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武汉白沙洲长江两岸岩溶塌陷易发性评价与地铁建设过程中的防治对策

李喜 殷坤龙 陈标典 李烨 姜超 贾毅

李喜, 殷坤龙, 陈标典, 李烨, 姜超, 贾毅. 武汉白沙洲长江两岸岩溶塌陷易发性评价与地铁建设过程中的防治对策[J]. 地质科技通报, 2020, 39(6): 121-130. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0612
引用本文: 李喜, 殷坤龙, 陈标典, 李烨, 姜超, 贾毅. 武汉白沙洲长江两岸岩溶塌陷易发性评价与地铁建设过程中的防治对策[J]. 地质科技通报, 2020, 39(6): 121-130. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0612
Li Xi, Yin Kunlong, Chen Biaodian, Li Ye, Jiang Chao, Jia Yi. Evaluation of susceptibility to karst collapse on both sides of the Yangtze River in Baishazhou, Wuhan and preventive measures in the process of metro construction[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(6): 121-130. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0612
Citation: Li Xi, Yin Kunlong, Chen Biaodian, Li Ye, Jiang Chao, Jia Yi. Evaluation of susceptibility to karst collapse on both sides of the Yangtze River in Baishazhou, Wuhan and preventive measures in the process of metro construction[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2020, 39(6): 121-130. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0612

武汉白沙洲长江两岸岩溶塌陷易发性评价与地铁建设过程中的防治对策

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0612
基金项目: 

武汉市多要素城市地质调查示范项目 ZSHJ-WHS-FW-2018-112

武汉市多要素城市地质调查示范项目 ZSHJ-WHS-FW-2019-162

国家自然科学基金青年基金项目 41002112

详细信息
    作者简介:

    李喜(1989-), 女, 现正攻读地质工程专业博士学位, 主要从事地质灾害机理和风险分析方面的研究工作。E-mail:lixi525@163.com

    通讯作者:

    殷坤龙(1963-), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事地质灾害预测预报与风险管理方面的教学和科研工作。E-mail:yinkl@126.com

  • 中图分类号: U239.5

Evaluation of susceptibility to karst collapse on both sides of the Yangtze River in Baishazhou, Wuhan and preventive measures in the process of metro construction

  • 摘要: 近年来在武汉市城市工程建设过程中,岩溶塌陷时有发生,严重影响了城市建设发展和人民群众的生命财产安全。为查明岩溶区地面塌陷易发性分区情况并提出防治对策,以白沙洲岩溶条带长江两岸作为研究区,选择岩溶发育程度、土层厚度、土层结构、红层厚度、地下水水位波动、岩溶水水位波动部位、塌陷坑密度7个评价因子,采用层次分析法建立岩溶塌陷发育的多因子判别模型,并结合GIS空间分析技术将研究区划分出高、中等和低易发区域。针对区内地铁工程不同阶段特性及其位于不同的易发性区段,以地质结构为根据,提出了相应的防治对策和建议。结果表明:高易发区主要位于长江两岸覆盖型岩溶区,且多为含砂性土层;高易发区为防治的重点,规划阶段尽量回避此区,防治原则主要是阻止上覆砂颗粒的漏失。中等易发区防治原则是防止单一黏性土中土洞的形成和扩大及保护红层的完整性。低易发性区红层厚度大于工程施工进入基岩厚度,发生岩溶塌陷的可能性极小。本研究成果能为武汉长江两岸的工程建设提供参考。

     

  • 图 1  研究区构造纲要简图(a)及遥感影像图(b)

    ①锅顶山-王家店倒转背斜;②新隆-豹子澥复式倒转向斜;③百镰湖-庙岭倒转背斜;②-1.大王山背斜;②-2.荷叶山向斜

    Figure 1.  Structural outline map (a) and remote sensing image map (b) of the study area

    图 2  研究区水文地质剖面图

    Qhzal.第四系全新统冲积层; Qp3qpal.第四系上更新统洪冲积层; Qp2wpal.第四系中更新统洪冲积层; K2E1g.白垩系-古近系公安寨组; T1d.下三叠统大冶组; P3l+d.上二叠统龙潭组及大隆组; P2q+g.中二叠统栖霞组及孤峰组; C2d+h.中石炭统大埔组及黄龙组; C1g+h.下石炭统高骊山组及和州组

