汶川地震后成都平原地面塌陷特征及對策

羅永康，李書明

（成都市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，成都 610074）

汶川地震后成都平原地面塌陷特征及對策

羅永康，李書明

（成都市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，成都 610074）

汶川地震后兩年，成都平原多個(gè)縣區(qū)出現(xiàn)地面塌陷。就地質(zhì)環(huán)境而言，成都平原不具備自然地下空洞引發(fā)大型地面塌陷的地質(zhì)條件?，F(xiàn)有地面塌陷均為人為地下空洞在自然或人為因素下引發(fā)。汶川地震縮短了產(chǎn)生地面塌陷的時(shí)間，致使成都平原在地震后兩年內(nèi)較高頻率發(fā)生小規(guī)模地面塌陷。

汶川地震；成都平原；地面塌陷；應(yīng)對措施

1 引言

近年來國內(nèi)外相繼出現(xiàn)不同規(guī)模的地面塌陷，如“加拿大安大略天坑”、“危地馬拉天坑”、“四川宜賓長寧、樂山沙灣天坑”等。一時(shí)不少民眾嘩然，結(jié)合近年“2012世界末日”的傳說，不少不明真相的民眾人心惶惶。

成都平原區(qū)位于四川盆地西北部，一般指龍門山以東、龍泉山以西，北起德陽，南至眉山，由岷江、沱江沖積扇構(gòu)成，面積約7000 km2?！?.12”汶川大地震后的兩年時(shí)間里，成都平原崇州市、郫縣、新都區(qū)、成都市城區(qū)等平原區(qū)相繼出現(xiàn)不同規(guī)模地面塌陷（所謂“天坑”），不少居民出現(xiàn)不安與恐慌。筆者通過對成都市平原區(qū)出現(xiàn)的“天坑”現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合成都平原區(qū)地貌成因、地層巖性等地質(zhì)環(huán)境條件，初步分析了震后成都平原區(qū)出現(xiàn)的地面塌陷（“天坑”）的特征并提供了應(yīng)對地面塌陷的措施。

2 地面塌陷的類型及特點(diǎn)

地面塌陷［1］是指天然洞穴或人工洞穴、巷道上覆巖土體失穩(wěn)突然陷落，導(dǎo)致地面快速下沉、開裂的現(xiàn)象和過程。首先，地下存在空洞是地面塌陷形成的先決條件，是內(nèi)因。地下空洞可分為天然洞穴和人工洞穴兩類，天然洞穴是由自然地質(zhì)作用形成的，包括巖溶洞穴、土洞（黃土洞穴、紅土洞穴、凍脹丘融化形成的土洞）和熔巖洞穴等；人工洞穴是由人類活動(dòng)形成的，包括隧道、采空區(qū)、墓穴等。其次，地面塌陷的發(fā)生與暴雨、洪水、地震、加載、抽水、突水等引發(fā)因素密切相關(guān)，是地面塌陷的外因。也就是說，地面塌陷的成因是在地表巖、土體內(nèi)首先形成一定規(guī)模的地下空洞，然后在自然或人為因素的影響下形成塌陷。事實(shí)上，引發(fā)因素可分為人為與自然兩種，暴雨、地震、洪水等屬于自然引發(fā)因素；加載、抽水、突水等屬于人為因素。現(xiàn)將形成地面塌陷相關(guān)因素信息分為自然成因與人為成因列于表1。

表1 地面塌陷因素分類表Table 1 Factor types of ground collapse

一般說來，自然成因提供地質(zhì)體地下洞穴規(guī)模較大，塌陷規(guī)模一般較大并均有較強(qiáng)的隱蔽性，產(chǎn)生的災(zāi)害不易防范，例如，宜賓長寧的巖溶塌陷“天坑”群。人為成因提供的地質(zhì)體地下洞穴規(guī)模根據(jù)其活動(dòng)的強(qiáng)度而定，但一般隱蔽性相對較弱，產(chǎn)生的災(zāi)害相對易于防范。

3 成都平原地質(zhì)環(huán)境與震后地面塌陷特征

成都平原地表普遍由不同厚度的第四系地層覆蓋，基巖地層幾乎全為中、新生代陸相地層，地層總厚7475 m。其中出露的主要地層［2］有：

侏羅系（J），厚3497 m，下、中、上統(tǒng)齊全，成片分布于平原東南部及西北角的江油厚壩及什邡唐家坪等地。巖性以紫紅色泥巖為主夾砂巖、粉砂巖，其間常夾薄層石膏及方解石細(xì)脈和透鏡狀石英砂巖。泥巖中普遍含鈣質(zhì)團(tuán)塊，砂巖以長石砂巖、石英砂巖為主。

白堊系（K），厚1734 m，以下統(tǒng)為主，呈東北端寬西南端窄的楔形斜貫平原中部。巖性以磚紅、紫紅色粘土巖、粉砂巖、砂巖為主，組成若干個(gè)韻律層，其間夾厚層、塊狀鈣質(zhì)礫巖。砂巖成分以長石、巖屑長石砂巖為主，白堊系上部粘土巖中產(chǎn)硬石膏、鈣芒硝，并有發(fā)育的方解石晶洞。

