管溝在地質什麼層比較穩定
㈠ 路基中的水穩層起什麼作用
水穩成活後遇雨不泥濘,表面堅實,是高級路面的理想基層材料。
㈡ 能源礦山環境地質問題
西南地區共有能源礦山有6769個,占礦山總數的32.1%。其中雲南1483個,四川1567個,貴州2395個,西藏8個,重慶1316個。
能源礦產主要指煤炭。分布在貴州西部地區,其次是渝西、滇東北、四川盆地、川東南和川西南攀枝花地區。重要的煤礦企業有水城煤礦、六枝煤礦、盤縣煤礦、遵義煤礦、安順煤礦、天府煤礦、永榮煤礦、松藻煤礦、南桐煤礦、中梁山煤礦、昭通煤礦、宣威煤礦、富源煤礦、小龍潭煤礦、一平浪煤礦、曲靖煤礦、廣旺煤礦、芙蓉煤礦、寶頂煤礦等,其他小型煤礦企業星羅棋布。
能源礦山主要為井下開采,采空區范圍較大,易造成地面塌陷、地裂縫等地質災害,同時疏乾地表水,造成用水困難。同時,在煤礦開采中有大量的煤矸石堆放,降水對其淋濾產生大量的硫酸等污染地下水和周圍土壤,其中的硫因蒸發或煤矸石自燃後還會排放H2S,SO2,CO2等各種有害氣體而嚴重污染大氣。大量煤矸石占壓土地,據初步統計,西南地區以能源礦山占壓和破壞的土地面積最多,為121706.49hm2,占總占壓面積的61.2%。煤矸石還易在暴雨季節造成滑坡、泥石流地質災害。能源礦山礦坑突水亦比較嚴重。西南地區能源礦山環境地質問題比較突出的是重慶市和貴州省,其次是四川省和雲南省,再次是西藏。重慶市發生的254次礦山地質災害中能源礦山就有230次,占總災數的90.6%,直接經濟損失3.68億元,占總損失的96.08%,死亡人數118人,占總死亡人口數的90.8%。重慶市各類礦山地質災害中損失最大的亦是能源礦山的礦坑突水,僅2002年6月13日南桐煤礦發生礦坑突水直接經濟損失達2億元,占重慶市總損失的52.2%。
(一)能源礦山地質災害
1.能源礦山地面塌陷、沉降、地裂縫地質災害
能源礦山地面塌陷主要與采空區有關。國有煤礦山如重慶松藻南桐煤礦、貴州六盤水煤礦采深多數在150m以下,大面積的采空區地表發生沉降、拉張變形和塌陷嚴重,影響和破壞了地面建築和道路設施,造成很大的經濟損失和人員傷亡。
(1)重慶松藻南桐煤礦山地面塌陷
1)基本概況。據《重慶市礦山地質環境調查與評估報告》資料,松藻、南桐礦區共有塌陷坑30處,分布面積約2.5km2,主要分布於松藻、南桐礦區的采空范圍內,發育於碳酸鹽岩分布區。
塌陷在地表變形表現為塌陷坑、沉降和開裂3種形式。
區內塌陷坑的平面形態以橢圓形和似圓形為主,個別為長條形,規模3~200m2不等,剖面形態以下小上大的柱狀和漏斗狀為主,其柱面傾角(與圍岩的接觸面,含漏斗面)多在60°~80°之間,部分為40°~50°。塌陷深度數米至數十米不等,一般在十餘米。如南桐礦區的水井灣煤廠塌陷,最大直徑200m,最大塌陷深度30m,20餘戶村民被迫搬遷。塌陷區深部為硯石台煤礦采空區。
地面沉降是繼塌陷區之後形成的,具有影響范圍廣、分布面積大的特點。沉降形態多數似鍋狀或碟狀,下降幅度數厘米,沉降區內開裂、塌陷分布普遍,數量較多,典型的如重慶南桐化工廠,整個工廠大多位於沉降區內,其車間、辦公樓、圍牆、地面等開裂、塌陷隨處可見,損失巨大。
地面開裂是塌陷和沉降的伴生產物,涉及范圍更廣、數量更多,其形狀為直線形、弧形或封閉形,多分布在塌陷區范圍,開裂長度3~130m,裂縫寬1.5~40cm,裂口面陡傾,傾角80°~90°,傾向一般指向塌陷中心。除前述的南桐化工廠外,區內的松藻礦務局打通煤礦第一礦渣場附近的裂縫帶,亦屬典型塌陷引起的地面開裂。
塌陷坑、沉降、裂縫這3種礦山地質災害具有密切的內在聯系,表現為塌陷坑、裂縫發生在沉降區內,而裂縫又是圍繞著沉降中心或塌陷坑呈弧形展布,塌陷坑則位於沉降區的中心。
2)危害性。重慶市煤礦塌陷區主要涉及萬盛區、綦江縣、南川市3個區(縣),受災居民23147戶,60268人,住宅面積1368139m2;沉陷影響學校32所,面積12411m2;影響醫院10所,面積32652m2;毀壞道路149.13km;毀壞供水管道487.02km,水池、水庫342座,泵房16座。
3)成因分析。①地下水疏干引起的地面塌陷。礦山可溶岩地區存在岩溶洞穴或溶蝕裂隙,地下水在疏乾的過程中,水位不斷降低,水動力條件逐漸改變,從而使地下水對上覆土體的浮托減小,水力坡度增加,水流速度加快,水的搬運侵蝕作用加強。疏干初期溶洞充填物在地下水的侵蝕、搬運作用下被帶走,擴展了水流通道;隨之其上覆土體在潛蝕、侵蝕作用下垮塌、流失而形成拱形崩落和隱伏土洞;土洞不斷向上擴展,使上覆土體在自重壓力超過洞體的極限抗壓、抗剪強度時,地面則沉降、開裂並發展成為塌陷。②采空區破壞形成的地面塌陷。地下開采形成的采空區主要由保安柱支撐其上覆岩體的重量,如果保安柱設計合理,則整個保安柱系統和井巷是穩定的,如果設計尺寸偏小,或在某一長期承載過程中由於風化、地震及累進性破壞等必然性偶然因素的影響,使保安柱中的應力超過其極限承載能力,則該保安柱將首先破壞,並帶動其他保安柱累進性遭到破壞,其結果必將導致整個預留礦柱系統的破壞,從而進一步塌落導致地表形成塌陷。
當采空區的保安柱系統累進破壞達到60%以上,采空區頂板即發生冒落。冒落形成的塌陷范圍一般比采空區大,開采水平煤層形成的塌陷坑多和采空區相對稱,即塌陷中心即為采空中心;而開采傾斜煤層時,塌陷坑向下山方向偏移,在垂直走向的斷面上,塌陷與采空區的位置互不對稱。這一特點應引起安全防範重視。
(2)貴州省六枝、盤縣、水城煤礦山地面沉降
1)基本特徵。能源礦山采空區地面沉降是貴州省西部煤炭資源分布區發生的較為普遍的一種礦山地質災害。該區地面沉降55處,其中中型1處,占總數的1.82%,其餘均為小型,占總數的98.18%。
2)危害及損失情況。根據對盤縣、水城、六枝三大煤電集團下屬19個煤礦采空區地面沉降破壞情況資料(表3-17)(徐文等,2006),19個煤礦的地面沉降共破壞耕地28.50km2、林地4.36km2,破壞各類公路418km,造成310多個村寨或城鎮房屋子開裂,直接經濟損失約5.78億元。
3)礦山采空區地面沉降成因分析。礦山采空區地面沉降是在井下開采過程中,使礦層采空區周圍岩體中原始應力平衡狀態遭到破壞,在應力重新分布達到新的平衡狀態過程中,礦層頂板發生了變形、下沉、垮塌、移動,這些變化波及地面,導致地面出現了地裂縫、地面沉降,並引起山體崩塌、滑坡、水源枯竭,嚴重地破壞了礦山的土地資源。