    Figure 2.  Hydrogeological section of the study area

    图 3  岩溶发育程度分区图

    1.强岩溶发育区;2.中等岩溶发育区;3.非岩溶区

    Figure 3.  Division map of karst development degree

    图 4  第四系土层厚度分区图

    1.土层厚度>30 m;2.土层厚度[10,30]m;3.土层厚度<10 m;4.基岩裸露区;5.非岩溶区

    Figure 4.  Division map of quaternary soil thickness

    图 5  土层结构分区图

    1.单一黏性土;2.黏性土+砂性土,底部为黏性土;3.黏性土+砂性土,底部为砂性土;4.基岩裸露区;5.非岩溶区

    Figure 5.  Division map of soil structure

    图 6  红层厚度分区图

    1.红层厚度为0 m;2.红层厚度(0, 10]m;3.红层厚度>10 m;4.非岩溶区

    Figure 6.  Division map of thickness of red layer

    图 7  地下水水位波动幅度分区图

    1.>5 m;2.[2,5] m;3.<2 m;4.基岩裸露区;5.非岩溶区

    Figure 7.  Division map of fluctuations of groundwater level

    图 8  已发塌陷坑密度分区图

    1.>10个/10 km2;2.[2,10]个/10 km2;3.非岩溶区;4.岩溶塌陷

    Figure 8.  Division map of collapsed pit

    图 9  岩溶塌陷易发性评价分区图

    1.高易发区;2.中等易发区;3.低易发区;4.非岩溶区;5.岩溶塌陷;6.剖面线及编号

    Figure 9.  Division map of susceptibility evaluation of karst collapse

    图 10  烽火村乔木湾岩溶塌陷地质剖面图

    1.杂填土;2.粉质黏土;3.粉细砂;4.中粗砂夹卵砾石;5.塌积物;6.泥质粉砂岩;7.灰岩;8.不整合界线;Qml.第四系人工填土层;Qhzal.第四系全新统走马岭组冲积层;K2E1g.白垩系-古近系公安寨组;T1d.下三叠统大冶组

    Figure 10.  Geological section of karst collapse of Qiaomuwan in Fenghe Villag

    图 11  佳兆业·金域天下3期岩溶塌陷地质剖面图

    1.黏土;2.粉细砂;3.扰动土;4.粉砂岩;5.灰岩;6.不整合界线;Qhzal.第四系全新统走马岭组冲积层;K2E1g.白垩系-古近系公安寨组;P2q.中二叠统栖霞组

    Figure 11.  Geological section of karst collapse of Jiazhaoye·Jinyu World 3

    图 12  研究区地铁工程分布图

    1.高易发区;2.中等易发区;3.低易发区;4.非岩溶区;5.在建地铁站名;6.已建地铁;7.在建地铁;8.拟建地铁

    Figure 12.  Subway map of the study area

    表  1  岩溶塌陷评估因子影响程度分级

    Table  1.   The classification table of influence degree of karst collapse assessment factors

    评估指标 分级和取值
    条件层 代号 因子层 代号 影响程度强 影响程度中 影响程度弱
    3 2 1
    岩溶发育 B1 岩溶发育程度 C11 中等
    盖层 B2 土层厚度/m C21 <10 [10,30] >30
    土层结构 C22 ①黏性土+砂性土,底部为砂性土 ②黏性土+砂性土,底部为黏性土 ③单一黏性土层
    红层厚度/m C23 0 [0, 10] >10
    水文地质 B3 地下水水位波动幅度/m C31 >5 [2, 5] <2
    岩溶水水位波动部位 C32 基岩面上下反复波动 基岩面以下波动 基岩面以上波动
    已有塌陷 B4 塌陷坑密度/(个·10-1 km-2) C41 >10 [2, 10] <2
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    表  2  条件层B相对于目标层A的判断矩阵

    Table  2.   Judgment matrix of criterion layer B relative to target layer A

    评价指标 B1 B2 B3 B4
    岩溶发育条件B1 1 1/3 3 2
    盖层发育条件B2 3 1 5 3
    水文地质条件B3 1/3 1/5 1 1/2
    已有塌陷情况B4 1/2 1/3 2 1
    注:CI=0.001;CR=0.002<0.1,满足检验
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    表  3  因子层C2j相对于条件层B2的判断矩阵

    Table  3.   Judgment matrix of criterion layer B2 relative to target layer C2j

    评价指标 C21 C22 C23
    土层厚度C21 1 1/2 1/3
    土层结构C22 2 1 1/2
    红层厚度C23 3 2 1
    注:CI=0.005;CR=0.005<0.1,满足检验
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    表  4  因子层C3j相对于条件层B3的判断矩阵

    Table  4.   Judgment matrix of criterion layer B3 relative to target layer C3j

    评价指标 C31 C32
    地下水水位波动幅度C31 1 1/3
    岩溶水水位波动部位C32 3 1
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    表  5  判断矩阵评估因子权重

    Table  5.   Evaluation factors weight of comparison matrix

    目标层 条件层 条件层权重值 因子层 因子权重值
    岩溶塌陷 岩溶发育 0.239 岩溶发育程度 0.239
    盖层发育 0.522 土层厚度 0.085
    土层结构 0.155
    红层厚度 0.282
    水文地质 0.086 地下水水位波动幅度 0.022
    岩溶水水位波动部位 0.064
    已有塌陷 0.153 塌陷坑密度 0.153
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    表  6  综合指数模型易发性等级分级

    Table  6.   Comprehensive index model vulnerability rating table

    等级 低易发区 中易发区 高易发区
    综合指数 [0, 2.2) [2.2, 2.5] >2.5
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  • 收稿日期:  2020-02-27

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