第四系（Q）地層，厚274 m，包括下、中、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，成片分布于平原西部、沱江及其主要支流沿岸，分布面積達(dá)5072.88 km2。成因類型以河流沖積為主，其次為湖積、沼澤沉積（未出露）、類黃土堆積和殘坡積等。巖性為粘土、粉砂和礫石，粘土礦物以水云母為主。碎屑礦物、輕礦物占絕對優(yōu)勢，以石英為主。礫石成分較復(fù)雜，以石英巖、花崗巖為主，次為脈石英、燧石、板巖、石英砂巖等。中、上更新統(tǒng)第四系粘土層呈紅色、褐黃色網(wǎng)狀，并含鐵錳膠膜及豆粒和含少量鈣質(zhì)結(jié)核，局部地區(qū)粘土層頂部具鐵質(zhì)硬殼。

綜上概括，成都平原的地層巖性，基巖一般為紅層系（砂巖、泥巖、頁巖），覆蓋層為更新統(tǒng)砂卵礫石層、近代河相卵石層和粘土層。平原邊緣區(qū)則有階地存在，高出平原面10～50 m不等，由早更新世冰水堆積層組成。據(jù)目前資料［3］查明，成都平原第四紀(jì)松散堆積物60～540 m，一般200～400 m，最深的竹瓦坳槽基巖埋深541.09 m，海拔高度78 m，地勢最低。因此，從地層巖性上分析，成都平原內(nèi)無可溶巖、土洞、熔巖等自然地質(zhì)體形成的空間，不具備自然地質(zhì)體空洞引發(fā)的地面塌陷的地質(zhì)條件，根據(jù)調(diào)查結(jié)果（表2），成都平原的地面塌陷的地下空洞均為人為因素產(chǎn)生的地質(zhì)體空（洞）穴，即由于人工地下洞穴、墓穴、坑道、勘（鉆）探洞穴、地下水采空區(qū)等人為地下空洞塌陷所致。但引發(fā)地面塌陷因素比較復(fù)雜，既有自然因素也有人為因素，或是二者相結(jié)合。現(xiàn)將“5.12”汶川大地震后的兩年時(shí)間里成都市屬大邑縣、崇州市、郫縣等平原區(qū)相繼出現(xiàn)不同規(guī)模地面塌陷（所謂“天坑”）形成原因列于表2。

通過表2的調(diào)查結(jié)果，結(jié)合成都市的地質(zhì)環(huán)境特征，我們發(fā)現(xiàn)，成都平原的地面塌陷的形成原因大致如下：由于成都平原人類歷史活動(dòng)及工程活動(dòng)，例如，開挖古井、古墓穴，古磚窯、隧道施工等，使地面以下一定深度內(nèi)形成了一定規(guī)模的空洞（“坑”、“洞”等地下空洞），這些空洞將成為水（地表水、地下水）集中流向區(qū)域，平原上部粘土層只是相對的隔水層，土體存在裂隙、孔隙，大氣降水的淋濾作用、地表水下滲將土體裂隙面兩側(cè)的細(xì)粒土粒帶走進(jìn)入“空洞”內(nèi)，致使裂隙逐步變寬，地下水過流能力逐漸增大，最后發(fā)展為過水通道，“空洞”上壁土體發(fā)生大量流失甚至微小規(guī)模塌落，“空洞”將向地表延伸擴(kuò)展，若原地下空洞與強(qiáng)含水層（砂、卵石層）有較強(qiáng)的水力聯(lián)系時(shí)，帶入“空洞”內(nèi)的土粒將在地下水的補(bǔ)給、徑流過程中被帶入含水層中，并在地下水排泄過程中被日復(fù)一日的帶走，如此周而復(fù)始地作用使原有的空洞逐漸擴(kuò)大，洞頂蓋層越來越薄而到達(dá)極限平衡狀態(tài)，塌陷只是時(shí)間問題。然而外界影響因素，如地震、人工震動(dòng)、過往車輛碾壓加載卸載等的作用，縮短滲透裂隙形成通道和形成更大空洞的時(shí)間，特別是由于“5.12”汶川地震的影響，加快打通了地下空洞與上覆土體的水力通道，縮短發(fā)生地面塌陷的時(shí)間，筆者認(rèn)為這就是為什么“5.12”汶川地震后成都平原內(nèi)接二連三出現(xiàn)地面塌陷的原因。若原地下空洞與含水層水力聯(lián)系不大時(shí)，帶入空洞內(nèi)的土粒與流入空洞內(nèi)的水一起在“空洞”內(nèi)沉積下來，小型“空洞”將在水土淤積充滿后趨于平衡，地面塌陷發(fā)生的可能性小，然而大型空洞仍有形成不同規(guī)模地面塌陷的可能。

此外，地下工程施工，特別是隧道（地鐵隧道）的施工支護(hù)措施不當(dāng)使坑道涌水導(dǎo)致隧道冒頂常形成地面塌陷，其發(fā)生機(jī)理與上述分析有相似之處，隧道開挖巷道形成地下水“真空”，地下水在水壓力的作用下向“真空”帶滲流，若支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)措施不當(dāng)，隧道上方土體細(xì)顆粒流失將使上覆土體（隧道頂板）失穩(wěn)塌陷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2008～2009年成都市地鐵1號線人民南路段因支護(hù)措施不當(dāng)發(fā)生10余起不同規(guī)模的地面塌陷。