2.能源礦山滑坡地質災害
能源礦山的滑坡常與煤矸石堆放不當有關,如重慶東林煤礦、貴州西部煤礦山,碎石、煤粉堆積高達200m,體積達100×104m3,長期日曬雨淋,含水量增高,重量增大,內聚力和內摩擦力減少,造成堆積體穩定性破壞形成滑坡。這類滑坡在黔西地區有30多個。另一部分滑坡與斜坡坡腳失穩有關,如四川南部敘永地區太平村等地小煤礦常形成此類滑坡。一般以中小型為主,大型較少。
表3-17 盤縣、水城、六枝三大煤電集團煤礦山採煤沉降區面積統計
(1)重慶市南桐東林煤礦矸石山滑坡
1)基本概況。南桐礦業有限責任公司東林煤礦位於重慶市萬盛區萬東鎮新華村胡家溝社區,中心地理坐標;東經106°54′,北緯28°58′,高程約310m,為市屬國有煤礦。該礦建於1958年,1964年4月正式投產,現已成為西南地區最大的主焦煤礦山之一,其產品主要供應重慶鋼鐵集團公司。
礦山主要開采魚東井田主幹構造龍骨溪復式背斜北西翼的次級褶皺——甘家坪向斜軸至貓岩背斜之間的二疊系龍潭煤組(P2)的K1(6#)、K2(5#)、K3(4#)煤層,+340~-100m標高范圍內探明儲量1782.2×104t,累計開采儲量1427.5×104t,現保有儲量354.7×104t。-100~-600m標高范圍內尚有保有探明儲量2818×104t。礦井開拓方式為豎井+暗斜井,中央對角式通風,礦井設計生產能力為45×104t/a,2004年核定生產能力為30×104t/a。煤礦現有職工2363人,居民7124人(任幼蓉等,2006)。
礦井現開采水平在-36m標高處,采空區面積達1.86km2,矸石堆積於主井西南側500m的東林矸石山,中心地理坐標:X=3202950,Y=36395920,矸石通過運輸大巷、提升斜坡提運到矸石山。該矸石山堆積43年,佔地面積近7×104m2,堆積高程400~330m,堆積最大高差達22m(照片3-1),堆積矸石總量為100×104t。
2)危害性。2004年6月5日下午13時55分左右,東林煤礦矸石山發生滑坡,形成矸石流,見照片3-2和照片3-3,摧毀房屋14棟,造成15人死亡,3人受傷,6人失蹤;2005年10月25日上午7時40分左右,東林煤礦矸石山再次發生垮塌,一名上學路過的小學女生被埋身亡。隨著矸石的進一步堆放,矸石山可能再次滑坡或形成矸石流,再次威脅到附近17戶58人的安全,且影響胡家溝至甘家坪公路的正常使用,地表水流經矸石山後形成污水,對下游農田、溪流造成嚴重污染。
照片3-1 重慶南桐東林煤礦矸石山
照片3-2 重慶南桐東林矸石山滑坡現場
照片3-3 重慶南桐東林矸石山滑坡泥土將山下的魚塘填埋
3)成因分析。①自然因素。東林矸石山兩次滑坡均是在連續降雨後產生的,因此降雨是滑坡形成的主要誘發因素。②人為因素。矸石堆放不合理,超過原設計堆放量,而且存在安全隱患後未得到及時治理。
(2)四川省敘永震東鄉太平村煤礦滑坡地質災害
四川省瀘州市敘永縣震東鄉太平村有多個鄉鎮小煤礦在進行井下開采。因采空區頂板斜坡變形,於1999年7月16日下午4時發生滑坡(圖3-4),滑坡體積53×104m3,4人死亡、3人受傷,7戶村民房屋完全掩埋,6戶遭破壞(李永貴等,2006)。該滑坡發生前地面有一定變形特徵,該市地質環境監測站調查中發現了危險,向該村村民進行了宣傳和抗災動員,並加強了監測。因此,滑坡發生前大多數人都採取了避讓的辦法,減少了傷亡損失。
圖3-4 四川敘永縣震東鄉太村礦山7.16滑坡剖面圖
(據李永貴,2006)
1—泥岩;2—黃鐵礦泥岩;3—砂質泥岩;4—泥質粉砂岩;5—粉砂岩;6—石灰岩;7—鮞狀灰岩;8—生物灰岩;9—滑坡堆積物;10—下三疊統飛仙關組二段;11—下三疊統飛仙關組一段;12—上二疊統長興組;13—上二疊統樂平組;14—下二疊統茅口組;15—上煤層代號;16—下煤層代號;17—原地面線;18—滑坡滑動後地面線;19—滑坡滑動推測線
3.能源礦山泥石流地質災害
能源礦山泥石流的形成常與煤矸石的大量堆放有關,加之地形地貌條件和暴雨,形成泥石流地質災害。重慶、四川、貴州時有發生。成都市天宮廟煤礦區泥石流災害較突出:
(1)泥石流危害
1998年9月17日凌晨3時左右,由於普降暴雨,位於大邑縣以西20km的天宮廟鎮煤礦區陽溝、肖溝、小龍溪、栗子坪等礦段暴發了泥石流,導致公路、橋梁被毀,交通、供電中斷,十多間房屋沖毀,礦區大量機電設備等物資失蹤,礦井被淹停產等,僅邖江煤礦直接經濟損失就達100萬元以上;另外,泥石流導致附近居住的農民3人失蹤,1人死亡,十多間房屋不同程度毀壞,大量牲畜失蹤等,各溪溝泥石流損失的情況詳見表3-18。
(2)形成條件
泥石流的形成除與暴雨有關外,還與該地的地形、地貌及固體物源密切相關。
1)地形地貌條件。陽溝位於天宮廟鎮西,為常年流水溝谷,陽天礦段河谷寬20m,至溝源方向,河谷漸窄至數米,溝源高程1580m、溝口高程760m,陽溝總長約6km,河床縱坡降136.7%;在中崗(陽溝礦)附近發育一支溝,溝長1.35km,溝床縱坡降214.8%,造成人員傷亡主要在該溝谷段。中崗段溝床縱坡降6.77%。中崗至溝源段為該泥石流形成區,中崗—近河口公路橋段為流通區,溝谷突然變寬,流水變緩,泥石流攜帶巨石在此處沉積,形成堆積區,礫石具一定程度的定向排列,堆積物以灰色岩屑砂岩、角礫岩為主,粒徑一般大於30cm,大者可達1.2m,堆積物寬30餘m,長約150m,厚4~5m,似長條形。河谷兩側谷坡植被良好,坡度35°~50°。陽溝有國營邖江煤礦陽大、陽溝礦及地方聯礦,另有眾多小煤窯分布此地。
表3-18 成都市天宮廟煤礦泥石流造成的災害情況
肖溝位於天宮廟鎮西北約3km處,溝長約1.5km,溝口高程870m,溝源至溝口總落差430m,溝床縱坡降28.67%,七星礦位於肖溝,溝口附近分布許多建築物,公路從溝口通過,其下修有一寬3.8m、高4.0m的涵洞,為常年流水溝,附近谷坡植被良好,坡度35°~40°。
小龍溪位於天宮廟鎮西北約1.5km處,溝總長約3km,溝口高程790m,溝源至溝口總落差430m,溝床縱坡降14.33%,溝谷狹窄,河口附近變寬。山坡植被好,坡度40°~50°。
