管沟在地质什么层比较稳定
㈠ 路基中的水稳层起什么作用
水稳成活后遇雨不泥泞,表面坚实,是高级路面的理想基层材料。
㈡ 能源矿山环境地质问题
西南地区共有能源矿山有6769个,占矿山总数的32.1%。其中云南1483个,四川1567个,贵州2395个,西藏8个,重庆1316个。
能源矿产主要指煤炭。分布在贵州西部地区,其次是渝西、滇东北、四川盆地、川东南和川西南攀枝花地区。重要的煤矿企业有水城煤矿、六枝煤矿、盘县煤矿、遵义煤矿、安顺煤矿、天府煤矿、永荣煤矿、松藻煤矿、南桐煤矿、中梁山煤矿、昭通煤矿、宣威煤矿、富源煤矿、小龙潭煤矿、一平浪煤矿、曲靖煤矿、广旺煤矿、芙蓉煤矿、宝顶煤矿等,其他小型煤矿企业星罗棋布。
能源矿山主要为井下开采,采空区范围较大,易造成地面塌陷、地裂缝等地质灾害,同时疏干地表水,造成用水困难。同时,在煤矿开采中有大量的煤矸石堆放,降水对其淋滤产生大量的硫酸等污染地下水和周围土壤,其中的硫因蒸发或煤矸石自燃后还会排放H2S,SO2,CO2等各种有害气体而严重污染大气。大量煤矸石占压土地,据初步统计,西南地区以能源矿山占压和破坏的土地面积最多,为121706.49hm2,占总占压面积的61.2%。煤矸石还易在暴雨季节造成滑坡、泥石流地质灾害。能源矿山矿坑突水亦比较严重。西南地区能源矿山环境地质问题比较突出的是重庆市和贵州省,其次是四川省和云南省,再次是西藏。重庆市发生的254次矿山地质灾害中能源矿山就有230次,占总灾数的90.6%,直接经济损失3.68亿元,占总损失的96.08%,死亡人数118人,占总死亡人口数的90.8%。重庆市各类矿山地质灾害中损失最大的亦是能源矿山的矿坑突水,仅2002年6月13日南桐煤矿发生矿坑突水直接经济损失达2亿元,占重庆市总损失的52.2%。
(一)能源矿山地质灾害
1.能源矿山地面塌陷、沉降、地裂缝地质灾害
能源矿山地面塌陷主要与采空区有关。国有煤矿山如重庆松藻南桐煤矿、贵州六盘水煤矿采深多数在150m以下,大面积的采空区地表发生沉降、拉张变形和塌陷严重,影响和破坏了地面建筑和道路设施,造成很大的经济损失和人员伤亡。
(1)重庆松藻南桐煤矿山地面塌陷
1)基本概况。据《重庆市矿山地质环境调查与评估报告》资料,松藻、南桐矿区共有塌陷坑30处,分布面积约2.5km2,主要分布于松藻、南桐矿区的采空范围内,发育于碳酸盐岩分布区。
塌陷在地表变形表现为塌陷坑、沉降和开裂3种形式。
区内塌陷坑的平面形态以椭圆形和似圆形为主,个别为长条形,规模3~200m2不等,剖面形态以下小上大的柱状和漏斗状为主,其柱面倾角(与围岩的接触面,含漏斗面)多在60°~80°之间,部分为40°~50°。塌陷深度数米至数十米不等,一般在十余米。如南桐矿区的水井湾煤厂塌陷,最大直径200m,最大塌陷深度30m,20余户村民被迫搬迁。塌陷区深部为砚石台煤矿采空区。
地面沉降是继塌陷区之后形成的,具有影响范围广、分布面积大的特点。沉降形态多数似锅状或碟状,下降幅度数厘米,沉降区内开裂、塌陷分布普遍,数量较多,典型的如重庆南桐化工厂,整个工厂大多位于沉降区内,其车间、办公楼、围墙、地面等开裂、塌陷随处可见,损失巨大。
地面开裂是塌陷和沉降的伴生产物,涉及范围更广、数量更多,其形状为直线形、弧形或封闭形,多分布在塌陷区范围,开裂长度3~130m,裂缝宽1.5~40cm,裂口面陡倾,倾角80°~90°,倾向一般指向塌陷中心。除前述的南桐化工厂外,区内的松藻矿务局打通煤矿第一矿渣场附近的裂缝带,亦属典型塌陷引起的地面开裂。