總體上，成都平原地面塌陷由于其地質(zhì)條件的特征，除大型地下巷道的開挖外，其他人為因素能提供地質(zhì)體地下空間的范圍不大。成都平原上不具備產(chǎn)生大型地面塌陷的地質(zhì)條件，人為活動(dòng)產(chǎn)生的地下空洞規(guī)模一般較小，所發(fā)生地面塌陷其規(guī)模較小，威脅范圍小，造成的危害較小。

表2 成都市地面塌陷成因調(diào)查一覽表Table 2 Cause investigation of the ground collapses in Chengdu

4 成都平原地面塌陷應(yīng)對措施

根據(jù)成都平原地面塌陷的成因及特征，地面塌陷一旦發(fā)生，可采取以下措施：

（1）應(yīng)視險(xiǎn)情發(fā)展將人、物及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)；在危險(xiǎn)區(qū)設(shè)立警示標(biāo)志或警戒線，以免人、畜落井。嚴(yán)重開裂的建筑物應(yīng)暫時(shí)封閉不許使用，及時(shí)上報(bào)當(dāng)?shù)卣M織地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)單位進(jìn)行災(zāi)害成因及危房鑒定后確定應(yīng)采取的具體措施。

（2）塌陷坑應(yīng)及時(shí)填堵，以免影響建筑物的穩(wěn)定及人、畜的安全。地面塌陷治理方法有多種（如填堵法），成都平原發(fā)生的地面塌陷一般可采用填堵法：即投入片石（有條件的地方可以拌制一定方量的混凝土一同投入），上鋪砂卵石，再上鋪砂，表面用粘土夯實(shí)，經(jīng)一段時(shí)間的下沉壓密后用粘土夯實(shí)補(bǔ)平。

（3）對建筑物附近的地面裂縫應(yīng)及時(shí)填塞，地面的塌陷坑應(yīng)攔截地表水防止其注入。

（4）在成都平原內(nèi)進(jìn)行地下洞穴、坑道（隧道）施工時(shí)采取有效的支護(hù)措施，以免引發(fā)地面塌陷造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

5 結(jié)論

（1）地面塌陷的形成受到內(nèi)因（地下空洞的存在）及外因（引發(fā)因素）的共同作用，地下空洞的形成及引發(fā)因素均可以分為自然與人為兩類。

（2）從地層巖性上分析，成都平原內(nèi)無溶巖、土洞、熔巖等自然地質(zhì)體形成的地下空洞，不具備自然地下空洞因素引發(fā)大型地面塌陷的地質(zhì)條件。近年成都平原的地面塌陷的地下空洞均為人為因素產(chǎn)生，即由于人工地下洞穴、墓穴、坑道、勘（鉆）探洞穴、地下水采空區(qū)等人為空洞在自然或人為因素下引發(fā)塌陷。而“5.12”汶川大地震加快了地下空洞的發(fā)展速度，縮短了產(chǎn)生地面塌陷的時(shí)間，致使成都平原在地震后2 a的時(shí)間內(nèi)較高頻率發(fā)生小規(guī)模地面塌陷。

（3）人為活動(dòng)產(chǎn)生的地下空洞規(guī)模一般較小，所發(fā)生地面塌陷其規(guī)模較小，威脅范圍小，造成的危害較小。一旦發(fā)生地面塌陷，一般應(yīng)采取警戒－避讓－處理的應(yīng)對措施。

［1］徐恒力，等.環(huán)境地質(zhì)學(xué)［M］.北京，地質(zhì)出版社，2009.

［2］徐冠立，孫傳敏，孫遙.成都平原微承壓地下水成因機(jī)制及水質(zhì)分析［J］.成都：四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，28（4）：64－67.

［3］四川省地礦局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).成都平原水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合勘察評價(jià)報(bào)告［R］.1985.

CHARACTERISTICS OF GROUND COLLAPSES IN CHENGDU PLAIN AND THEIR COUNTERMEASURES

Luo Yong－kang，Li Shu－ming
（Chengdu Geo－environment Monitoring Station，Chengdu 610074，China）

Ground collapses occurred in Chengdu Plain two years after Wenchuan Earthquake.In terms of geo－environment，the plain doesn't have the geological conditions for underground caves.All the collapses there have resulted from man－made caves，started by either natural or man－made factors.The earthquake shortened the time of occurring and resulted in frequent small－scale collapse occurrences within two years after the earthquake.

Wenchuan Earthquake；Chengdu Plain；ground collapses；countermeasures

P642.26

:A

1006－4362（2012）02－0007－04

羅永康（1970－ ），男，湖南桂東人，1996年畢業(yè)于成都理工大學(xué)水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，高級工程師，注冊巖土工程師，長期從事野外水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境地質(zhì)的勘查與研究工作。

2011－11－09改回日期:2012－03－31