栗子坪礦泥石流溝為一沖溝,主溝長100餘m,溝深1.5m左右,溝寬1.0m左右,溝源處有2條岔溝,時有流水,溝床坡度12°,溝源、溝側堆積大量小煤窯煤矸石。溝口、溝側建築物密布,溝水從溝口公路涵洞通過。
2)固體物源。泥石流所處地層主要是三疊系須家河組,由灰色岩屑砂岩及砂質泥頁岩互層,夾煤層。岩層軟硬相間,位於背斜核部,伴生斷裂發育,盡管溝穀穀坡植被良好,但谷坡表層崩、坡積物分布普遍,導致溝口泥石流堆積物有岩屑砂岩顯現;另外近十多年來,地方鄉鎮企業迅猛發展,天宮廟煤礦區除分布有地方煤礦外,尚有許多小煤窯亂采濫挖,煤矸石隨意堆放,為泥石流的發生提供了重要物源。栗子坪礦泥石流固體物質絕大部分為煤矸石,陽溝左岸谷坡有2處沖溝形成的小型泥石流,其物源主要也為煤矸石。在該溝中部,地方聯礦對面721煤礦,煤矸石堆積方量在2500m3左右,因岸坡腳被淘蝕,煤矸石堆積及坡積物順坡下滑形成泥石流。
綜上所述,泥石流的形成與自然因素有關,也與人為因素(采礦廢渣亂堆放)密切相關。
4.能源礦山崩塌地質災害
西南地區能源礦山崩塌地質災害突發性強,不易防範,危害性大。一般在不利的地質環境采礦易造成崩塌地質災害。主要分布在重慶西部、四川南部、貴州西部地區。
(1)貴州西部煤礦山崩塌地質災害
貴州西部產煤區,地形切割強烈,相對高差一般300~500m,河谷沿岸切割可達700~1000m,特別是有些峽谷地段,岩壁陡立,使崩塌的形成具備了有利條件。而這種陡峻的山坡一般是坡體中、上部為硬質岩層,中、下部為軟質岩層,煤一般產於下部的軟質岩中,采礦進一步破壞了山體的穩定性,上覆岩體失去支撐,沿自身垂直方向產生卸荷掉塊形成崩塌。
1)貴州納雍縣鬃嶺鎮左家營村崩塌。2004年12月3日發生的特大型崩塌地質災害,38人死亡,失蹤6人,13人受傷。崩塌點位於岩腳組後山陡崖上,坐標為東經105°14′09″,北緯26°42′50″,高程2120m。崩塌發生後,調查發現崩塌點一帶陡崖上仍有3處明顯危岩體,總規模3萬余m3,可能產生再次崩塌。坡腳堆積體在強降雨或陡崖上方再次發生崩塌等沖擊因素作用下,易發生滑坡泥石流災害,將直接威脅其下部岩腳組54戶280人、新房子組部分村民59戶200人及孫曉煤礦、左家營煤礦人員的生命財產安全。
2)2001年7月17日21時20分左右,貴州習水縣仙源鎮福硐村萬金二礦發生山體崩塌,崩塌體約5000m3,造成2人死亡,8人失蹤,2人受傷,毀房2棟。該崩塌的形成是在岩體處於不穩定的自然狀態下,由於採煤活動誘發。崩塌體位於河谷沖刷形成的陡岸地段,高40餘m,下部為泥頁岩構成的軟弱基座(產煤),其上岩石節理裂隙發育,岩石被分割成塊體狀,地下水沿裂隙的活動,加強了溶蝕風化,採煤放炮活動及運煤重車的震動,導致岩體失穩崩塌。
3)2001年5月29日15時20分,貴州興義市雄武鄉木咱村3組和4組發生岩體崩塌。崩塌堆積體達90×104m3,淹埋6戶7棟居民樓、2輛東風汽車,近13.33hm2農田被毀,10人死亡,2人重傷,3人輕傷。崩塌段陡崖高200餘m,反向坡下台地1720~1780m高程內分布眾多煤井,開采時間長,開采深度延伸1000餘m,采空區較大,頂板已發生崩塌,採煤放炮破壞了岩體強度和完整性,導致陡崖軟質基座不穩定,在重力及暴雨共同作用下陡崖發生崩塌。
(2)重慶市雞冠嶺煤礦山崩塌地質災害
1)基本概況。雞冠嶺崩塌位於武隆縣興順鄉,烏江左岸陡斜坡地帶。該區地貌屬構造剝蝕低山地貌,地形為下陡上緩的折線形斜坡,下部斜坡坡角57°,上部為40°~85°。烏江橫切構造及地層,形成深切「V」字形峽谷,相對高差約300m。該區出露地層為古生界二疊系,下部為龍潭組(P2l)深灰色頁岩、顆粒砂岩、鈣質頁岩、灰色頁岩夾薄煤層。上部為長興組(P2c)深灰色、灰白色、青灰色灰岩,含燧石結核,局部含硅質層。岩層產狀316°∠72°。該區構造強烈,地層褶曲很多。基岩裸露,植被較少,第四系殘坡積層厚度小,分布零星。原鄉鎮企業興隆煤礦位於斜坡中段。
雞冠嶺崩塌發生於1994年4月30日,體積約400×104m3,見照片3-4,大量崩石堆於斜坡上,少量入烏江形成亂石壩,造成了近10m高的水位落差,激浪高1~5m。7月4日暴雨後斜坡上的堆石又大部發生塌滑,部分入江形成第2道亂石壩(任幼蓉等,2006)。
2)成因分析。該崩塌主要是由於原鄉鎮企業興隆煤礦在地質條件復雜的雞冠嶺背斜上盲目採煤引起的,降雨也是誘發因素之一。
5.能源礦山礦坑突水地質災害
照片3-4 重慶雞冠嶺崩塌全貌
西南地區礦坑突水121次,主要發生在能源礦山。由於礦體位於地下水位以下,在掘進或開采過程中掘穿隔水頂底板,或打通原采礦積水老硐,或位於河流附近,受斷層帶影響及支護不力導致頂板隔水層變形、冒落而引起河流漏水等原因造成。礦坑突水的主要危害是淹井,影響礦區生產、威脅井下人員安全,有些場合還會造成地表河流斷流。區內能源礦山礦坑突水地質災害比較突出。
(1)重慶市煤礦山礦坑突水地質災害
2003年9月10日8時30分,重慶市秀山土家族苗族自治縣涌洞鄉川河煤礦四門二井+960m水平下山南大巷掘進工作面320m處,發生一起特大礦坑突水事故,18人死亡,直接經濟損失85.6萬元。
2004年6月13日,南桐礦務局南桐礦發生穿水事故,井下進水近500×104m3,南桐礦、魚田堡礦、東林礦相繼被淹,死亡3人,直接損失近2億元,2萬職工拿基本生活費,4萬家屬拿社會救濟金,設計生產能力60×104t/a的魚田堡礦至2006年2月還被淹沒,無法恢復生產。
(2)貴州能源礦山礦坑突水地質災害
2004年9月到2005年1月,在4個多月時間里,貴州省連續發生3次大的礦坑突水事故:2004年9月5日,赫章縣媽姑鎮六合煤礦發生礦山突水事故,死亡10人;2004年12月12日,思南縣許家壩鎮天池煤礦發生特大礦山突水事故,死亡36人;2005年1月16日,德江縣聯興煤礦發生礦山突水事故,死亡7人。這些礦山地質災害都與不合理開采有關。
(二)能源礦山環境污染
西南地區能源礦山的污染主要表現在水污染和空氣污染。
1.能源礦山水污染
水污染以煤礦水和矸子山的淋濾水污染尤為突出。廢水中的污染物主要有懸浮物、石油類、硫化物、氧化物、揮發分、六價鉻、砷、鉛、汞、鎘等。較嚴重的礦山有重慶南桐煤礦、攀枝花煤礦、川南芙蓉煤礦等。
