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1概況
1.1工程概況擬建人防工程項目位于貴陽市,除公園路為地下一層外,其余均為地下兩層。工程建成后總建筑面積約42×104m2,將成為目前國內建筑規模較大的單建式平戰結合人防工程;除中山路道路寬度為16m外,其余道路寬度都為26m,工程主體位于道路以下,出入口位于道路兩側人行道上。工程施工采用蓋挖逆作法。
1.2地質概況評估區大地構造單元屬揚子準地臺黔北臺隆貴陽北東向復雜構造變形區之貴陽向斜,區內無斷層通過,受褶皺作用影響,區內地層產狀變化較大,向斜西翼地層傾向94°~118°,傾角24°~36°,向斜東翼地層傾向171°~226°,傾角20°~32°,向斜核部傾向近南,傾角20°。區內主要發育三疊系下統安順組(T1a)白云巖、溶塌角礫巖、中統花溪組(T2h)白云巖、砂屑白云巖及第四系紅粘土、人工填土。
2地質災害危險性預測
建設工程區由于受城市現代化建設影響,建設區內地形平坦,巖石類型主要為碳酸鹽巖,無大斷裂構造通過,屬于區域地殼基本穩定區。因此,評估工作主要從區內地質、褶皺、水文地質、工程地質條件以及氣候條件、工程特征、施工條件等對工程建設可能引發或遭受的地質災害進行預測分析。現將常見的幾種地質災害類型簡述如下。
2.1隱伏巖溶塌陷區內地下人防工程施工過程中所經地層及巖石類型主要為三疊系下統安順組(T1a)及中統花溪組(T2h),其巖性為白云巖。施工區主要處于貴陽向斜軸部,為深部巖溶易發育地段。巖溶發育深度集中在地面以下10~30m、50~70m、80~90m、110~150m等。結合鄒成杰、李茂秋對深部巖溶的劃分方案,區內屬河谷—向斜盆地型深巖溶,但因建設區地下水位分布較淺,所以隱伏巖溶地面塌陷是施工過程中主要災種之一。擬建工程采用9m×8m的柱網,溶洞頂板承受的壓力有人防工程結構自重、水壓力、土壓力等靜荷載以及人防頂板上的車輛輪壓荷載、層間樓板上的使用荷載等活荷載,地震荷載下結構的動力影響,結構頂板處的主應力最大。建設工程處于貴陽向斜軸部,隱伏小斷層較發育,受之影響巖石節理、裂隙發育,這加劇了巖溶的發育,易導致巖溶地面塌陷。以往水文地質資料也顯示,巖溶水鉆孔單位涌水量0.1~3.4L/(s•m)。在自然條件下,由于區內地下水活動的交替變化比較強烈,溶洞頂板較薄,并覆蓋第四系土層,這也進一步增加了塌陷的可能性。在附加壓力(主要為靜荷載和活荷載)的作用下,產生隱伏巖溶塌陷的可能性更大。預測工程建設引發或遭受巖溶地面塌陷的可能性大,地質災害發生后造成的危害程度大,危險性大。
2.2基坑突水及隧道涌水[11]地下人防工程建設過程中經過地段的地下水類型主要為碳酸鹽巖巖溶水,局部為孔隙水、裂隙水。地下水水位埋深較淺,一般小于10m。根據區域水文地質資料分析結果,泉水、地下河流量一般10~20L/s,枯季地下水徑流模數4.42~9.48L/(s•km2)。地下人防工程屬淺埋隧道,且所有路段均為強含水層,地下水涌水將對工程施工造成威脅。預測基坑突水及隧道涌水的可能性較大,危害性中等—大。地下人防工程穿過貫城河(中華路地下人防工程)、市西河(瑞金路地下人防工程)及隱伏斷層帶時,隧道基坑突水及隧道涌水的可能性及危險程度更大。
