. Later some phenomena

21、occurred, for example, drying of well, surface settlement, local caving in of ground, house collapse. In order to find out the causation of the above phenomena, Shenzhen Water Affairs Bureau invited many experts in hydrology and engineering geology to discuss the relevant problems. The experts thoug

22、ht that ground caving in was closely related to solution unanimously. But according to Shenzhen geological map of 1:50000 and the detailed investigation report, there was no solution stratum in Old House area. So experts thought that there was something wrong about the judgment of the stratum. They

23、suggested to make clear the lithology and the hydrological conditions by means of drilling and physical exploration in such area. Shenzhen Water Affairs Bureau committed Shenzhen Investigation & Research Institute to add 14 bores in the tunnel axis and 30 bores in the settlement and caving in area of Old H