(1)重慶煤礦水污染問題
重慶市南桐礦務局電廠和南川南平煤礦焦化廠污染相當嚴重,該區12條河流有11條遭到污染,污染的河水在補給地下水時,又重復性污染地下水。據地下水監測資料,南桐片區岩溶水監測點的超標項目達8個之多。其中總硬度超標66.7%,總礦化度超標33.3%,總鐵超標100%,氟超標66.7%,錳超標100%,硫酸鹽超標66.7%,細菌總數超標100%,大腸菌群超標100%。
重慶市榮昌縣五星洗煤廠的洗煤廢水懸浮物濃度大,含大量岩粉、煤粉,尾礦未經處理直接排入瀨溪河一級支流,嚴重污染瀨溪河。致使高池村1000多人生活、生產用水受到污染,嚴重影響了當地村民的身體健康,肚大、肝癌等發病率遠高於其他地方。
(2)攀枝花煤業集團公司煤礦山水污染
攀枝花煤業集團公司包括大寶鼎、小寶鼎、太平及花山煤礦以及精煤廠(洗煤廠),形成分布於金沙江兩岸的採煤、洗煤一條龍聯合企業。礦山采出的煤通過纜車送到洗煤廠,洗煤廠洗好的煤通過火車運至攀鋼焦煤廠,廢渣又通過纜車輸運至南岸礦區的矸石堆。江邊有污水處理廠。該集團公司4個煤礦年產礦坑水2238.07×104m3,年處理量為2185.88×104m3,年循環使用量為1945.78×104m3,循環利用率達86.9%。該精煤廠(洗煤廠)是國家環保先進企業,循環水(閉路)達一級,廠內未見任何生產廢水排出。但采礦區仍見黑乎乎的廢水流入金沙江,經取樣分析水質為SO4·HCO3Mg·Ca型,除固體懸浮物質太多外,可溶性固體總量也達1077.5g/L,排放廢水嚴重超標,這些廢水與礦坑排水,特別是小型個體礦山排水密切相關。另外,摩梭河水在流經太平和花山礦區之後,其水中的NO2、總硬度、可溶性總固體、耗氧量、Mn等化學組分均由以前的未超標而變成超標,含量增加0.75倍至111倍。
(3)四川芙蓉煤礦區水污染
芙蓉煤礦區年產礦坑水約1500×104t,其中4家國有礦山年產礦坑水922.57×104t,小型民營礦山年產礦坑水577.43×104t。國營礦山年治理礦坑水554×104t,占年產礦坑水的60%。民營礦山年利用礦坑水約9.3×104t,占年產礦坑水的1.7%。
經四川地質環境監測總站實地調查及采水樣分析表明,國有礦山中芙蓉煤礦、白皎煤礦、杉木樹煤礦3家礦山雖有礦坑水循環利用處理系統,但因未全部處理,加之周邊有未經處理排放的眾多小型民營礦山,水中的硫酸根(SO2-4)含量仍超過了最大允許排放標准600mg/L;芙蓉礦務局紅衛煤礦因礦坑水為地下水,經部分處理後達到排放標准,可作為農灌利用。其餘小型民營礦山均為未處理排放,故大多數水質的硫酸根(SO2-4)均超過了最大允許排放標准600mg/L,水中的鈣離子(Ca2+)含量也超過了最大允許排放標准200mg/L,更有甚者如高縣芙蓉山和大灣煤礦所排礦坑水中不但硫酸根(SO2-4)、鈣離子(Ca2+)含量超過最大允許排放標准,而且水中鎂離子(Mg2+)含量也超過了最大允許排放標准,並形成酸性水,pH值在3.6~5.2之間,總硬度達223.1~393.1mg/L(以CaCO3計),對地表水造成嚴重污染(照片3-5)(李永貴等,2004)。
照片3-5 四川芙蓉煤礦不規范的矸石廢水排放現場
(4)貴州西部高硫煤礦山水污染
貴州西部織金縣高硫煤層礦山廣泛分布有含硫酸亞鐵和硫酸的水,當地群眾稱這種水叫「銹水」。流經織金縣城的織金河已被「銹水」污染,全縣水田中「銹水」田面積佔10.5%,占低產水田面積的42.7%。隨著民營煤礦的發展,銹水污染面積還在擴大,許多良田大幅度減產,甚至顆粒不收。當稻田酸度大,pH值小於4.5時,稻苗就出現病態,pH值小於3.5時稻苗就會死亡。織金縣鳳凰片區煤礦山排水酸度最低時pH值小於2.5,受其污染有長達數千米的河流pH值小於4.5(王慧,2004),引用此河水灌溉的農田深受危害。「銹水」中還含重金屬可進入食物鏈,危害人體健康。
2.能源礦山空氣污染
能源礦山的空氣污染亦相當突出,已造成氟中毒、砷中毒,傷害人體健康。
空氣污染較嚴重的地方主要在貴州西部,如盤江煤電集團老屋基礦、水礦集團汪家寨礦6座煤矸石山都產生過自燃,自燃時間長達10年之久,產生了大量的SO2,H2S,CO2和F等有毒有害氣體;六盤水市數以千計的煤炭煉焦廠,產生了大量有毒有害氣體,造成空氣嚴重污染。
貴州西南部煤層含砷和氟,礦山開采出來的煤經燃燒,砷和氟進入空氣,污染環境造成人體砷中毒和氟中毒,形勢相當嚴峻。據貴州疾控中心資料,貴州有1000萬氟斑牙患者,64萬氟骨病人;以縣為單位,氟中毒的人口1900萬,約占貴州人口的一半。據貴陽地化所調查,煤炭中的氟含量為598mg/kg,土壤中的氟含量為903mg/kg,用煤炭烤過的玉米、辣椒等農作物含氟量超過國家標准幾十倍甚至數百倍,氟污染相當嚴重。
空氣中砷可以通過皮膚、呼吸道、消化道進入人體。貴州織金縣交樂鄉小煤窯採的煤含砷量相當高,因敞爐方式取暖、烘乾糧食,造成人體中毒。自1976年以來,確診慢性砷中毒患者至少有3000例。
氟中毒和砷中毒不僅僅是個醫療問題,也是個經濟社會問題。2006年中央撥專款2400萬元和12萬元爐灶給貴州用於治療地方病。
2003年12月23日,重慶市開縣的一口天然氣礦井發生井噴,大量硫化氫氣體污染幾十平方千米,數十人死亡,直接經濟損失在億元以上。
(三)能源礦山對土地資源的占壓破壞
西南地區以能源礦山占壓和破壞土地面積最多,為121706.49hm2,占各類礦山總占壓面積的61.2%。其中又以四川能源礦山占壓土地面積最大,為68251.00hm2,佔西南地區能源礦山總占壓面積的56.1%。其次是貴州占壓面積28606hm2,雲南15908.66hm2,重慶7697.7hm2,西藏1245.13hm2。
西南地區能源礦山主要分布於四川盆地及盆周山地、黔西、渝西、滇東北地區,主要為煤礦山,以井下開采為主,采場佔地面積相對較小,但固體廢棄物及地面塌陷區佔地面積較大。
四川攀枝花寶鼎煤礦,包括大寶鼎、小寶鼎、太平及花山4個國有大、中型煤礦山和數十個民營礦山,佔地面積達80km2。
