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覆蓋型巖溶地面塌陷防治與應(yīng)急處置

文檔作者：羅小杰文檔來源：長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月24日
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第47卷第5期
2 0 1 6年3月
人 民 長 江
Yangtze River
Vo1．47，No．5
Mar．， 2016
文章編號(hào)：1001—4179(2016)05—0038—07
覆蓋型巖溶地面塌陷防治與應(yīng)急處置
羅小杰
(長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢430010)
摘要：覆蓋型巖溶地面塌陷是覆蓋型巖溶區(qū)可溶巖上覆蓋層中部分土顆粒在外部因素觸發(fā)下向巖溶通道和
(或)溶洞中運(yùn)移，導(dǎo)致的土體變形而產(chǎn)生的地面反應(yīng)。土體是地面塌陷的主體，巖溶通道和(或)溶洞為土顆
粒運(yùn)移和儲(chǔ)存提供了條件，外部因素通過水的不良作用、外加荷栽和土洞頂板抗力降低等方式觸發(fā)地面塌陷。
地面塌陷的預(yù)防應(yīng)采取控制觸發(fā)因素、適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┮约爸攸c(diǎn)監(jiān)測與群測群防相結(jié)合的措施。地面塌陷的
治理應(yīng)根據(jù)沙漏型、土洞型和泥流型3個(gè)塌陷機(jī)理修復(fù)有缺陷的巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)。地面塌陷應(yīng)急處置應(yīng)在突
變、緩變和暫時(shí)穩(wěn)定階段分別采取應(yīng)急自救、外界救援和工程處理措施。
關(guān)鍵詞：覆蓋型巖溶；地面塌陷；預(yù)防措施；治理措施；應(yīng)急措施
中圖法分類號(hào)：P642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2016．05．008
按埋藏條件，巖溶可分為裸露型、覆蓋型和埋藏型
巖溶3類，其中覆蓋型巖溶分布非常廣泛，相應(yīng)地，其
塌陷災(zāi)害相當(dāng)普遍。由于覆蓋型巖溶地面塌陷具有隱
蔽性和突發(fā)性的特點(diǎn)，且觸發(fā)因素多而復(fù)雜，常常產(chǎn)生
較為嚴(yán)重后果，長期以來，已引起廣泛的關(guān)注，國內(nèi)外
許多學(xué)者對(duì)其形成條件、成因機(jī)制、觸發(fā)因素、預(yù)測預(yù)
報(bào)、防治原則、處理措施等做出了許多積極而有益的探
索。
在塌陷的防治方面，一些研究者和眾多的工程技
術(shù)人員，根據(jù)具體的塌陷事件和工程實(shí)踐，結(jié)合巖溶地
質(zhì)條件，對(duì)覆蓋型巖溶地面塌陷采取了防治措施。概
括起來，這些防治措施主要有：結(jié)構(gòu)物(梁、板、柱)跨
越法、灌注填充法、清除填堵法、強(qiáng)夯法、鉆孔充氣法、
深基礎(chǔ)法、旋噴加固法、地表與地下水控制法等 ，
都取得了一定的防治效果。
覆蓋型巖溶地面塌陷的治理是以地質(zhì)條件為基礎(chǔ)
的，塌陷機(jī)理是治理的理論依據(jù)。正確地認(rèn)識(shí)塌陷機(jī)
理才能提出具有普適性的、系統(tǒng)的防治方法與措施。
然而，目前的塌陷機(jī)制研究中，人們多將塌陷機(jī)制、巖
溶條件和觸發(fā)因素相混淆，一般只是對(duì)某個(gè)或某些具
體的塌陷原因進(jìn)行了解釋，提出的觀點(diǎn)多而雜，沒有真
正從塌陷的主體—— 土體的變形行為特征上取得一致
性的認(rèn)識(shí)進(jìn)而在理論上取得突破 。因此，目前的
防治主要是針對(duì)具體工程或某地區(qū)的巖溶發(fā)育特征采
取有針對(duì)性的措施，而沒有根據(jù)塌陷機(jī)理、巖溶條件和
觸發(fā)因素提出系統(tǒng)性的、在機(jī)理層次上的防治措施，故
顯得理論依據(jù)不是很充足。
覆蓋型巖溶地面塌陷是覆蓋型巖溶區(qū)可溶巖上覆