塌陷坑、沉降、裂缝这3种矿山地质灾害具有密切的内在联系,表现为塌陷坑、裂缝发生在沉降区内,而裂缝又是围绕着沉降中心或塌陷坑呈弧形展布,塌陷坑则位于沉降区的中心。
2)危害性。重庆市煤矿塌陷区主要涉及万盛区、綦江县、南川市3个区(县),受灾居民23147户,60268人,住宅面积1368139m2;沉陷影响学校32所,面积12411m2;影响医院10所,面积32652m2;毁坏道路149.13km;毁坏供水管道487.02km,水池、水库342座,泵房16座。
3)成因分析。①地下水疏干引起的地面塌陷。矿山可溶岩地区存在岩溶洞穴或溶蚀裂隙,地下水在疏干的过程中,水位不断降低,水动力条件逐渐改变,从而使地下水对上覆土体的浮托减小,水力坡度增加,水流速度加快,水的搬运侵蚀作用加强。疏干初期溶洞充填物在地下水的侵蚀、搬运作用下被带走,扩展了水流通道;随之其上覆土体在潜蚀、侵蚀作用下垮塌、流失而形成拱形崩落和隐伏土洞;土洞不断向上扩展,使上覆土体在自重压力超过洞体的极限抗压、抗剪强度时,地面则沉降、开裂并发展成为塌陷。②采空区破坏形成的地面塌陷。地下开采形成的采空区主要由保安柱支撑其上覆岩体的重量,如果保安柱设计合理,则整个保安柱系统和井巷是稳定的,如果设计尺寸偏小,或在某一长期承载过程中由于风化、地震及累进性破坏等必然性偶然因素的影响,使保安柱中的应力超过其极限承载能力,则该保安柱将首先破坏,并带动其他保安柱累进性遭到破坏,其结果必将导致整个预留矿柱系统的破坏,从而进一步塌落导致地表形成塌陷。
当采空区的保安柱系统累进破坏达到60%以上,采空区顶板即发生冒落。冒落形成的塌陷范围一般比采空区大,开采水平煤层形成的塌陷坑多和采空区相对称,即塌陷中心即为采空中心;而开采倾斜煤层时,塌陷坑向下山方向偏移,在垂直走向的断面上,塌陷与采空区的位置互不对称。这一特点应引起安全防范重视。
(2)贵州省六枝、盘县、水城煤矿山地面沉降
1)基本特征。能源矿山采空区地面沉降是贵州省西部煤炭资源分布区发生的较为普遍的一种矿山地质灾害。该区地面沉降55处,其中中型1处,占总数的1.82%,其余均为小型,占总数的98.18%。
2)危害及损失情况。根据对盘县、水城、六枝三大煤电集团下属19个煤矿采空区地面沉降破坏情况资料(表3-17)(徐文等,2006),19个煤矿的地面沉降共破坏耕地28.50km2、林地4.36km2,破坏各类公路418km,造成310多个村寨或城镇房屋子开裂,直接经济损失约5.78亿元。
3)矿山采空区地面沉降成因分析。矿山采空区地面沉降是在井下开采过程中,使矿层采空区周围岩体中原始应力平衡状态遭到破坏,在应力重新分布达到新的平衡状态过程中,矿层顶板发生了变形、下沉、垮塌、移动,这些变化波及地面,导致地面出现了地裂缝、地面沉降,并引起山体崩塌、滑坡、水源枯竭,严重地破坏了矿山的土地资源。
2.能源矿山滑坡地质灾害
能源矿山的滑坡常与煤矸石堆放不当有关,如重庆东林煤矿、贵州西部煤矿山,碎石、煤粉堆积高达200m,体积达100×104m3,长期日晒雨淋,含水量增高,重量增大,内聚力和内摩擦力减少,造成堆积体稳定性破坏形成滑坡。这类滑坡在黔西地区有30多个。另一部分滑坡与斜坡坡脚失稳有关,如四川南部叙永地区太平村等地小煤矿常形成此类滑坡。一般以中小型为主,大型较少。
表3-17 盘县、水城、六枝三大煤电集团煤矿山采煤沉降区面积统计
(1)重庆市南桐东林煤矿矸石山滑坡