貴州省煤炭資源豐富,從20世紀60年代起就大規模開采,到現在排放的煤矸石已堆積如山,目前僅六盤水市境內的六枝特區、鍾山區、水城縣、盤縣特區堆成的大型煤矸石山就有30餘座,堆放高度達80餘m,最高的達200餘m,現在煤矸石堆積量已達9500×104t,佔地面積233.31餘hm2,如盤江煤電集團所屬的大型煤矸石山就有7座,佔地面積66.66餘hm2,水礦集團所屬大型煤矸石山9座,佔地面積已達171.72hm2,根據生產礦井排矸量為煤的20%,洗煤排矸量為原煤的25%,按這一排矸系數計算,加上隨著生產能力的提高,可以預測區內的煤矸石佔地面積將不斷增加。因煤矸石結構鬆散,穩定性差,遇持續強降雨時,還易產生滑坡、泥石流地質災害。
重慶市中梁山煤礦從1959年投產至今已47年,佔地面積達10×104m2。其中位於礦區南部華岩鎮石堰村三社的煤矸石山,佔地面積為4.6×104m2;位於礦區北部華岩鎮共和村六社的煤矸石山,佔地面積約5.4×104m2(照片3-6),影響了農業經濟的發展。
照片3-6 重慶中梁山煤電有限公司北煤矸石山
㈢ 一建 設於管溝內的保溫管道應設有防潮層,請問防潮層和保溫層有什麼區別
保溫層是保溫用的,種類較多,一般地埋管道最好採用聚氨酯的;保溫層外面那成玻專璃鋼纏繞的或聚乙烯屬的叫外保護層是保護保溫層不損壞用的,有防水功能,不能叫防腐層,防腐層的主要功能是防腐用的,比如在鋼管上塗一層防腐塗料或刷一層瀝青防腐油,都叫防腐層,主要是防止鋼管銹蝕,延長使用壽命。
㈣ 現在施工在地下埋管道不用挖溝,而是用一種機器直接鑽進去,然後把管拉過去就行了。這是什麼工作原理
這種方法叫非開挖埋管技術,用的機器叫做非開挖鋪管鑽機,此方法就是在不大面積破壞地面的情況下進行鋪設、維修和更新各種地下管線,被廣泛應用於給水、排水、電力、通信、燃氣等領域的新管道建設和舊管道修復中。
其特點是:在不挖地面、不大面積破壞地面的前提下就能穿過鐵路、公路、建築物,是一種安全有效的施工技術。而用這種方式進行施工,由於上部土層並未被破壞,且管道不易產生形變,大大增強了管道的壽命,並且由於不需要大面積破壞地表及其建築,能很大的減少動遷用法產生的費用。
(4)管溝在地質什麼層比較穩定擴展閱讀:
在運用非開挖埋管技術值得注意的問題:
1.工程地質和水文地質條件沿管線土層變化頻繁,所以在頂管施工前必須了解土層的變化情況:此外對於要經過回填土地段,需要提前加固處理,以防頂管施工後地表有過大的下沉。
2、有毒氣體的檢測與防護頂管施工的地層一般會通過淤泥層,腐爛動、植物體會在地下形成有毒氣體聚集體,危害施工人員的健康和生命,所以有人員在頂管內操作的情況下,需要定時監測管內有毒氣體含量,採用通風裝置予以解決。
3、超前探查地下管線盡管先進的頂管設備具有在施工時探查前進路線不遠距離管線的能力,但是採用在地面提前查明地下管線仍是值得開展的,這對於保證通訊、電力、上水、排水、煤氣等其它管線安全運營,確保公眾正常生活仍有必要。
4、穿越建築時對基礎的探查頂管在建築物基礎下施工時,需要明確施工施工路線上所遇到的基礎類型,對於部分基礎頂管頂進前可採取托換、加固措施。
5、頂進計算頂進計算其一包括准確計算頂進推力,根據計算結果選定相應的油缸類型和確定中繼間的分布;其二是工作井設計,根據計算得到的最大頂力,提出工作井的加固方案。
㈤ 地質地層劃分原則
地質歷史上某一時代形成的層狀岩石稱為地層,它主要包括沉積岩、火山沉積岩以及由它們經受一定變質的淺變質岩。從岩性上講,地層包括各種沉積岩、火山岩和變質岩;從時代上講,地層有老有新,具有時間的概念。)地層是地殼中具一定層位的一層或一組岩石。地層可以是固結的岩石,也可以是沒有固結的堆積物,包括沉積岩、火山岩和變質岩。在正常情況下,先形成的地層居下,後形成的地層居上。層與層之間的界面可以是明顯的層面或沉積間斷面,也可以是由於岩性、所含化石、礦物成分、化學成分、物理性質等的變化導致層面不十分明顯。
地層劃分(stratigraphic subdivision)是指對一個地區的地層剖面中的岩層進行劃分,建立地層層序的工作。一般對一個地區的地層剖面,首先根據岩性、岩相特徵進行岩石地層劃分,然後根據系統採集的化石進行生物地層劃分,進而建立年代地層順序。在劃分一個地區的地層時,必須充分參考鄰區已經建立的地層劃分方案,便於地層對比。
劃分原則:岩石地層單位是依據宏觀岩性特徵和相對地層位置劃分的岩石地層體。它可以是一種或幾種岩石類型的聯合。整體岩性一致(岩性均一、或規律的、復雜多變的岩類與岩性的組合),野外易於識別劃分。它是客觀地質實體,而不能用成因或形成年代來劃分。
㈥ 管溝深層用什麼方法破碎
我來給你回答岩層破碎,是因為你處在風化帶或者破碎帶內,這個鑽探是專不可避免的如果是工程鑽屬探,不用清水鑽進,可以選擇用黏土粉調制鑽井液,還可以選擇用聚木青氨或者聚丙烯等有機材料加火鹼發酵後做鑽井液,可以增加鑽井液稠度,起到護臂作用再有,如果這幾種方法都不能通過,套管,即採用當前口徑的套管,將該破碎段隔離,換小口徑繼續鑽進給個最佳答案吧
㈦ 地質工程哪些方向比較好
地質工程專業出來的很好找工作,但是都是很苦的工作,居無定所不說,乾的活基本不帶技術含量很讓人崩潰的。好一點的就是設計院之類的,也就待遇相對高一點,別的什麼勘察施工單位,你也就是一高學歷民工了。
㈧ 什麼是基坑與基槽
基坑:
基坑是在基礎設計位置按基底標高和基礎平面尺寸所開挖的土坑。簡單來說就是大面積的基礎開挖,一般為獨立基礎或者筏板基礎。
基槽:
僅沿條形基礎的基底開挖的叫基槽。
基坑與基槽的區別:
區別一:尺寸的不同
基槽是指單個基礎土方開挖,槽底寬度在3米以內,且槽長大於3倍槽寬的溝槽。槽底寬度大於3米,且槽長小於3倍槽寬的,或底面積小於20㎡,為基坑。
區別二:開挖的體積不同
整個房屋基礎開挖,叫大開挖。挖深超過5米,叫深基坑。基槽(坑)土方體積=基槽(坑)截面面積×基槽(坑)凈長度。
區別三:形狀和功用的不同
從形狀上來分,基坑是方塊狀的,基槽是條狀的。從功用上來分,基槽是對於條形基礎及梁氏基礎等,那基坑對於小的來說對應獨立基礎、樁基承台等,大的來說對應滿堂筏板基礎、地下室基礎等。
(8)管溝在地質什麼層比較穩定擴展閱讀
基坑分類
城市橋梁工程基坑主要用於承台、橋台和擴大基礎施工,一般分為無支護和有支護兩類。
一、無支護基坑
特點:
1、基礎埋置不深,施工期較短,挖基坑時不影響鄰近建築物的安全。
2、地下水位低於基底,或者滲透量小,不影響坑壁穩定性。
主要形式:無支護基坑的坑壁形式分為垂直坑壁、斜坡和階梯形坑壁以及變坡度坑壁。