蓋層中，部分土顆粒在外部因素觸發(fā)下向巖溶通道和
(或)溶洞中運(yùn)移導(dǎo)致的土體變形而產(chǎn)生的地面反應(yīng)。
土體是巖溶地面塌陷的主體，巖溶通道和(或)溶洞為
土顆粒運(yùn)移和儲(chǔ)存提供了條件，外部因素通過水的不
良作用(垂直和水平滲流、土／巖界面處地下水位頻繁
波動(dòng))、外加荷載(動(dòng)荷載和靜荷載)和降低土洞頂板
抗力(頂板強(qiáng)度降低、厚度減薄和結(jié)構(gòu)破壞)等方式觸
發(fā)巖溶地面塌陷發(fā)生。覆蓋型巖溶地面塌陷有沙漏
型、土洞型和泥流型3種塌陷機(jī)理 。
由此可見，巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)是覆蓋型巖溶地面塌陷
的內(nèi)因，觸發(fā)因素是外因。覆蓋型巖溶地面塌陷的防
治應(yīng)該控制外因，修正內(nèi)因，即控制觸發(fā)因素，改善巖
溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這是防治覆蓋型巖溶地面塌陷的核心思
想。
收稿日期：2015—09—19
基金項(xiàng)目：武漢地鐵巖溶專題勘察項(xiàng)目資助
作者簡介：羅小杰，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士，長期從事巖土工程勘察及城市巖溶研究。E—mail：1xj420106@sina．tom
第5期 羅小杰：覆蓋型巖溶地面塌陷防治與應(yīng)急處置 39
本文以覆蓋型巖溶地面塌陷的3個(gè)塌陷機(jī)理為理
論依據(jù)，從修正巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)和控制塌陷觸發(fā)因素的
角度，探討地面塌陷的預(yù)防、治理和應(yīng)急處置措施。
1 地面塌陷機(jī)理、巖溶條件及觸發(fā)因素
正確認(rèn)識(shí)塌陷機(jī)理、巖溶條件和觸發(fā)因素有利于
對(duì)覆蓋型巖溶地面塌陷的有效防治。
1．1 地面塌陷機(jī)理
1．1．1 土的類型劃分
根據(jù)土體塌陷變形中土顆粒運(yùn)移行為特征，將可
溶巖上覆蓋層土體概括為松散的砂性土、黏性土和軟
弱土三大類型。松散的砂性土顆粒運(yùn)動(dòng)的阻力主要是
粒間摩擦力，在飽水情況下，由于存在孔隙水壓力，其
有效應(yīng)力降低，粒間摩阻力減小，土顆粒發(fā)生位移的自
由度較大，容易自由流失。黏性土的土顆粒運(yùn)動(dòng)、位移
需克服粒間摩阻力和粒間凝聚力，在凝聚力的作用下
不易自由活動(dòng)，容易產(chǎn)生拱效應(yīng)。軟弱土常發(fā)生塑性
流動(dòng)而流失。其他具有相類似行為特征的土可分別歸
并到這3類土中。
1．1．2 地面塌陷機(jī)理
根據(jù)巖溶塌陷中各類型土體變形特征差異，將覆
蓋型巖溶地面塌陷區(qū)分為沙漏型、土洞型和泥流型3
種塌陷機(jī)制 。
砂性土層中砂顆粒向巖溶通道和(或)溶洞漏失
而產(chǎn)生的地面塌陷現(xiàn)象稱為沙漏型塌陷。重力和巖溶
提供的有效空間是產(chǎn)生沙漏型塌陷的必要條件，地下
水作用加速了沙漏型巖溶地面塌陷的發(fā)生。發(fā)生在黏
性土和密實(shí)砂性土層中、由于土洞洞頂拱效應(yīng)失效而
產(chǎn)生的地面塌陷現(xiàn)象稱為土洞型塌陷；天然土洞通過
潛蝕作用、砂土漏失和軟土流失等3種方式形成；土洞
在形成和發(fā)展時(shí)期內(nèi)洞頂上方土體是穩(wěn)定的，在外部
因素觸發(fā)而導(dǎo)致洞頂拱效應(yīng)失效時(shí)才發(fā)生地面塌陷。
由于土的塑性流動(dòng)而導(dǎo)致軟弱土體向巖溶通道和
(或)溶洞流失而產(chǎn)生的地面塌陷現(xiàn)象稱為泥流型塌
陷。
1．1．3 巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)
根據(jù)可溶巖上覆砂性土、黏性土和軟弱土等三類
土層在剖面上的不同組合，劃分了3大類、9個(gè)亞類的
巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)，每類地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的塌陷機(jī)理