1)基本概况。南桐矿业有限责任公司东林煤矿位于重庆市万盛区万东镇新华村胡家沟社区,中心地理坐标;东经106°54′,北纬28°58′,高程约310m,为市属国有煤矿。该矿建于1958年,1964年4月正式投产,现已成为西南地区最大的主焦煤矿山之一,其产品主要供应重庆钢铁集团公司。
矿山主要开采鱼东井田主干构造龙骨溪复式背斜北西翼的次级褶皱——甘家坪向斜轴至猫岩背斜之间的二叠系龙潭煤组(P2)的K1(6#)、K2(5#)、K3(4#)煤层,+340~-100m标高范围内探明储量1782.2×104t,累计开采储量1427.5×104t,现保有储量354.7×104t。-100~-600m标高范围内尚有保有探明储量2818×104t。矿井开拓方式为竖井+暗斜井,中央对角式通风,矿井设计生产能力为45×104t/a,2004年核定生产能力为30×104t/a。煤矿现有职工2363人,居民7124人(任幼蓉等,2006)。
矿井现开采水平在-36m标高处,采空区面积达1.86km2,矸石堆积于主井西南侧500m的东林矸石山,中心地理坐标:X=3202950,Y=36395920,矸石通过运输大巷、提升斜坡提运到矸石山。该矸石山堆积43年,占地面积近7×104m2,堆积高程400~330m,堆积最大高差达22m(照片3-1),堆积矸石总量为100×104t。
2)危害性。2004年6月5日下午13时55分左右,东林煤矿矸石山发生滑坡,形成矸石流,见照片3-2和照片3-3,摧毁房屋14栋,造成15人死亡,3人受伤,6人失踪;2005年10月25日上午7时40分左右,东林煤矿矸石山再次发生垮塌,一名上学路过的小学女生被埋身亡。随着矸石的进一步堆放,矸石山可能再次滑坡或形成矸石流,再次威胁到附近17户58人的安全,且影响胡家沟至甘家坪公路的正常使用,地表水流经矸石山后形成污水,对下游农田、溪流造成严重污染。
照片3-1 重庆南桐东林煤矿矸石山
照片3-2 重庆南桐东林矸石山滑坡现场
照片3-3 重庆南桐东林矸石山滑坡泥土将山下的鱼塘填埋
3)成因分析。①自然因素。东林矸石山两次滑坡均是在连续降雨后产生的,因此降雨是滑坡形成的主要诱发因素。②人为因素。矸石堆放不合理,超过原设计堆放量,而且存在安全隐患后未得到及时治理。
(2)四川省叙永震东乡太平村煤矿滑坡地质灾害
四川省泸州市叙永县震东乡太平村有多个乡镇小煤矿在进行井下开采。因采空区顶板斜坡变形,于1999年7月16日下午4时发生滑坡(图3-4),滑坡体积53×104m3,4人死亡、3人受伤,7户村民房屋完全掩埋,6户遭破坏(李永贵等,2006)。该滑坡发生前地面有一定变形特征,该市地质环境监测站调查中发现了危险,向该村村民进行了宣传和抗灾动员,并加强了监测。因此,滑坡发生前大多数人都采取了避让的办法,减少了伤亡损失。
图3-4 四川叙永县震东乡太村矿山7.16滑坡剖面图
(据李永贵,2006)
1—泥岩;2—黄铁矿泥岩;3—砂质泥岩;4—泥质粉砂岩;5—粉砂岩;6—石灰岩;7—鲕状灰岩;8—生物灰岩;9—滑坡堆积物;10—下三叠统飞仙关组二段;11—下三叠统飞仙关组一段;12—上二叠统长兴组;13—上二叠统乐平组;14—下二叠统茅口组;15—上煤层代号;16—下煤层代号;17—原地面线;18—滑坡滑动后地面线;19—滑坡滑动推测线
3.能源矿山泥石流地质灾害
能源矿山泥石流的形成常与煤矸石的大量堆放有关,加之地形地貌条件和暴雨,形成泥石流地质灾害。重庆、四川、贵州时有发生。成都市天宫庙煤矿区泥石流灾害较突出:
(1)泥石流危害
