廣西塌陷地質(zhì)災(zāi)害的防治研究

鄧永光，張小禮，陸 鵬

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

1 引言

廣西地處我國巖溶塌陷分布最多的西南巖溶地區(qū)，在桂西、桂中、桂東北、桂西南及桂東南均有分布，尤以泗頂、桂林、柳州、來賓、黎塘、玉林等地最發(fā)育［1］。1998年以來，廣西的地面塌陷已成為繼滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害之后的主要災(zāi)種，塌陷地質(zhì)災(zāi)害有增無減，發(fā)展勢頭未能得到抑制，已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題。

我國對巖溶塌陷的防治工作開始于20世紀(jì)60年代，目前已有一套較為完整和成熟的方法，主要是在掌握塌陷規(guī)律的前提下，對塌陷做出科學(xué)的評價和預(yù)測，采取以早期預(yù)測、預(yù)防為主，治理為輔，防治相結(jié)合的辦法［2］，具體防治措施分為以下幾種［3］。

（1）監(jiān)測預(yù)防措施。如調(diào)整抽排水方案、設(shè)置完善的排水系統(tǒng)、建立監(jiān)測網(wǎng)、工程選址時避開巖溶塌陷發(fā)育地段，防止放炮等人為破壞，建立巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害的信息管理系統(tǒng)。

（2）工程治理措施。強化土層和洞穴充填物、填堵巖溶通道、梁板跨越法、強夯法、灌注法、深基礎(chǔ)法、旋噴加固法、地表水綜合治理法、恢復(fù)水位法、鉆孔充氣法、修筑圍堰法等。

（3）非工程防治措施。綜合運用法律、經(jīng)濟和行政手段，加強對塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治的宣傳工作，實行塌陷地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查制度、預(yù)報制度、危險性評估制度、治理工程的“三同時”制度、治理單位資質(zhì)管理制度，加強防災(zāi)體系與應(yīng)急能力建設(shè)、災(zāi)害檔案建設(shè)、災(zāi)害防治的經(jīng)費籌措，強化對塌陷災(zāi)害防治工作的監(jiān)督。

2 廣西塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治工程要點

廣西塌陷發(fā)生的區(qū)域主要分布在以柳州為中心的桂中盆地、廣西中部弧形山脈周邊和桂北的眾多中小盆地中，以巖溶集中連片分布于桂西南、桂西北、桂中、桂東北的古生代及早三疊世海相沉積的碳酸鹽巖為最主要發(fā)育地層，主要為北東向發(fā)展分布，在廣西人口密集、人工擾動水土頻繁的城市、礦山和交通線上最為顯著。

巖溶塌陷的形成，通常必須具備三個條件：一是下部有巖溶地層，有溶蝕的空間（溶洞或土洞），為地下水和塌陷物質(zhì)提供運移空間或通道；二是上部有一定厚度的蓋層，蓋層可以是基巖，也可以是松散土層；三是有巖溶塌陷的致塌作用力。前兩個是條件，后者是原因。塌陷的發(fā)生與廣西的巖性、構(gòu)造、地貌、氣候、水文等地質(zhì)環(huán)境背景和氣候背景條件相關(guān)，也受人為大量抽排地下水和工程活動所影響，所以水與礦產(chǎn)資源開發(fā)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通建設(shè)等工程經(jīng)濟活動活躍的地區(qū)，人口密集、人工擾動水土頻繁的城市、礦山和交通線上塌陷最活躍，采空區(qū)塌陷更主要發(fā)生于地下采礦活動地區(qū)。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和城市化水平的迅速提高，重大工程建設(shè)和能源資源開發(fā)的擾動不斷加劇，這些地區(qū)的塌陷將更加嚴(yán)重，因此巖溶塌陷防治要重點防控地下水和工程這兩個因素。

防治塌陷于工程開工之前，就要做好對塌陷分布及其危險性的普及宣傳，使各方防范工作，根據(jù)不同情況設(shè)計適宜的工程防治措施，優(yōu)化施工方案，提高工程場地承載能力，防止對場地產(chǎn)生沖擊或振動直接引發(fā)塌陷，或改變地下水的流場引起各種環(huán)境問題。在施工過程中要經(jīng)常注意收集地下水的信息，分析塌陷狀況并及時作出預(yù)報，根據(jù)情況調(diào)整施工計劃，努力避免或減少塌陷事故的發(fā)生。

3 防治塌陷要注重控制巖溶水

巖溶地區(qū)年均降水在1 100mm以上，降雨充沛，水文過程變化迅速，環(huán)境變化十分顯著，對塌陷產(chǎn)生發(fā)展影響巨大，同時巖溶地下水資源豐富但地表水缺乏，巖溶干旱頻繁，生態(tài)環(huán)境脆弱。要采取適當(dāng)?shù)拇胧Φ叵滤麽槍π缘奶幚恚苊馑莩潭群头秶M一步擴大，又要保護地下水環(huán)境。

在地下水流動通暢之處通過灌漿建造防滲帷幕、地表水防滲、河流改道引流、對漏水的河、庫、塘鋪底防漏等措施降低滲透性，防止巖溶水進入場地加劇塌陷，減少土壤流失，控制土洞的形成速度和規(guī)模，但在某些低洼之處可能要設(shè)置排水系統(tǒng)，防止水位上升造成浸沒問題，破壞地下水的流場，保護水源和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，防止次生污染。