(見表1)。
1．2 巖溶條件
在巖溶地面塌陷中，真正起作用的是先期巖溶作
用的結(jié)果(即溶蝕管道系統(tǒng)和(或)溶洞)，而非巖溶作
用本身。巖溶管道系統(tǒng)為上覆土體中土顆粒提供轉(zhuǎn)移
通道，溶洞直接為上覆土體中土顆粒喪失提供儲(chǔ)藏空
間?？扇軒r的可溶性和地質(zhì)構(gòu)造通過控制巖溶發(fā)育程
度來影響巖溶地面塌陷，而不直接對(duì)土體塌陷產(chǎn)生作
用。
1．3 觸發(fā)因素
巖溶地面塌陷的觸發(fā)因素包括水的不良作用、外
加荷載和土洞頂板抗力降低3個(gè)方面 。
水的不良作用包括垂直滲流作用、水平滲流作用
和土／巖界面處地下水位頻繁波動(dòng)3個(gè)方面。對(duì)于沙
漏型塌陷而言，滲流作用加快了塌陷發(fā)生的速度；土／
巖界面處的水平滲流和地下水位頻繁波動(dòng)促使土洞的
形成和發(fā)展，并最終可能觸發(fā)土洞型地面塌陷。地表
表1 覆蓋型巖溶地區(qū)巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型、塌陷機(jī)理及觸發(fā)因素
40 人 民 長 江
水浸泡土洞頂板可增加土體含水量及重度，降低頂板
抗剪強(qiáng)度。
外加荷載包括外加動(dòng)荷載和#l,JJn靜荷載。外加荷
載可能導(dǎo)致土洞型塌陷的發(fā)生，外加動(dòng)荷載則更有利
于沙漏型和泥流型地面塌陷的發(fā)生。
土洞頂板抗剪強(qiáng)度降低、頂板厚度減薄和頂板結(jié)
構(gòu)破壞可能觸發(fā)土洞型地面塌陷。
2 地面塌陷預(yù)測
以巖溶地面塌陷3個(gè)機(jī)理為基礎(chǔ)，根據(jù)巖溶地質(zhì)
結(jié)構(gòu)，結(jié)合巖溶發(fā)育程度和外部觸發(fā)因素，首先進(jìn)行巖
溶地面塌陷綜合地質(zhì)預(yù)測，即區(qū)分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)
區(qū)和低易發(fā)區(qū)3個(gè)區(qū)。然后根據(jù)地面塌陷對(duì)周圍環(huán)境
的影響程度，進(jìn)行地面塌陷危險(xiǎn)性評(píng)估，劃分為高、中、
低3個(gè)危險(xiǎn)區(qū)，以此作為巖溶地面塌陷災(zāi)害防治的依
據(jù)。
3 地面塌陷預(yù)防措施
地面塌陷預(yù)防是以易發(fā)性分區(qū)圖和危險(xiǎn)性分區(qū)圖
為基礎(chǔ)，采取控制塌陷觸發(fā)因素、規(guī)避不良巖溶地質(zhì)結(jié)
構(gòu)以及通過監(jiān)測等措施免遭塌陷災(zāi)害。
3．1 控制觸發(fā)因素
巖溶地面塌陷的觸發(fā)因素觸發(fā)了巖溶地面塌陷的
發(fā)生。從誘發(fā)因素著手治理地面塌陷的主導(dǎo)思想是阻
止這些觸發(fā)因素發(fā)生。
3．1．1 控制水的不良作用
(1)控制地下水的滲流作用。滲流作用可以誘發(fā)
和加快沙漏型塌陷發(fā)生的速度。因此，在I 和Ⅱ 類
巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)，需控制持續(xù)、大規(guī)模的巖溶地下水開
采、礦坑強(qiáng)排水、井下突水以及基坑強(qiáng)降巖溶水活動(dòng)，
避免地下水滲流作用誘發(fā)和加速沙漏型塌陷發(fā)
生 ’ 。如合理選擇供水水源地、合理布井、控制抽水
降深及強(qiáng)度等措施控制地面塌陷災(zāi)害 ]。
(2)控制地下水的潛蝕作用。山前平原土／巖界
面處地下水的水平滲流和水位頻繁波動(dòng)將對(duì)覆蓋層產(chǎn)
生潛蝕作用，促使土洞的形成和擴(kuò)大，最終可能觸發(fā)土
洞型地面塌陷。因此，在土／巖界面處注漿，一方面形
成隔離層，阻斷地下水侵蝕土體而避免土洞形成，另一
方面可充填已經(jīng)存在的土洞，防治土洞的繼續(xù)發(fā)展。
(3)控制地表水的侵蝕作用。地表水的長時(shí)間大
規(guī)模下滲，如城區(qū)水管長時(shí)間破裂、長時(shí)間大面積積