2.3疏干排水引發地面塌陷已有資料記載,老城區曾發生過多次抽水引起巖溶地面塌陷事件。如1973年,貴州博物館地基塌陷;1973年、1978年湘雅村塌陷;2001年中華北路噴水池塌陷等。地下人防工程頂板無明顯隔水層,全路段均為碳酸鹽巖強含水層,且區內地下水位埋深淺,隧道內大面積的排水,將有可能改變區內地下水徑流場及滲流場,地下水水位以基坑為中心呈漏斗狀向四周擴散,從而導致地下水水位下降,靜態水平衡遭受破壞,水壓力大幅度消減,地基可能因承載力不足而產生不均勻沉降。尤其建設工程區為巖溶發育區,易形成局部地面塌陷。塌陷區范圍可根據抽水影響半徑確定。隧道抽水影響半徑涉及含水層包括第四系人工填土、粘土及白云巖,地表以下0.5~2m基本為鋼筋混凝土,白云巖巖體溶洞、裂隙等發育不均勻,對滲透系數取加權平均值后,可近似認為含水層屬均質各項同性。計算時假設隧道底板標高為0m,采用含水層底板標高為-800m,依上述假設條件,隧道涌水量預測采用抽水影響半徑公式按式(1)進行概算。R=2SHK(1)式中:R——抽水影響半徑,m;S——設計水位降深,m,取坑底至靜止水位標高的距離;H——取含水層底板至靜止水位的距離,m;K——滲透系數,m/d;式中各參數取經驗數值(概數)為:K=0.2m/d,S=10m,H=800m,代入各參數計算得R=253m。另外,可以根據影響半徑的經驗數值及評估路段巖層性質、單位涌水量來確定影響半徑,《貴州省貴陽市城市供水水文地質勘察報告》(1∶5萬)區域地質資料顯示,巖溶水鉆孔單位涌水量一般0.1~3.4L/(s•m),取值約1.7L/(s•m)。對照表1,大概可確定區內抽水影響半徑R=255m,最小可小于10m,最大可大于500m。地下人防工程屬淺埋隧道,預測疏干排水引發影響半徑范圍(R)內地面塌陷的可能性較大,危害性中等。鄰近未采用樁基的老式建筑、道路等遭受工程建設中抽排水引發的巖溶塌陷危害的可能很大。
2.4圍巖失穩人防工程均采用地下開挖,相當于采用隧道通過,所經路段地層巖性主要為三疊系碳酸鹽巖及部分第四系地層。第四系地層厚一般1~8m,巖性主要為白云巖,呈弱—中等風化,屬于脆性圍巖。區內局部可能發育隱伏小斷層,斷層帶及其影響范圍內巖石裂隙發育、穩定性差,加之工程施工破壞巖石的完整性,從而易沿裂面產生應力集中(尤其是產狀較平緩不大于30°的裂隙),導致頂板坍塌、掉塊。因此,認為工程施工中容易發生的災害主要為隧道頂板塌落、掉塊、坍塌及地下人行通道進出口開挖邊坡失穩。其發生的可能性大,危害程度大,危險性大。
2.5小結綜上所述,貴陽市地下人防工程建設引發和遭受地質災害主要為隱伏巖溶地面塌陷,其可能性大,危害程度大,危險性大;其次為基坑突水及隧道涌水,其可能性大,危險性和危害程度中等—大。其最大的威脅除了地下水以外,其次就是土層的坍塌、滑塌和滑坡、地面塌陷問題。其中地面塌陷的形成方式主要有以下2種:①隧道施工直接導致上覆地層失穩破壞形成的地面塌陷;②隧道施工導致地層中不良地質體(以隱伏巖溶、地下水為代表)破壞,進而引發的地面塌陷。
3探討
通過對貴陽市地下人防工程地質災害進行危險預測評估,其主要引發和遭受的災種為隱伏巖溶地面塌陷、基坑突水及隧道涌水、疏干排水引發地面塌陷、隧道圍巖失穩,其中隱伏巖溶地面塌陷的危害性最大。今后在巖溶地區從事地下人防工程建設及地質災害危險性評估工作時,應首先了解和掌握巖溶特性及形成機制,針對不同地區、不同地質構造類型等特征,選取相應的評估方法和對策,以使評估工作更有成效,以避免地質災害的發生,保證人民的人身和財產安全。貴陽市地下人防工程地質災害危險性評估工作及評估對策可為上述工作的有效開展提供重要借鑒。如果在地震易發區、斷裂活動區、構造發育區、沙土液化區、厚層軟土區等,應根據實際的地質、構造、水文地質、工程地質條件以及氣候條件、工程特征、施工條件等進行單獨評估。其中,隧道圍巖失穩、基坑突水及隧道涌水、疏干排水引發地面塌陷這3種災害是地下人防工程最常見的。巖溶塌陷主要是發生在碳酸鹽巖地區。
4總結
上述結論及觀點是筆者在從事貴陽市地下人防工程地質災害預測評估工作過程中的一些認識,不一定具有“普適性”,相信隨著今后地下人防工程的逐步開展,會涌現出大量優秀的地質災害危險性評估工作者、評估報告及相關文章,最終將會形成基本統一的認識和評估方法。
作者:鄭祿林鄭祿璟單位:貴州省地礦局地球物理地球化學勘查院貴州大學資源與環境工程學院,