1998年9月17日凌晨3时左右,由于普降暴雨,位于大邑县以西20km的天宫庙镇煤矿区阳沟、肖沟、小龙溪、栗子坪等矿段暴发了泥石流,导致公路、桥梁被毁,交通、供电中断,十多间房屋冲毁,矿区大量机电设备等物资失踪,矿井被淹停产等,仅邖江煤矿直接经济损失就达100万元以上;另外,泥石流导致附近居住的农民3人失踪,1人死亡,十多间房屋不同程度毁坏,大量牲畜失踪等,各溪沟泥石流损失的情况详见表3-18。
(2)形成条件
泥石流的形成除与暴雨有关外,还与该地的地形、地貌及固体物源密切相关。
1)地形地貌条件。阳沟位于天宫庙镇西,为常年流水沟谷,阳天矿段河谷宽20m,至沟源方向,河谷渐窄至数米,沟源高程1580m、沟口高程760m,阳沟总长约6km,河床纵坡降136.7%;在中岗(阳沟矿)附近发育一支沟,沟长1.35km,沟床纵坡降214.8%,造成人员伤亡主要在该沟谷段。中岗段沟床纵坡降6.77%。中岗至沟源段为该泥石流形成区,中岗—近河口公路桥段为流通区,沟谷突然变宽,流水变缓,泥石流携带巨石在此处沉积,形成堆积区,砾石具一定程度的定向排列,堆积物以灰色岩屑砂岩、角砾岩为主,粒径一般大于30cm,大者可达1.2m,堆积物宽30余m,长约150m,厚4~5m,似长条形。河谷两侧谷坡植被良好,坡度35°~50°。阳沟有国营邖江煤矿阳大、阳沟矿及地方联矿,另有众多小煤窑分布此地。
表3-18 成都市天宫庙煤矿泥石流造成的灾害情况
肖沟位于天宫庙镇西北约3km处,沟长约1.5km,沟口高程870m,沟源至沟口总落差430m,沟床纵坡降28.67%,七星矿位于肖沟,沟口附近分布许多建筑物,公路从沟口通过,其下修有一宽3.8m、高4.0m的涵洞,为常年流水沟,附近谷坡植被良好,坡度35°~40°。
小龙溪位于天宫庙镇西北约1.5km处,沟总长约3km,沟口高程790m,沟源至沟口总落差430m,沟床纵坡降14.33%,沟谷狭窄,河口附近变宽。山坡植被好,坡度40°~50°。
栗子坪矿泥石流沟为一冲沟,主沟长100余m,沟深1.5m左右,沟宽1.0m左右,沟源处有2条岔沟,时有流水,沟床坡度12°,沟源、沟侧堆积大量小煤窑煤矸石。沟口、沟侧建筑物密布,沟水从沟口公路涵洞通过。
2)固体物源。泥石流所处地层主要是三叠系须家河组,由灰色岩屑砂岩及砂质泥页岩互层,夹煤层。岩层软硬相间,位于背斜核部,伴生断裂发育,尽管沟谷谷坡植被良好,但谷坡表层崩、坡积物分布普遍,导致沟口泥石流堆积物有岩屑砂岩显现;另外近十多年来,地方乡镇企业迅猛发展,天宫庙煤矿区除分布有地方煤矿外,尚有许多小煤窑乱采滥挖,煤矸石随意堆放,为泥石流的发生提供了重要物源。栗子坪矿泥石流固体物质绝大部分为煤矸石,阳沟左岸谷坡有2处冲沟形成的小型泥石流,其物源主要也为煤矸石。在该沟中部,地方联矿对面721煤矿,煤矸石堆积方量在2500m3左右,因岸坡脚被淘蚀,煤矸石堆积及坡积物顺坡下滑形成泥石流。
综上所述,泥石流的形成与自然因素有关,也与人为因素(采矿废渣乱堆放)密切相关。
4.能源矿山崩塌地质灾害
西南地区能源矿山崩塌地质灾害突发性强,不易防范,危害性大。一般在不利的地质环境采矿易造成崩塌地质灾害。主要分布在重庆西部、四川南部、贵州西部地区。
(1)贵州西部煤矿山崩塌地质灾害
贵州西部产煤区,地形切割强烈,相对高差一般300~500m,河谷沿岸切割可达700~1000m,特别是有些峡谷地段,岩壁陡立,使崩塌的形成具备了有利条件。而这种陡峻的山坡一般是坡体中、上部为硬质岩层,中、下部为软质岩层,煤一般产于下部的软质岩中,采矿进一步破坏了山体的稳定性,上覆岩体失去支撑,沿自身垂直方向产生卸荷掉块形成崩塌。