水、汛期高洪水位等，將會(huì)在土體中產(chǎn)生垂直滲流作
用，降低土洞頂板的抗剪強(qiáng)度，破壞土洞頂板結(jié)構(gòu)，從
而導(dǎo)致沙漏型和土洞型塌陷發(fā)生。在I 型和Ⅱ型巖
溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布區(qū)，做好地表水的排水系統(tǒng)，將地表水
通過人工溝、渠有控制地予以排泄，避免地表水大規(guī)
模、持續(xù)地通過粉細(xì)砂或土洞頂板下滲而產(chǎn)生沙漏型
塌陷或土洞型塌陷，如廣東省平遠(yuǎn)縣X036縣道東石
鎮(zhèn)洋背村巖溶地面塌陷采用在塌陷區(qū)周圍修建排水
溝、清理疏通塌陷區(qū)內(nèi)嚴(yán)重淤塞的河道、對(duì)嚴(yán)重漏水的
河溪、庫塘進(jìn)行鋪底防漏或者人工改道、對(duì)嚴(yán)重漏水的
塌陷洞隙用黏土或水泥灌注填實(shí)，采用混凝土、石灰
土、水泥土、氯丁橡膠、玻璃纖維涂料等封閉地面等措
施防止地表水沖刷入滲 。
3．1．2 控制外加荷載
(1)控制~l,JJI動(dòng)荷載。外加動(dòng)荷載包括各類振動(dòng)
荷載，如地震荷載、車輛振動(dòng)荷載以及施工動(dòng)荷載等。
動(dòng)荷載既可使淺部溶洞頂板破裂、失穩(wěn)，將已堵塞的溶
蝕裂隙導(dǎo)通，為上覆松散砂顆粒提供滲漏通道，同時(shí)也
可使飽和松散砂土、粉土液化、軟土產(chǎn)生震陷等，從而
導(dǎo)致巖溶地面塌陷發(fā)生。因此，在對(duì)振動(dòng)荷載敏感的
I 和Ⅲ，巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)，要重點(diǎn)控制施工中的動(dòng)荷
載。
(2)控制外加靜荷載。據(jù)土洞頂板的受力方向，
外加靜荷載可區(qū)分為自上而下的正向荷載和自下而上
的逆向荷載兩類，其中正向靜荷載為常見荷載。外加
靜荷載主要是對(duì)土洞頂板不利作用。
土洞頂板負(fù)壓(正向荷載)通常是由可溶巖中的
地下水位突降導(dǎo)致。如大規(guī)模迅速抽取可溶巖中的地
下水、施工降水、溶洞及地下暗河中水體突然漏失、采
礦坑道及施工隧道突水等，將在黏性土層下方產(chǎn)生負(fù)
壓。在大氣壓的作用下，土洞拱效應(yīng)喪失，從而產(chǎn)生土
洞型面塌陷。這類由大氣壓衍生出的壓力可以通過預(yù)
設(shè)排氣管來消除 ’ 。
施工堆載、貨物堆載、車輛、汛期洪水和內(nèi)澇高水
位等地表水的超載作用都會(huì)在土洞上方產(chǎn)生正向荷
載。這些荷載可以通過管理措施予以合理解決。
3．1．3 阻止土洞頂板抗力降低 、
(1)阻止土洞頂板強(qiáng)度降低。當(dāng)土洞頂板中有地
表水入滲時(shí)，使頂板土體含水量增大，土的抗剪強(qiáng)度將
大幅降低，可導(dǎo)致拱效應(yīng)喪失而發(fā)生巖溶地面塌陷。
因此，在Ⅱ類巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)，尤其是Ⅱ，類區(qū)的土洞
發(fā)育區(qū)，應(yīng)盡量減少地表水入滲，預(yù)防措施參見3．1．1
節(jié)。
(2)防止土洞頂板厚度減薄。土洞上方的基坑開
挖和土洞頂板坍塌都會(huì)使土洞頂板變薄，導(dǎo)致土洞頂
板抗力降低?？梢酝ㄟ^治理土洞和控制基坑開挖深度
等措施予以解決。
第5期 羅小杰：覆蓋型巖溶地面塌陷防治與應(yīng)急處置 41
(3)土洞頂板結(jié)構(gòu)性破壞?；瘜W(xué)作用可以改造土
體的原生結(jié)構(gòu)；地表水下滲過程中對(duì)土洞頂板的侵蝕、
可溶礦物溶解等改變了土結(jié)構(gòu)；生物活動(dòng)破壞了土體
的既有完整性，如動(dòng)物洞穴、植物根系腐爛形成的孔
洞、人類活動(dòng)的機(jī)械貫穿作用等，均可導(dǎo)致土洞頂板的
損壞。需采取控制生物活動(dòng)和地表水合理排泄等措施
保持土洞頂板結(jié)構(gòu)完整。
3．2 規(guī)避措施
3．2．1 繞避措施
根據(jù)覆蓋型巖溶區(qū)巖溶地面塌陷綜合地質(zhì)預(yù)測與
危險(xiǎn)性評(píng)估圖，對(duì)于高危險(xiǎn)區(qū)，如果范圍較大，治理工
