山东天燃气管网工程沿线岩溶塌陷成因分析

陈菊红

(山西省第三地质工程勘察院，山西晋中 030620)

1 地质环境条件

本管道工程起点为西气东输冀宁联络线泰安分输站，终点为威海镆铘岛。线路在泰安市岱岳区省庄镇苑庄—东羊娄村段跨越山间盆地。地表为第四纪松散砂土、粘质砂土、砂质粘土或粘土等，且厚度相对较薄(一般小于30 m)，局部夹含水砂层;下伏奥陶纪灰岩，灰岩岩溶发育，地下水交替循环强烈。该段发育NNE及NNW向隐伏断裂。

2 岩溶塌陷的分布位置与危害

管道工程沿线分布有岩溶塌陷2处，位于泰安市岱岳区省庄镇东苑庄和羊娄村一带。距离管线400 m～1 250 m。

东苑庄岩溶塌陷，始发于2003年7月。陷坑呈圆形，直径6 m，深度4.8 m，造成农田破坏，房屋裂缝。羊娄村岩溶塌陷，始发于2003年5月30日，陷坑坑口东西长35 m，南北宽27 m，可见深度29.6 m，造成0.07 hm2麦田和1万m3土层瞬间化为乌有;2003年6月4日、9月4日及2004年、2005年、2006年6月又多次在陷坑附近发生塌陷及裂缝，随着塌陷坑的不断发育，目前直径已超过50 m。岩溶塌陷造成村民房屋损坏及财产损失，东羊娄村、西羊娄村和羊东村因此被迫搬迁。

3 岩溶塌陷的发育特征和分布规律

3.1 发育特征

岩溶塌陷的特点主要表现为塌陷的突发性、重复性和塌陷形态的独特性。

2003年6月，东羊娄村民在收割小麦时，在毫无预兆的情况下地面发生塌陷，拖拉机掉入塌陷坑内，从发生到终历时仅几分钟，无明显前兆，表现为塌陷的突发性。

塌陷发生后，于2004年、2005年、2006年6月又多次在已有陷坑附近发生塌陷及裂缝，表现为同一区域内塌陷发生的重复性。

岩溶塌陷平面上多呈圆形、椭圆形，剖面形态多呈坛状、井状或漏斗状，直径2 m～50 m，可见深度4.8 m～29.6 m，形态具独特性。

3.2 分布规律

塌陷多发生于第四纪覆盖层较薄，下部灰岩岩溶发育的地段。第四纪沉积物多为松散砂土、粘质砂土、砂质粘土或粘土等，且厚度相对较薄(一般小于30 m)，局部夹含水砂层;下部灰岩岩溶发育，地下水交替循环强烈。一般浅部岩溶愈发育，富水性越强，塌陷数量越多，规模越大，范围愈广。

塌陷多沿断裂带分布。断裂构造发育地段，岩石破碎，有利于地下水渗透，因而岩溶发育，当大量开采地下水时，就易发生沿构造线的地面塌陷。

塌陷多发生于岩溶地下水位由承压状态转为无压状态，或无压状态与承压状态反复变动的地段。地下水位保持在基岩面(顶板)以上时，不易产生塌陷;但当地下水位急剧下降，降落漏斗迅速扩展时，地下水对岩溶充填物和第四纪土体的侵蚀作用增强，岩溶塌陷数量和范围相应增加。

塌陷多发生于雨季，枯水季节大量抽取地下水，造成地下空洞，降雨使地表土层湿润后，承载能力减弱，易出现塌陷。如2006年7月，暴雨过后，羊娄等地发生多处塌陷。

4 岩溶塌陷形成条件及影响因素

岩溶塌陷形成条件及影响因素包括岩溶发育程度、上覆第四纪厚度、地下水水位埋深及水位波动幅度等。岩溶发育程度决定岩溶裂隙、溶洞、溶孔的多少或发育强度;上覆第四纪厚度决定岩溶塌陷的可能程度，岩溶塌陷一般发生在覆盖型可溶岩和半裸露型可溶岩发育的地区;地下水位埋深及水位波动幅度是松散物运移的动力，地下水水位于岩土界面波动时，导致塌陷的可能性较大。

4.1 岩溶发育程度

根据东苑庄和羊娄村一带物探成果，管线附近灰岩埋藏深度14 m～24 m，地下水交替循环强，岩溶裂隙发育程度高，岩溶洞隙数量多，规模大。岩溶洞隙成为塌陷物质的储集空间和动移通道，为地面塌陷奠定了特定的地质环境基础。

4.2 可溶岩上覆土层性质和厚度

可溶岩上覆土层性质和厚度是岩溶塌陷形成的重要条件。一般情况下，覆盖的土层较厚，塌陷发生的强度较弱;相反，则发生强度较大，次数亦多。

岩溶塌陷区覆盖层为残积或冲洪积砂质土或粉砂质土，结构松散，易被水流带走，产生潜蚀作用生成土洞。在土洞产生的初级阶段，当相变或混杂有较多的砾石、碎石块时，碎块间存在一定的间隙，增强了渗透能力，为土洞的形成创造了更加有利的条件。

岩性结构对塌陷的形成有着明显的影响。东苑庄和羊娄村一带第四纪直接覆盖在奥陶纪碳酸岩之上，呈双层结构。第四纪下部为粉砂加砾石层，含、导水性较好，而且结构松散，承载力差;下覆奥陶纪灰岩属碳酸盐岩类，岩溶洞隙发育，岩体结构不完整，工程地质条件差。岩溶地下水位在基岩面附近波动，位于不整合接触面上部的土层较薄，而下部的灰岩岩溶发育，在地下水位剧烈变化下，发生上部第四纪土层的坍塌。

4.3 岩溶塌陷形成的动力条件

东苑庄和羊娄村一带岩溶地下水埋藏较浅，由于大量开采，导致水位大幅度下降，岩溶水由承压状态转化为无压的潜水状态，第四纪孔隙水垂向越流向下补给下伏岩溶水，在地下水波动作用下产生真空吸蚀及渗透潜蚀，上覆土层被冲刷、搬运、崩解形成土洞。大气降水、地表水及灌溉用水的入渗，致使第四纪孔隙水水位回升、第四纪土层饱和，在土体自重作用下发生地面塌陷。

5 防治措施

管线建设前宜进行必要的勘查，根据勘查结果采取相应的治理工程措施。建成后宜加强岩溶地下水的动态监测，以防由于水动力条件的改变而产生岩溶塌陷，发现塌陷及溶洞、溶蚀裂隙、土洞及时进行封堵充填。必要时采取钻孔灌浆、梁板跨越等工程措施。

［1］山东天燃气管网工程地质灾害危险性评估报告［R］.中国地质环境监测院，2010.