1)贵州纳雍县鬃岭镇左家营村崩塌。2004年12月3日发生的特大型崩塌地质灾害,38人死亡,失踪6人,13人受伤。崩塌点位于岩脚组后山陡崖上,坐标为东经105°14′09″,北纬26°42′50″,高程2120m。崩塌发生后,调查发现崩塌点一带陡崖上仍有3处明显危岩体,总规模3万余m3,可能产生再次崩塌。坡脚堆积体在强降雨或陡崖上方再次发生崩塌等冲击因素作用下,易发生滑坡泥石流灾害,将直接威胁其下部岩脚组54户280人、新房子组部分村民59户200人及孙晓煤矿、左家营煤矿人员的生命财产安全。
2)2001年7月17日21时20分左右,贵州习水县仙源镇福硐村万金二矿发生山体崩塌,崩塌体约5000m3,造成2人死亡,8人失踪,2人受伤,毁房2栋。该崩塌的形成是在岩体处于不稳定的自然状态下,由于采煤活动诱发。崩塌体位于河谷冲刷形成的陡岸地段,高40余m,下部为泥页岩构成的软弱基座(产煤),其上岩石节理裂隙发育,岩石被分割成块体状,地下水沿裂隙的活动,加强了溶蚀风化,采煤放炮活动及运煤重车的震动,导致岩体失稳崩塌。
3)2001年5月29日15时20分,贵州兴义市雄武乡木咱村3组和4组发生岩体崩塌。崩塌堆积体达90×104m3,淹埋6户7栋居民楼、2辆东风汽车,近13.33hm2农田被毁,10人死亡,2人重伤,3人轻伤。崩塌段陡崖高200余m,反向坡下台地1720~1780m高程内分布众多煤井,开采时间长,开采深度延伸1000余m,采空区较大,顶板已发生崩塌,采煤放炮破坏了岩体强度和完整性,导致陡崖软质基座不稳定,在重力及暴雨共同作用下陡崖发生崩塌。
(2)重庆市鸡冠岭煤矿山崩塌地质灾害
1)基本概况。鸡冠岭崩塌位于武隆县兴顺乡,乌江左岸陡斜坡地带。该区地貌属构造剥蚀低山地貌,地形为下陡上缓的折线形斜坡,下部斜坡坡角57°,上部为40°~85°。乌江横切构造及地层,形成深切“V”字形峡谷,相对高差约300m。该区出露地层为古生界二叠系,下部为龙潭组(P2l)深灰色页岩、颗粒砂岩、钙质页岩、灰色页岩夹薄煤层。上部为长兴组(P2c)深灰色、灰白色、青灰色灰岩,含燧石结核,局部含硅质层。岩层产状316°∠72°。该区构造强烈,地层褶曲很多。基岩裸露,植被较少,第四系残坡积层厚度小,分布零星。原乡镇企业兴隆煤矿位于斜坡中段。
鸡冠岭崩塌发生于1994年4月30日,体积约400×104m3,见照片3-4,大量崩石堆于斜坡上,少量入乌江形成乱石坝,造成了近10m高的水位落差,激浪高1~5m。7月4日暴雨后斜坡上的堆石又大部发生塌滑,部分入江形成第2道乱石坝(任幼蓉等,2006)。
2)成因分析。该崩塌主要是由于原乡镇企业兴隆煤矿在地质条件复杂的鸡冠岭背斜上盲目采煤引起的,降雨也是诱发因素之一。
5.能源矿山矿坑突水地质灾害
照片3-4 重庆鸡冠岭崩塌全貌
西南地区矿坑突水121次,主要发生在能源矿山。由于矿体位于地下水位以下,在掘进或开采过程中掘穿隔水顶底板,或打通原采矿积水老硐,或位于河流附近,受断层带影响及支护不力导致顶板隔水层变形、冒落而引起河流漏水等原因造成。矿坑突水的主要危害是淹井,影响矿区生产、威胁井下人员安全,有些场合还会造成地表河流断流。区内能源矿山矿坑突水地质灾害比较突出。
(1)重庆市煤矿山矿坑突水地质灾害
2003年9月10日8时30分,重庆市秀山土家族苗族自治县涌洞乡川河煤矿四门二井+960m水平下山南大巷掘进工作面320m处,发生一起特大矿坑突水事故,18人死亡,直接经济损失85.6万元。