要實行最嚴(yán)格的水資源管理。建立水資源管理機構(gòu)，立法并嚴(yán)格管理地下水的開發(fā)利用，綜合采取引水、收集雨水、回灌、修建地下水庫、節(jié)水灌溉等措施，建立水資源管理模型，實現(xiàn)地下水與地表水的統(tǒng)一調(diào)度管理，減少對地下水的需求，防止地下水位的強烈變動，保持水資源的平衡，抑制塌陷的發(fā)生，把有限的地下水資源進行合理的分配，使水資源有一個合理的使用環(huán)境，使地表水和地下水得到長期有效的綜合利用。

要加強對地下水的勘察，建立運行地下水監(jiān)測網(wǎng)，全面掌握水資源的運動規(guī)律和動態(tài)變化；合理控制抽水井孔布局和井距，限制開采井的抽水井段，控制開采井抽水量和降深，防止干旱季節(jié)的無序抽水，防止地下水位大幅度波動；采用有效的井管過濾結(jié)構(gòu)，防止抽水過程中淘刷土體顆粒，控制巖溶洞隙的產(chǎn)生和發(fā)展。

4 重視塌陷地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警

要防治塌陷地質(zhì)災(zāi)害，高水平的監(jiān)測預(yù)警是前提。巖溶塌陷預(yù)警首先要監(jiān)測前兆現(xiàn)象，主要是地面沉降、地面開裂和塌陷地震。巖溶塌陷前土洞的擴展引起上覆土層下沉，往往先在地面出現(xiàn)弧形斷續(xù)展布的拉張裂縫，發(fā)展后成環(huán)狀裂縫且寬度加大，部分內(nèi)側(cè)下錯，一般不具有較大的水平相對位移，有時伴生房屋開裂并引起地下水的變化，如水塘、農(nóng)田突然出現(xiàn)漏水、冒水，水色突然渾濁或翻砂、冒氣，地下有響聲，井、泉水位的驟然升降，水量忽大忽小變化異常等現(xiàn)象。大規(guī)模的塌陷前發(fā)生震源深度很淺、強度低、震級小但烈度偏高的塌陷地震，如湖北恩施沐撫區(qū)大山頂一帶1975年1月27日，當(dāng)?shù)厝罕娐牭降叵掠袗灷茁暎孛嬉娪辛芽p，寬1～2cm，長數(shù)十至數(shù)百米，裂縫附近常見有漏斗或新近塌陷的坑洞，通過地震監(jiān)測可偵測早期塌陷。

巖溶塌陷預(yù)警要應(yīng)用先進技術(shù)獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。對地面沉降的監(jiān)測可采取3種方法，一是精密水準(zhǔn)測量高精度地獲取水準(zhǔn)測量點（基巖標(biāo)和分層標(biāo)）的沉降值，天氣狀況良好，有通視條件，無施工干擾，塌陷區(qū)穩(wěn)定利于監(jiān)測基線布置的區(qū)域，采用全站儀監(jiān)測方式。二是對于大區(qū)域采用全球定位系統(tǒng)（GPS）進行全方位的地面沉降監(jiān)測。三是采用INSAR遙感監(jiān)測、道路CT、近景攝影測量，或根據(jù)具體條件在土體淺表埋設(shè)裝有聚氯乙烯銅線的混凝土管或光纖傳感器、土體壓力計、張力計，巖溶管道裂隙系統(tǒng)中布置壓力計自動監(jiān)測水（氣）壓力變化，在鉆孔內(nèi)安裝伸縮性水準(zhǔn)儀、鉆孔深部應(yīng)變儀監(jiān)測深部變形等技術(shù)。

把精密水準(zhǔn)測量、INSAR技術(shù)的遙感監(jiān)測和道路CT探測地下土洞溶洞的分布結(jié)果輔以地質(zhì)條件作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，全球定位系統(tǒng)（GPS）動態(tài)監(jiān)測、分層監(jiān)測、地下水監(jiān)測、地震臺網(wǎng)監(jiān)測的自動測報數(shù)據(jù)作為實時預(yù)警數(shù)據(jù)，以人工監(jiān)測地面塌陷前兆現(xiàn)象作為補充，集成于GIS中，通過GIS的空間分析功能實現(xiàn)各種監(jiān)測方法的優(yōu)勢互補，監(jiān)測結(jié)果對比印證，判斷監(jiān)測方案的有效性、預(yù)警的準(zhǔn)確性，制作輸出地圖和各類專題圖，進行危險性評價并預(yù)警，將預(yù)警信息自動發(fā)布到監(jiān)測管理人員的手機上，以盡快啟動相應(yīng)的預(yù)案，有效防范和遏制塌陷發(fā)生。

5 結(jié)語

在加強巖溶塌陷災(zāi)害的分布規(guī)律、成因機理和地質(zhì)環(huán)境演變的科學(xué)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)內(nèi)塌陷的成因、致塌模式及主控因素來合理選擇防治方法，采取工程防治與非工程防治相結(jié)合的系統(tǒng)性的防治措施，重點防控地下水和工程這兩個因素的影響，實現(xiàn)宏觀與微觀、平面與垂向、GPS技術(shù)與傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機決策等多種技術(shù)集成于GIS中進行空間分析，實現(xiàn)全天候、長距離、遠(yuǎn)程實時的對巖溶塌陷立體監(jiān)測預(yù)警，將大大提高該區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治水平。

［1］秦禮文，施 杰 .廣西巖溶塌陷現(xiàn)狀及預(yù)測評價［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1997（1）：51～61.

［2］盛玉環(huán) .巖溶塌陷的勘察與防治［J］.巖土工程界，2004（4）：72～74.

［3］韓淑朋，嚴(yán)新濼 .廣西巖溶塌陷類型、影響因素、成因機制及其防治措施［J］.資源調(diào)查與環(huán)境，2012（2）：130～135.