二、有支護基坑
特點:
1、基坑壁土質不穩定,並且有地下水的影響。
2、放坡土方開挖工程量過大,不經濟。
3、容易受到施工場地或鄰近建築物限制,不能採用放坡開挖。
㈨ 二氧化碳輸送管線地質問題
一、二氧化碳輸送管線的地質選線
中國幅員遼闊,涉及CO2輸送管線管道安全的地質問題復雜。各地已有管線沿線自然環境、地理狀況、地形地貌、地質構造、新構造運動、地質災害、岩土介質狀況等因地而異。特別是由地質災害引起的管道安全隱患以及長輸管線所經復雜地段因地形起伏大、地質條件復雜,決定了CO2輸送管線選線工作尤為重要。為更好地解決復雜地段的選線問題,引入了地質選線的概念(西昕,2002)。據此,初步提出在進行CO2地質儲存調查評價時,增加CO2輸送管線大范圍超前地質工作和方案比選研究,將CO2輸送管線選線和地質調查結合起來,為CO2輸送管線方案提供地質依據。
據西昕(2002)研究,長輸管道途徑距離長,往往要經過一些復雜地段。因復雜地段地形起伏大、地質條件復雜,可供比選的線路方案較多。復雜地段的選線除需考慮地形地貌、施工難度、地區等級、經濟因素等方面外,還應考慮地質因素(如活動斷裂帶的分布、地質災害的發育程度等)對線路方案的影響是地質選線的主要內容。
1.復雜地段選線存在的主要問題
目前,中國長輸管道途經地域越來越多、地貌單元越來越復雜,導致地段選線越來越復雜。過去選線中的一些不足之處逐漸暴露出來,主要問題有:
1)由於管道選線帶狀工作區域的局限,方案研究的范圍過窄,常造成對重要地質背景和宏觀地質問題的忽略或認識上的不足,容易漏選有價值的線路。
2)復雜地段選線可比方案多,涉及的區域大,按常規勘查安排的時間和經費投入,難以做好方案的深入研究和比選,一些復雜的隱蔽地質問題很難查清,直接影響復雜地段選線的質量和深度。
3)大型河流穿(跨)越、隧道等全線控制性工程地質情況,單採用鑽探為主的常規勘察方法周期長、費用高,難以滿足要求。
2.復雜地段地質選線的主要調查內容
1)多方案研究比選。根據初步擬定的線路走向區域地質情況,考慮地形地貌、施工難度、地區等級等因素,組合成多種不同的方案,進行多方案的研究與比選。首先確定復雜地段方案可能涉及的最大區域,初步篩選出代表性的優勢方案。
2)超前加深地質工作,進行大面積地質調查。依據CO2輸送管線可能涉及的最大區域和為查清重大地質問題(如對長輸管道建設構成危害的活動斷裂和地質災害等),結合遙感解譯選線,進行沿線復雜地段斷裂活動性評價和地質災害評估等專題內容,查明控制線路方案比選的宏觀地質因素及分布,評價區域地質條件,提出進一步優化和篩選的依據。
3)根據小比例尺調查階段篩選出的方案,在大比例尺調查階段充分利用前一階段的踏勘成果,進一步調查線路方案的岩土工程地質條件,進行第二次方案篩選,不斷加深方案比選的深度和精度。
綜上所述,CO2長輸管線是帶狀延伸的建設工程,管線地質勘測行業的地質調查都是沿線路帶狀走向進行。但在地形、地質條件復雜的地區,特別是一些大型河流的穿(跨)越和隧道等重點控制性工程,帶狀工作范圍顯得過窄,易造成好的方案和重大地質現象的遺漏,有時還可能造成無法彌補的設計失誤。
實踐證明,重大工程只有把握住對其影響較大的區域性地質控制因素及諸因素在分布上的差異,才能作好方案選擇。因此,開展全國性小比例尺和重點地段大比例尺CO2地質儲存調查時,應同步開展CO2長輸管線地質綜合調查工作,從不同比例尺、不同層次和研究目的入手,獲取豐富的地質資料,提出CO2長輸管線比選方案。
二、二氧化碳長輸管線地質災害調查
據趙忠剛等(2006)研究,地質災害對管道安全的影響是多方面的,為確保管道的安全運行,需要對各種災害的發展演化過程和階段及其作用因素等進行評估,並依據管道地質災害的成災機理,對管道可能遭遇的地質災害採取相應的預防對策。
(一)管道地質災害的類型
依據中國已有油氣輸送管道遭遇的地質災害,將影響管道安全運行的地質災害劃分為三大類(趙忠剛等,2006):第一類為地殼內動力地質作用引起的地質災害,包括地震、地面塌陷、地裂縫和斷裂災害等;第二類為地殼外動力地質作用引起的地質災害,包括滑坡、滑塌、泥石流與洪水沖蝕、沙埋和風蝕災害等;第三類為特殊土體所導致的地質災害,主要是指濕陷性黃土、膨脹土、鹽漬土和多年凍土發生變形引起的災害等。
1.地殼內動力地質作用引起的地質災害
(1)地震
地震及活動斷裂是造成管道,包括站場重大事故的主要地質災害之一,世界各國在管道設計上都將其作為重點內容。地震對長輸管道安全性可能產生的危害主要包括兩個方面(董魯生等,2002):一是由於地震作用使土體的整體性和連續性遭到破壞,如斷層錯動、地裂、滑坡、砂土液化等;二是管道附近地區發生強烈地震,地震波在土體中的傳播會對管道及其輔助設施產生破壞,如對已腐蝕或焊接質量差的薄弱管段造成破壞;或引發次生災害,如油氣管道爆裂、動力供應中斷等。地震造成的最直接的破壞就是使管道不均勻下沉、拱曲與錯斷,引起管道下部地基沉陷或掏空,使地基失去支撐力,導致管道懸空,軸向承受的拉力增大使管道材料失效,產生裂紋,甚至拉斷。這種情況常常發生在剛性介面的管道中,或者發生在與水平管段連接的豎直段內,此外焊接接縫處也是斷裂常發生的地方(鄭茂盛等,2004)。這些都有可能導致管道內CO2的泄漏,從而危及人員和環境的安全。
大量事實證明,地震對管道的損壞主要是由於大規模斷層位移引起的。如西北地區的格(格爾木)—拉(拉薩)輸油管道許多管段經過活動斷層地帶,處於高地震烈度地區。2001年11月14日,青藏高原北部昆侖山脈一帶發生8.1級強烈地震,後又發生上百次餘震。地震形成了一條NWW向,長350~426km,寬30~50m的地表破裂帶。破裂帶與南北走向的格拉成品油管道相交,使管道在擠壓力、彎曲力、剪切力等復雜的交變應力作用下擠壓成扁平狀,並在套管埠處發生Z形皺褶斷裂。地震還使3#、5#、6#、9#泵站的部分設施和設備受到了不同程度的毀壞(曾多禮,2004)。
地震對管道的破壞是災難性的,因此減少地震災害的工程措施應集中在地表斷裂上,為了避免或降低由於斷裂活動對管道帶來的損壞,對管道沿線主要斷裂區塊的活動性進行調查評價尤為重要。加強對活動斷層段的管道位移或應力變化進行監測,並將其納入管道管理之中,以便隨時掌握斷層活動情況和管道安全狀況,確保管道運行安全。選線時,在服從線路總走向的前提下,應盡量避開活動斷層(帶)和地震高烈度區。如果管線與活動斷裂交叉或通過地震高烈度區,應選擇地形開闊、第四系覆蓋層較厚的地區通過,同時應採取抗震設防措施,提高管道防震減災能力。