2004年6月13日,南桐矿务局南桐矿发生穿水事故,井下进水近500×104m3,南桐矿、鱼田堡矿、东林矿相继被淹,死亡3人,直接损失近2亿元,2万职工拿基本生活费,4万家属拿社会救济金,设计生产能力60×104t/a的鱼田堡矿至2006年2月还被淹没,无法恢复生产。
(2)贵州能源矿山矿坑突水地质灾害
2004年9月到2005年1月,在4个多月时间里,贵州省连续发生3次大的矿坑突水事故:2004年9月5日,赫章县妈姑镇六合煤矿发生矿山突水事故,死亡10人;2004年12月12日,思南县许家坝镇天池煤矿发生特大矿山突水事故,死亡36人;2005年1月16日,德江县联兴煤矿发生矿山突水事故,死亡7人。这些矿山地质灾害都与不合理开采有关。
(二)能源矿山环境污染
西南地区能源矿山的污染主要表现在水污染和空气污染。
1.能源矿山水污染
水污染以煤矿水和矸子山的淋滤水污染尤为突出。废水中的污染物主要有悬浮物、石油类、硫化物、氧化物、挥发分、六价铬、砷、铅、汞、镉等。较严重的矿山有重庆南桐煤矿、攀枝花煤矿、川南芙蓉煤矿等。
(1)重庆煤矿水污染问题
重庆市南桐矿务局电厂和南川南平煤矿焦化厂污染相当严重,该区12条河流有11条遭到污染,污染的河水在补给地下水时,又重复性污染地下水。据地下水监测资料,南桐片区岩溶水监测点的超标项目达8个之多。其中总硬度超标66.7%,总矿化度超标33.3%,总铁超标100%,氟超标66.7%,锰超标100%,硫酸盐超标66.7%,细菌总数超标100%,大肠菌群超标100%。
重庆市荣昌县五星洗煤厂的洗煤废水悬浮物浓度大,含大量岩粉、煤粉,尾矿未经处理直接排入濑溪河一级支流,严重污染濑溪河。致使高池村1000多人生活、生产用水受到污染,严重影响了当地村民的身体健康,肚大、肝癌等发病率远高于其他地方。
(2)攀枝花煤业集团公司煤矿山水污染
攀枝花煤业集团公司包括大宝鼎、小宝鼎、太平及花山煤矿以及精煤厂(洗煤厂),形成分布于金沙江两岸的采煤、洗煤一条龙联合企业。矿山采出的煤通过缆车送到洗煤厂,洗煤厂洗好的煤通过火车运至攀钢焦煤厂,废渣又通过缆车输运至南岸矿区的矸石堆。江边有污水处理厂。该集团公司4个煤矿年产矿坑水2238.07×104m3,年处理量为2185.88×104m3,年循环使用量为1945.78×104m3,循环利用率达86.9%。该精煤厂(洗煤厂)是国家环保先进企业,循环水(闭路)达一级,厂内未见任何生产废水排出。但采矿区仍见黑乎乎的废水流入金沙江,经取样分析水质为SO4·HCO3Mg·Ca型,除固体悬浮物质太多外,可溶性固体总量也达1077.5g/L,排放废水严重超标,这些废水与矿坑排水,特别是小型个体矿山排水密切相关。另外,摩梭河水在流经太平和花山矿区之后,其水中的NO2、总硬度、可溶性总固体、耗氧量、Mn等化学组分均由以前的未超标而变成超标,含量增加0.75倍至111倍。
(3)四川芙蓉煤矿区水污染
芙蓉煤矿区年产矿坑水约1500×104t,其中4家国有矿山年产矿坑水922.57×104t,小型民营矿山年产矿坑水577.43×104t。国营矿山年治理矿坑水554×104t,占年产矿坑水的60%。民营矿山年利用矿坑水约9.3×104t,占年产矿坑水的1.7%。