程規(guī)模龐大、費(fèi)用畸高、興建后的工程使用價(jià)值較低或
使用價(jià)值較高但可用其他方式替代，在工程選線、選址
論證階段應(yīng)盡量予以規(guī)避，將高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)作為空曠的農(nóng)
業(yè)用地，以回避施工危險(xiǎn)，規(guī)避工程運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，減少不
必要的治理工程投資。如位于武漢地區(qū)白沙洲碳酸鹽
巖條帶(編號(hào)：L3)、長江西岸的武漢地鐵6號(hào)線漢陽
鸚鵡大道長約2．3 km區(qū)段，上部為第四系全新統(tǒng)砂性
土層，下部為巖溶中等一強(qiáng)發(fā)育的二疊一三疊系碳酸
鹽巖，具典型的I 型巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)，屬沙漏型塌陷
區(qū)，歷史上及目前發(fā)生十余次嚴(yán)重的地面塌陷災(zāi)害，造
成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，屬高危險(xiǎn)區(qū)。目前采取
的工程治理措施不僅治理方案復(fù)雜，難盡人意，且治理
工程施工風(fēng)險(xiǎn)很大，治理費(fèi)用目前暫時(shí)還無法較準(zhǔn)確
確定。
3．2．2 工程回避措施
對(duì)一些不可采用繞避措施的重要與重大工程，在
高危險(xiǎn)區(qū)和中等危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)避免選用土層作為持力層，
而須采取不同的基礎(chǔ)型式或工程結(jié)構(gòu)措施將上部荷載
傳于下伏完整、穩(wěn)定的巖體上，規(guī)避土體塌陷風(fēng)險(xiǎn)。
覆蓋層較厚時(shí)，可采用樁基礎(chǔ)，利用下伏完整基巖
或處理后的巖體作為樁端持力層。如位于武漢地區(qū)白
沙洲碳酸鹽巖條帶、長江東岸白沙洲大道的武漢地鐵
5號(hào)線也處于I，型巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)高危險(xiǎn)區(qū)，上部粉細(xì)
砂層厚30 Ill左右?，F(xiàn)擬將地下隧道方案改為地面高
架方案，有效地規(guī)避了施工和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，并且可大幅降
低巖溶處理費(fèi)用。
覆蓋層厚度較薄時(shí)，可將基坑底板直接置于下伏
基巖上或采用柵格基礎(chǔ)等將上部荷載傳于基巖上，以
避免土體塌陷災(zāi)害等發(fā)生。武漢地鐵6號(hào)線紅建路站
采用了“地連墻+高噴柵格”、墻(柵格)底置于基巖方
案，目前基礎(chǔ)施工完畢，效果較好。
其他還有一些工程規(guī)避方法也取得了較好的效
果，如利用梁、板等跨越土洞 ]。
3．3 重點(diǎn)監(jiān)測與群測群防相結(jié)合措施
對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域、地段和建筑物，宜布置監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測
地下水位、土體的變形及地面異常變化情況、塌陷的發(fā)
展速度和塌陷的影響范圍等；其他區(qū)域進(jìn)行群測群防，
實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)地面塌陷可能發(fā)生的跡象，及時(shí)地對(duì)地面塌
陷發(fā)出預(yù)報(bào)，啟動(dòng)應(yīng)急處置預(yù)案，及早采取措施，以減
緩或防止巖溶地面塌陷產(chǎn)生、發(fā)展，最大限度地減小地
面塌陷災(zāi)害造成的損失。
4 地面塌陷治理措施
地面塌陷治理就是根據(jù)土體塌陷機(jī)理改善巖溶地
質(zhì)結(jié)構(gòu)、修正地面塌陷內(nèi)因。
4．1 沙漏型塌陷治理措施
對(duì)沙漏型塌陷治理可以從以下3個(gè)方面著手。