(2)構造地裂縫
構造地裂縫是由內應力作用而形成的(王景明,2000)。青藏高原構造地裂縫分布比較廣泛,主要有3種類型,即地震破裂、斷層蠕滑破裂和斷層破碎帶,以及不均勻凍脹裂縫。其中已建的格拉管線就穿經青藏高原構造地裂縫帶。西南成品油管道(廣東茂名—昆明長坡)穿越川滇斷層帶。而在西氣東輸工程的東段江蘇、河南兩省境內也有地裂縫分布(李智毅等,2004)。江蘇境內的蘇州、無錫、常州地區的地裂縫,是不均勻地面沉降的一種表現形式,形成的主要原因是第四系鬆散堆積物下伏的基岩隆起或陡崖,造成土體結構或承壓含水砂層厚度突變,抽水誘發地面不均勻沉降,導致地表產生裂縫。河南境內地裂縫分布於滎陽北部和太康、淮陽一帶。構造地裂縫可能橫穿管道,會對管道產生破壞作用,嚴重的可以造成開裂破壞。
為預防構造地裂縫對管道安全的影響,可以採取以下必要的措施(李旦傑,2002);①繞避,盡可能避免將管線、站場、建築物等布置在構造地裂縫帶上;不能繞避的盡可能避開構造地裂縫的最危險段(時代較新、活動強度較大)和發生過較大地震地表斷錯的地帶;②選擇合適的角度穿越地裂縫,將不利的受力狀態和應變方式轉化為較有利的方式;③在管道穿越地裂縫部位採取切實的抗震措施,如增加管道變形的自由度(敷設帶斜坡的管溝或採用套管等),增加管道強度或採取柔性聯結等;④加強對活動構造地裂縫帶和地質災害的監測與預警工作。
(3)地面塌陷
產生地面塌陷的主要原因,一是因為地質構造特殊,如廣西和雲南境內的岩溶地形;二是因為人類對固體礦產(如煤、鐵礦等)採取地下採掘方式開采所導致的。
中國岩溶分布面積達365×104km2,占國土面積的1/3以上,是世界上岩溶最發育的國家之一。近年來,隨著岩溶區城市化建設的飛速發展,岩溶區土地資源、水資源和礦產資源開發的不斷增強,由此而引發的岩溶塌陷問題日益突出(雷明堂等,2004)。固體礦產采空區在全國各地都有大面積分布。岩溶地形和礦產采空區的存在有可能引起地表沉降、塌陷變形、地表開裂等不良地質現象。地面塌陷又將造成地下管道彎曲變形、懸空或斷裂,從而對管道安全帶來隱患。采空區塌陷對油氣管道工程將帶來嚴重後果,應引起高度關注。如西氣東輸工程中段,管道線路下面的采空區已經存在,尤其是煤礦密集分布的陝西子長煤礦焦家溝—王家灣段,山西蒲縣—臨汾煤礦和浮山後交煤礦密集分布區等。
在地表已產生沉降、裂縫和塌陷的地區選線時,宜採用繞避方式;不能繞避的,可採用回填或壓力灌漿的方法進行處理。
2.地殼外動力地質作用引起的地質災害
(1)泥石流
中國泥石流災害多發生於年際間的7—9月份,因暴雨激發,來勢迅猛,致災力強。尤其在黃土高原區土體結構疏鬆,崩塌、滑坡體和沖溝發育,為泥石流提供了豐富的物源。在暴雨激發下形成含沙量極高的洪流,由密布的毛溝、支溝流向干溝和河流,匯集而形成強大的泥流,造成堤壩潰毀、水庫淤塞等災害。西氣東輸工程中段大部分管段都處於黃土高原,泥石流災害對管道的危害尤為嚴重。1994年5月長慶油田元(城)-悅(樂)輸油管道遭受當地70年不遇的大洪水,隨之而來的柔遠川上游的泥石流把管道沖毀多達26處,佔全線的35%,管道多處被拉斷(朱思同,1998)。
另外,溝蝕是對管道工程危害最為嚴重的侵蝕方式之一。陝北晉西黃土地區的沖溝十分發育,沖溝的溯源侵蝕、溝床下切、溝岸拓寬和擴展,使得溝壁邊坡土體失穩,易於產生崩塌或滑坡,導致管道下部掏空,懸空裸露,危及管道安全。如馬惠寧管道沿線由於土壤滲透系數小(1.54×10-5~6.61×10-5),匯流快,極易快速形成沖溝,並在沖溝處形成匯水,沖毀維修道路,造成管道裸露懸空。1994年在距孫家灘約5km處,一次洪水就形成了深2.5m、寬8m、長達50m的沖溝,對管線安全構成嚴重的威脅(梅雲新,2003)。
對危害程度嚴重的大中型泥石流,選線時原則上採取避讓,避免直接穿過;無法避讓的,可採取跨越方式;對小型泥石流可選定在泥石流的下游(洪積扇堆積區)通過,同時在上游通道內輔以攔截和滯留措施。對管線安全構成威脅的沖溝,應進行加固處理,具體處理方法有:加大管道埋深,至少達到穩定層以下,上部填土應分層夯實;採取截流和排水,切斷水源,阻止沖溝的繼續發育;回填夯實加固場地;利用編織袋裝土順坡堆砌,增強沖溝的抗沖蝕能力。
(2)滑坡
此類災害具有突發性,對工程建設危害性極大。傳統的工程地質和岩土工程邊坡地質災害研究通常把邊坡重力地質災害劃分為滑坡和滑塌兩大類。黃土高原的滑坡絕大多數為黃土滑坡,黃土深厚且富含碳酸鈣,疏鬆多孔,垂直節理發育,其下伏中生界砂泥岩或新近系紅土,汛期順黃土節理下滲的雨水至下伏隔水岩層受阻而形成接觸面徑流帶,觸發滑坡發生,這種滑坡一般規模較大;此外,黃土順坡向垂直節理的雨水下滲時,因潛蝕作用而觸發的淺層滑坡也較多。
黃土斜坡(邊坡)滑塌作用在產生機理和破壞方式上介於崩塌和滑坡之間,黃土滑塌災害指在自然因素或人類工程活動影響下,黃土斜坡帶所發生的兼有滑坡和崩塌特點的地質災害。它的發生受其特有的物質成分和工程性質所控制,並具有地域性分布特點,通常需具有以下條件(曲永新等,2001):①高度在10m以上、甚至100m以上,由厚層馬蘭黃土組成的斜坡帶,坡度通常在55°以上;②雨季比旱季發生的頻率高;③在自然條件下,在河谷平原區和大型沖溝兩側因河水側向侵蝕或洪水沖刷黃土坡腳而發生;④在河谷平原區或大型沖溝中,因修築水庫引起的水位抬高、庫水浸潤黃土坡腳等,也可誘發產生;⑤在黃土源邊和其他黃土斜坡地帶,因坡高、坡比過大,當人工開挖時誘發產生。
由於這類地質災害處理和整治費用高,因而在選定管道線路時,應盡量採取繞避方案。對於一般易滑坡段的治理,可以採取適當措施穩定坡體,比如採取削坡、護坡或魚鱗坑植樹儲水措施,進行水土保持和工程處理;或者在滑坡體後緣修築截、排、導水系統,以防地表水匯入滑坡體,在滑坡體前緣運用漿砌片石護坡,防止水流的側向侵蝕造成抗滑力減小,從而使坡體穩定,保證管道安全。對於黃土斜坡管溝施工開挖可能產生的邊坡滑塌,可採取導流引水、支擋和削坡減重等綜合治理對策;同時採取措施以提高管道地基和回填土的抗沖擊能力,確保管道施工和運營安全(梁偉等,2005)。