经四川地质环境监测总站实地调查及采水样分析表明,国有矿山中芙蓉煤矿、白皎煤矿、杉木树煤矿3家矿山虽有矿坑水循环利用处理系统,但因未全部处理,加之周边有未经处理排放的众多小型民营矿山,水中的硫酸根(SO2-4)含量仍超过了最大允许排放标准600mg/L;芙蓉矿务局红卫煤矿因矿坑水为地下水,经部分处理后达到排放标准,可作为农灌利用。其余小型民营矿山均为未处理排放,故大多数水质的硫酸根(SO2-4)均超过了最大允许排放标准600mg/L,水中的钙离子(Ca2+)含量也超过了最大允许排放标准200mg/L,更有甚者如高县芙蓉山和大湾煤矿所排矿坑水中不但硫酸根(SO2-4)、钙离子(Ca2+)含量超过最大允许排放标准,而且水中镁离子(Mg2+)含量也超过了最大允许排放标准,并形成酸性水,pH值在3.6~5.2之间,总硬度达223.1~393.1mg/L(以CaCO3计),对地表水造成严重污染(照片3-5)(李永贵等,2004)。
照片3-5 四川芙蓉煤矿不规范的矸石废水排放现场
(4)贵州西部高硫煤矿山水污染
贵州西部织金县高硫煤层矿山广泛分布有含硫酸亚铁和硫酸的水,当地群众称这种水叫“锈水”。流经织金县城的织金河已被“锈水”污染,全县水田中“锈水”田面积占10.5%,占低产水田面积的42.7%。随着民营煤矿的发展,锈水污染面积还在扩大,许多良田大幅度减产,甚至颗粒不收。当稻田酸度大,pH值小于4.5时,稻苗就出现病态,pH值小于3.5时稻苗就会死亡。织金县凤凰片区煤矿山排水酸度最低时pH值小于2.5,受其污染有长达数千米的河流pH值小于4.5(王慧,2004),引用此河水灌溉的农田深受危害。“锈水”中还含重金属可进入食物链,危害人体健康。
2.能源矿山空气污染
能源矿山的空气污染亦相当突出,已造成氟中毒、砷中毒,伤害人体健康。
空气污染较严重的地方主要在贵州西部,如盘江煤电集团老屋基矿、水矿集团汪家寨矿6座煤矸石山都产生过自燃,自燃时间长达10年之久,产生了大量的SO2,H2S,CO2和F等有毒有害气体;六盘水市数以千计的煤炭炼焦厂,产生了大量有毒有害气体,造成空气严重污染。
贵州西南部煤层含砷和氟,矿山开采出来的煤经燃烧,砷和氟进入空气,污染环境造成人体砷中毒和氟中毒,形势相当严峻。据贵州疾控中心资料,贵州有1000万氟斑牙患者,64万氟骨病人;以县为单位,氟中毒的人口1900万,约占贵州人口的一半。据贵阳地化所调查,煤炭中的氟含量为598mg/kg,土壤中的氟含量为903mg/kg,用煤炭烤过的玉米、辣椒等农作物含氟量超过国家标准几十倍甚至数百倍,氟污染相当严重。
空气中砷可以通过皮肤、呼吸道、消化道进入人体。贵州织金县交乐乡小煤窑采的煤含砷量相当高,因敞炉方式取暖、烘干粮食,造成人体中毒。自1976年以来,确诊慢性砷中毒患者至少有3000例。
氟中毒和砷中毒不仅仅是个医疗问题,也是个经济社会问题。2006年中央拨专款2400万元和12万元炉灶给贵州用于治疗地方病。
2003年12月23日,重庆市开县的一口天然气矿井发生井喷,大量硫化氢气体污染几十平方千米,数十人死亡,直接经济损失在亿元以上。
(三)能源矿山对土地资源的占压破坏
西南地区以能源矿山占压和破坏土地面积最多,为121706.49hm2,占各类矿山总占压面积的61.2%。其中又以四川能源矿山占压土地面积最大,为68251.00hm2,占西南地区能源矿山总占压面积的56.1%。其次是贵州占压面积28606hm2,云南15908.66hm2,重庆7697.7hm2,西藏1245.13hm2。
西南地区能源矿山主要分布于四川盆地及盆周山地、黔西、渝西、滇东北地区,主要为煤矿山,以井下开采为主,采场占地面积相对较小,但固体废弃物及地面塌陷区占地面积较大。