(1)注入粘合劑，固定砂顆粒。在I 型、Ⅲ 型
和Ⅱ 型巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，松散砂性土層凝聚力很小
或等于0，砂顆粒的自由度較大，容易流失。故可在可
溶巖頂板以上5—10 m范圍內(nèi)，向砂性土層中靜壓注
漿，待漿液凝固后將砂顆粒固定使其不能自由活動(dòng)，從
而避免塌陷發(fā)生。由于注漿的目的是固定砂顆粒，所
以，對(duì)固結(jié)體無需有強(qiáng)度等方面的要求。注入的漿液
可以是水泥漿，也可以是其他化學(xué)漿液。在有把握的
情況下也可以是泥漿，但是在處理厚度較大時(shí)才有保
障性。這種注漿控制砂顆粒自由度的方法在理論上是
可行的，但目前尚未見工程實(shí)例報(bào)道，故其具體的技術(shù)
方法有待進(jìn)一步研究與實(shí)踐。
另外，也可在基巖面上方5—10 m范圍內(nèi)采取高
壓水平帷幕、靜壓注漿以及滲透注漿等措施，形成水平
帷幕，阻止砂顆粒向可溶巖中漏失而避免塌陷發(fā)
生 川。
(2)堵塞砂顆粒流失通道。在基巖面以下5～1O
m范圍內(nèi)，對(duì)溶蝕裂隙等通道進(jìn)行注漿、充填，使溶蝕
巖體變得完整，讓砂顆粒無處流失，從而避免土體塌陷
發(fā)生。目前這種方法已被廣泛使用 。如云浮鐵礦
專用線盤圍地區(qū)新建鐵路路基地面塌陷整治處理時(shí)，
在基巖面以上0．5 m至基巖面以下5 10 m范圍內(nèi)采
用了壓注漿法 。
在I：和Ⅲ：分布區(qū)，應(yīng)避免破壞中部黏性土層的
完整性。徐州市新生街和鐵路一中兩處老黏土被古廢
黃河沖刷侵蝕，形成砂層與碳酸鹽巖直接接觸的天窗，
塌陷均位于古地貌低洼部位老黏土缺失或很薄的地段
(<5 In) 引。
(3)消除砂顆粒儲(chǔ)存空間。充填可溶巖頂板以下
一定深度范圍內(nèi)的溶洞，消除砂顆粒的儲(chǔ)存空間，從而
42 人 民 長 江
避免土體塌陷發(fā)生 。這種方法已被廣泛使用。
由于巖溶發(fā)育的復(fù)雜性，溶洞無法完全查清楚，導(dǎo)
致溶洞無法判斷是否全部充填完畢；而且，如果遇到規(guī)
模巨大的溶洞，其處理費(fèi)用將是巨大的，故這種方法防
治塌陷的效果很難讓人滿意。
4．2 土洞型塌陷治理措施
4．2．1 潛蝕成因土洞型塌陷治理
(1)在土／巖結(jié)合面注漿，防止因地下水的潛蝕作
用(接觸沖刷和地下水位頻繁波動(dòng))而形成土洞，消除
土洞型塌陷的根源。通過注漿切斷土／巖界面的巖溶
通道，形成一個(gè)防止土顆粒運(yùn)移的水平帷幕，一方面在
降落漏斗上形成完整頂板，阻止可溶巖上方土顆粒運(yùn)
移。另一方面改變地下水的滲流路線，降低地下水的
水力坡度，從而降低了水對(duì)土顆粒的搬運(yùn)能力，從而使
巖溶天窗之上的土層穩(wěn)定 。
如桂林某公路塌陷搶險(xiǎn)中即是采用在土／巖結(jié)合
面附近注水泥漿方法，充填裂隙溶洞和改良軟弱土，處
理后5 a來場地穩(wěn)定，效果良好 。
(2)處理土洞，目前主要有清除換填法、跨越法、
擠密法、強(qiáng)夯法、灌漿法等 。常用的灌漿處理
方法為靜壓灌漿、袖閥管灌漿和砂漿灌漿等。
對(duì)于埋藏較深的土洞，采用充填或注漿等方法消
除土洞塌陷隱患。如廣州地鐵2、8號(hào)線延長線13標(biāo)
段工程采用袖閥管注漿方案處理體積達(dá)2 679．72 m
的大體積土洞，效果良好 ’ 。廣州至佛線城際快速軌
道交通線蝠崗公園一海五路區(qū)間隧道采用注泥漿及
“泥漿一水玻璃”方法處理土洞和溶洞 等。
埋藏較淺的土洞可挖開土洞頂板，填人塊石、碎
石、砂土等，做成反濾，然后回填黏性土夯實(shí)；或采用強(qiáng)
夯法使淺埋土洞頂板人為破壞而填入坑中，避免土洞
型塌陷發(fā)生 或采用碎石樁結(jié)合注漿措施處理 。
4．2．2 沙漏成因土洞型塌陷治理
可采用沙漏型塌陷的治理方法阻止土洞的形成。
4．2．3 泥流成因土洞型塌陷治理
可對(duì)軟土進(jìn)行加固處理，使其不具備流動(dòng)性而不
能形成土洞?；?qū)扇軒r中巖溶通道進(jìn)行注漿處理，
堵塞軟土流失通道，避免軟土流失而形成土洞。
4．3 泥流型塌陷治理措施
泥流型塌陷治理原則和措施同3．1．3節(jié)的方法。
5 地面塌陷應(yīng)急措施