(3)流動沙丘(壟)和風蝕沙埋
流動沙丘(壟)移動性極強,移動方向與管道垂直。如果管道覆土被風吹走,就會造成管道裸露懸空,若超過管道撓曲強度,管道就會折斷。
風蝕沙埋也是最為突出的一類地質災害。如塔克拉瑪干、巴丹吉林、騰格里和毛烏素等沙丘(壟)邊部移動沙丘高3~15m不等,移動速率4~6m/a;有的風蝕窪地最大風蝕深度可達30m,對管道埋置和站場危害較大。
對流動沙丘(壟)防治措施可採取加大管道埋深、設置鋼(或硂)樁固定管道和直立式沙障等。而在騰格里沙漠南緣和毛烏素沙漠南緣的沙丘,由於規模和活動性相對較小,線路可選在丘間低地通過;或將沙丘推平後再挖管溝,適當深埋,並在施工同時進行種草種樹、建沙障等防沙固沙工程,防治風沙危害,改善生態環境。
3.特殊土體導致的地質災害
(1)濕陷性黃土
黃土屬性決定了黃土層遇水易發生濕陷,形成黃土陷穴、黃土暗洞、黃土裂隙、黃土柱等地貌,給管道施工,尤其是穿越黃土溝谷地段造成困難,同時可威脅和破壞管道的正常使用。濕陷性黃土結構上具有垂直節理發育,遇水浸泡即失去強度等特點,在雨季易產生滑坡、坍塌和空洞等不良地質現象,進而形成陡峭的沖溝,同時由於水沿黃土垂直節理滲透,形成潛蝕和沖蝕,導致新的沖溝發育(孫國相等,1996)。
這些因素會使管道產生不均勻沉降變形,同時過大的濕陷變形所產生的負摩阻力,可能導致管道彎曲變形、裸露、懸空,甚至折斷;此外,還有可能導致地層不均勻沉陷和裂縫等,或者誘發崩塌和滑坡,對管道構成危害。
濕陷性黃土導致地質災害的另一方面就是黃土潛蝕,它的分布與濕陷性黃土基本一致,多見於上更新統和全新統黃土中,在地下水作用下形成陷穴、落水洞、天生橋等「黃土喀斯特」現象。由於其作用過程較為隱蔽,常有暗溝分布,一旦突陷,將給管道安全帶來嚴重後果。
如果是非自重濕陷性黃土,因管道單位長度重量小於挖除同體積黃土的重量,鋪管後不會增加附加壓力而濕陷,一般不需處理;如果屬於自重濕陷性黃土,處理措施主要採用土質改良的方式和採取截排水措施。
(2)膨脹(岩)土
膨脹(岩)土地質災害已成為全球性的工程地質和岩土工程問題之一。膨脹(岩)土多分布於低山丘陵及沙漠區的古近-新近系泥岩發育地區,具有弱—中程度的潛勢膨脹性,遇水時會崩解。
膨脹(岩)土給中國的管道安全造成了極為嚴重的危害,如1989年投產運營的內蒙古阿爾善—賽汗塔拉輸油管道工程,次年4號和6號加熱站的建築物地坪和牆體就發生不同程度的開裂破壞;蘭-成-渝管道蘇木溝附近存在的白堊系紫紅色膨脹岩的塌岸災害,以及西氣東輸工程在安徽的阜陽至江蘇的江浦間有大面積膨脹土分布,也產生了地基變形和坍塌問題。
(3)鹽漬土
鹽漬土是乾旱氣候環境中,由於地下水埋深淺、運移滯緩、強烈蒸發而造成土壤中鹽分聚集地表所致。高礦化度的鹽漬土對混凝土和鋼管具有強腐蝕性,溶鹽結晶時產生體脹,又會對管材和站場地基產生附加壓力。因此,鹽漬土的溶陷性和鹽脹性對管道地基的土體破壞力極強,易造成管道的「暗懸空」現象。
因鹽漬化和地下水有直接的關系,在豐水季節,地下水位的升高,會對管道的施工造成不良影響;在有鹽漬化現象的地段,一般地下水的埋深較淺,在做好防腐的同時應有降水措施,施工盡量在枯水期進行。對鹽漬土的預防措施,可以在管頂鋪設夯實的灰土層,以隔斷地表水下滲;以非鹽漬土類的粗粒土回填管溝,隔斷有害毛細水的上升;同時,防腐設計應重點考慮耐鹽鹼的防腐材料及防腐層的機械強度。
(4)凍土
凍土層對管道的威脅主要是土體的凍脹性,其主要機理是土中的水相變成冰時,導致土體膨脹,使地面隆起。土體凍脹後埋設在凍土中的管道也會隨著土體升高;而當土體凍脹消融後,由於管道的基礎或管道下的小空隙已部分被土填充,所以管道不能回落,年復一年的多次凍結—消融—填充—再凍結過程,導致管道被抬高。格拉管道就曾多處被拱出地面而使管道變形,拱出地面高約0.7m,長3.6m,並在彎曲應力作用下發生斷裂,給管道的安全運行構成威脅。
對穿越凍土地帶的管道,為不破壞永凍層,應採取以下措施:①將管道埋設在凍脹力相對最小的「弱凍脹區」,避免管道接觸永久凍土層;②為避免因管溝開挖過深或開挖後暴露大氣時間過長而使永凍層破壞,在控制深度的同時,盡量做到邊開挖、邊鋪管、邊回填,保持永凍層的穩定;③管道埋深應根據不同地段土壤含水量和季節融化層厚度分段確定;④管溝底須鋪墊一定厚度的細土,且最大挖深不應超過永凍層上限的0.5m;⑤管道總埋深小於0.8m時,為保持管道在熱應力作用下的穩定性,宜在地表培土並保證一定的寬度。
(二)二氧化碳長輸管線地質災害調查
1.重視二氧化碳輸送管線地質災害遙感解譯工作
通過CO2輸送管線地質災害遙感解譯,利用地理信息系統對管道沿線可能造成地質災害的重點區域(例如地震多發區、斷裂帶等)進行標定;通過勾畫鹽漬土、沙漠、黃土、膨脹土等特殊土分布區域,全面解譯管道工程沿線發育的地質災害,進而應用遙感技術預測地質災害(方傑等,1997;2000)。
2.開展二氧化碳輸送管線地質災害專項調查
按相關行業規范開展CO2輸送管線地質災害專項調查,對起主要或決定性作用的地質災害做深入分析。如根據現行《輸油(氣)埋地鋼質管道抗震設計規范》的要求,查明地質活動斷裂的走向、與管道交匯的位置以及可能發生水平和豎向位錯等情況,評估未來百年可能發生的最大震級和可能的突發位錯量。
3.逐步建立全國范圍內二氧化碳管線地質災害預測、預報系統
一是建立以監測為主要手段的地質災害預報研究:通過地球物理方法對地溫、地應力等進行監測,通過地下斷裂、地下放氣等監測研究地震;開展諸如土地沙化、鹽漬化等實時監控。二是著重於地質災害成因機理的預測預報研究。三是建立適用於管道工程的預測模型。
㈩ 區域地質背景與區域穩定性
二郎山公路隧道地處龍門山NE向構造帶西南端,向東過渡為峨眉山斷塊區的大相嶺菱形地塊,西北側為甘孜-阿壩印支褶皺帶。NE向龍門山構造帶、SN向川滇構造帶和NW向鮮水河構造帶在區域內形成了中國西部著名的「Y」字型構造格局,隧址區大地構造背景即處在該「Y」字型構造之三岔口交接部位的NE側,但其總體構造格局仍受NE向龍門山構造帶控制(圖2-1)。
表2-2 工程區地震動參數Tab.2-2 Earthquake parameter in the study area