覆蓋型巖溶地面塌陷是一種無固定周期的周期性
發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，具有隱蔽性、突發(fā)性等特點(diǎn) ，事實(shí)
上，前面所采取的預(yù)防與治理并不能杜絕塌陷災(zāi)害發(fā)
生及消除災(zāi)性后果，覆蓋型巖溶地面塌陷的應(yīng)急措施
同樣顯得尤為重要。
5．1 塌陷土體變形特征
根據(jù)土體塌陷的變形特點(diǎn)，塌陷影響范圍可區(qū)分
為塌陷坑、宏觀影響區(qū)、微觀影響區(qū)和無影響區(qū)等區(qū)域
(見圖1)。各區(qū)的特征見表2。
無影響 、、
、～ ? 一一一，
／ ／
＼
、
一一一一(a)平面圈
囤 z E 。口 囫s
(b)剖面圖
1．塌陷坑；2．分區(qū)界線；3．裂隙；4．粉細(xì)砂；5．灰?guī)r
圖1 土體塌陷示意
表2 土體塌陷各分區(qū)特點(diǎn)
由于裂隙破壞，被擾動(dòng)土體的工程地質(zhì)性能及滲
透性能發(fā)生較大的改變。一般情況下，被擾動(dòng)土體的
干重度有不同程度的減小，孔隙比則相應(yīng)增大，抗剪強(qiáng)
度、承載力等力學(xué)指標(biāo)有較大降低，滲透系數(shù)增
大 塒 。
5．2 塌陷過程與塌陷階段
一次具體的巖溶地面塌陷過程一般都經(jīng)歷“突變
一緩變一暫時(shí)穩(wěn)定”的過程。
在突變階段，地面塌陷突然發(fā)生，迅速形成塌陷
坑。由于事發(fā)突然，時(shí)間短暫，大多是毫無征兆的，很
第5期 羅小杰：覆蓋型巖溶地面塌陷防治與應(yīng)急處置 43
少會(huì)為人們所發(fā)現(xiàn)，往往沒有反應(yīng)時(shí)間，災(zāi)難性后果大
多發(fā)生在這一階段內(nèi)。如2015年8月10日晚9 I 15，
武漢市漢陽區(qū)世茂錦繡長江樓盤工地的工棚外突然發(fā)
生地面塌陷，導(dǎo)致在塌陷坑上方休息的2人不幸掉人
其中被掩埋。
塌陷坑形成后，周圍土體開始進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，逐步
進(jìn)入緩變階段，塌陷坑外圍裂縫規(guī)模增加、影響范圍擴(kuò)
大。這一階段內(nèi)，地面變形速率相對(duì)變緩，延續(xù)時(shí)間較
長，逐漸形成宏觀變形區(qū)。
土體中應(yīng)力調(diào)整一段時(shí)間后達(dá)到新的平衡狀態(tài)，
形成微觀變形區(qū)，并且土體變形逐漸進(jìn)入暫時(shí)的穩(wěn)定
階段。
5．3 應(yīng)急處置
5．3．1 自救與救援
由于塌陷發(fā)生的突變階段時(shí)間短暫，救援人員往
往沒有時(shí)間采取處置措施，故在事故發(fā)生前須采取有
效的預(yù)防措施，災(zāi)害發(fā)生時(shí)以現(xiàn)場人員逃生、自救為
主，最大程度地減小人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
在緩變階段，應(yīng)迅速收集塌陷現(xiàn)場相關(guān)信息，緊急
了解塌陷的位置、規(guī)模、大致范圍與危害程度等，同時(shí)
收集塌陷區(qū)及其周邊的相關(guān)地質(zhì)資料，包括區(qū)域地質(zhì)
資料、已有的工程勘察資料、水文地質(zhì)資料等，確定塌
陷機(jī)理、巖溶條件和觸發(fā)因素。安排專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)
行宏觀調(diào)查，布置塌陷監(jiān)測網(wǎng)。研究與確定搶險(xiǎn)救援
方案，及時(shí)、有序、安全地將遇險(xiǎn)人員緊急疏散到安全
區(qū)。
5．3．2 工程處置
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果，當(dāng)確定地面塌陷進(jìn)入暫
時(shí)穩(wěn)定階段時(shí)，即可對(duì)塌陷影響區(qū)采取工程處理措施，
以阻止塌陷災(zāi)害的再次發(fā)生，并消除其不利影響。
(1)確定塌陷影響范圍。在土體塌陷過程中，對(duì)
于沙漏型或泥流型塌陷，塌陷坑部位的砂顆?；蜍浫?
土向下漏失或流失，四周則有向塌陷坑位移或發(fā)生位
移的潛勢，對(duì)于土洞型塌陷，土洞頂板塌落后，其上方
土體臨空，導(dǎo)致四周黏性土存在向塌陷坑的位移趨勢。
故可采用極限平衡原理進(jìn)行土體破壞分析，以確定土
體的微觀影響范圍。
圖2為土體塌陷極限平衡分析圖。圖中AB為塌
陷前地面線，c點(diǎn)為塌陷土體的底部，CD為土體下孔
洞的側(cè)壁，cA為塌陷平衡后的穩(wěn)定坡線， 為土體達(dá)
到極限平衡狀態(tài)時(shí)擾動(dòng)土體與下伏未擾動(dòng)土體之界面
的傾角，這里稱為臨界破裂角。ABC塊體為遭受塌陷
影響的土體，CA線下方為穩(wěn)定土體。日為塌陷后破壞
土體的最大厚度(土洞型塌陷為塌陷坑深度，即臨空
面高度)。用c,tp表示土體的抗剪強(qiáng)度凝聚力和內(nèi)摩
擦角，G為土體重力。
圖2 土體塌陷極限平衡分析
采用極限平衡條件，建立平衡方程即求得
以塌陷坑中心下方引起塌陷的孔洞邊界(對(duì)于沙
漏型和泥流型塌陷)或土洞頂板之下底面(對(duì)于土洞
型塌陷)為起點(diǎn)，遠(yuǎn)離孔洞方向，以a作出穩(wěn)定坡線，
穩(wěn)定坡線所圍定的區(qū)域即為受擾動(dòng)的土體，該區(qū)域外
的土體為未擾動(dòng)土體。
(2)處置措施。塌陷處理包括塌陷治理和地基加
固兩部分內(nèi)容。對(duì)于塌陷災(zāi)害的治理，應(yīng)根據(jù)不同的
巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)，即不同的塌陷機(jī)理，采取相應(yīng)的處理措
施。這類處理原則可參見第4節(jié)相關(guān)內(nèi)容。
已經(jīng)損壞而不能使用的建筑物應(yīng)予以拆除，其余
建筑物應(yīng)逐一進(jìn)行安全鑒定。建筑物結(jié)構(gòu)影響不大、
且修復(fù)后可以使用的建筑物，應(yīng)對(duì)地基采取加固等措
施，有防滲要求的建筑物，如堤防工程等，應(yīng)對(duì)堤基采
取防滲措施 ，如注漿、設(shè)置防滲體等。
6 基本結(jié)論
以覆蓋型巖溶地面塌陷沙漏型、土洞型和泥流型
3個(gè)塌陷機(jī)理為理論依據(jù)，系統(tǒng)總結(jié)了覆蓋型巖溶地
面塌陷的防治措施原則。地面塌陷的預(yù)防應(yīng)采取控制
觸發(fā)因素、適當(dāng)?shù)墓こ桃?guī)避措施以及重點(diǎn)監(jiān)測與群測
群防相結(jié)合的措施；地面塌陷的治理應(yīng)修復(fù)有缺陷的
巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)，消除塌陷內(nèi)因；地面塌陷應(yīng)急處置應(yīng)在
突變、緩變和暫時(shí)穩(wěn)定階段分別采取應(yīng)急自救、外界救
援和工程處理措施，使塌陷災(zāi)害損失降低到最小。
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(編輯：趙風(fēng)超)
Prevention，control and emergency disposal of covered karst ground collapse
LU0 Xiaojie
(Changjiang Institute ofSurvey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China)
Abstract： Covered Karst Ground Collapse(CKGC)is a reaction of the ground to the soil body deformation caused by partiM
soil particle of the overburden layer in soluble rock moving towards karst passageways or caves under action of external factors．
The soil is the main body of ground collapse，and the karst passageways or caves create favorable conditions for the transport and
storage of soil particles．The external factors such as the adverse effect of water，external load and resistance reducing of soil cave
roof etc．trigger the ground collapse．The prevention of CKGC should take the measures such as the controlling the~igger factor，
appropriate engineering measures as well as the combination of key monitoring and massive monitoring and prevention．The defective
karst geological structure should be repaired according to 3 collapse mechanisms of sand leakage，soil cave and mudflow．The
emergency disposal for CKGC should take the self～rescue，extern al aid and engineering measurer respectively in the stages of
sudden deform ation，slow deform ation and temporary stabilization．
Key words： covered karst；ground collapse；preventive measures；control measure；emergency disposal

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