四川攀枝花宝鼎煤矿,包括大宝鼎、小宝鼎、太平及花山4个国有大、中型煤矿山和数十个民营矿山,占地面积达80km2。
贵州省煤炭资源丰富,从20世纪60年代起就大规模开采,到现在排放的煤矸石已堆积如山,目前仅六盘水市境内的六枝特区、钟山区、水城县、盘县特区堆成的大型煤矸石山就有30余座,堆放高度达80余m,最高的达200余m,现在煤矸石堆积量已达9500×104t,占地面积233.31余hm2,如盘江煤电集团所属的大型煤矸石山就有7座,占地面积66.66余hm2,水矿集团所属大型煤矸石山9座,占地面积已达171.72hm2,根据生产矿井排矸量为煤的20%,洗煤排矸量为原煤的25%,按这一排矸系数计算,加上随着生产能力的提高,可以预测区内的煤矸石占地面积将不断增加。因煤矸石结构松散,稳定性差,遇持续强降雨时,还易产生滑坡、泥石流地质灾害。
重庆市中梁山煤矿从1959年投产至今已47年,占地面积达10×104m2。其中位于矿区南部华岩镇石堰村三社的煤矸石山,占地面积为4.6×104m2;位于矿区北部华岩镇共和村六社的煤矸石山,占地面积约5.4×104m2(照片3-6),影响了农业经济的发展。
照片3-6 重庆中梁山煤电有限公司北煤矸石山
㈢ 一建 设于管沟内的保温管道应设有防潮层,请问防潮层和保温层有什么区别
保温层是保温用的,种类较多,一般地埋管道最好采用聚氨酯的;保温层外面那成玻专璃钢缠绕的或聚乙烯属的叫外保护层是保护保温层不损坏用的,有防水功能,不能叫防腐层,防腐层的主要功能是防腐用的,比如在钢管上涂一层防腐涂料或刷一层沥青防腐油,都叫防腐层,主要是防止钢管锈蚀,延长使用寿命。
㈣ 现在施工在地下埋管道不用挖沟,而是用一种机器直接钻进去,然后把管拉过去就行了。这是什么工作原理
这种方法叫非开挖埋管技术,用的机器叫做非开挖铺管钻机,此方法就是在不大面积破坏地面的情况下进行铺设、维修和更新各种地下管线,被广泛应用于给水、排水、电力、通信、燃气等领域的新管道建设和旧管道修复中。
其特点是:在不挖地面、不大面积破坏地面的前提下就能穿过铁路、公路、建筑物,是一种安全有效的施工技术。而用这种方式进行施工,由于上部土层并未被破坏,且管道不易产生形变,大大增强了管道的寿命,并且由于不需要大面积破坏地表及其建筑,能很大的减少动迁用法产生的费用。
(4)管沟在地质什么层比较稳定扩展阅读:
在运用非开挖埋管技术值得注意的问题:
1.工程地质和水文地质条件沿管线土层变化频繁,所以在顶管施工前必须了解土层的变化情况:此外对于要经过回填土地段,需要提前加固处理,以防顶管施工后地表有过大的下沉。
2、有毒气体的检测与防护顶管施工的地层一般会通过淤泥层,腐烂动、植物体会在地下形成有毒气体聚集体,危害施工人员的健康和生命,所以有人员在顶管内操作的情况下,需要定时监测管内有毒气体含量,采用通风装置予以解决。
3、超前探查地下管线尽管先进的顶管设备具有在施工时探查前进路线不远距离管线的能力,但是采用在地面提前查明地下管线仍是值得开展的,这对于保证通讯、电力、上水、排水、煤气等其它管线安全运营,确保公众正常生活仍有必要。
4、穿越建筑时对基础的探查顶管在建筑物基础下施工时,需要明确施工施工路线上所遇到的基础类型,对于部分基础顶管顶进前可采取托换、加固措施。
5、顶进计算顶进计算其一包括准确计算顶进推力,根据计算结果选定相应的油缸类型和确定中继间的分布;其二是工作井设计,根据计算得到的最大顶力,提出工作井的加固方案。
㈤ 地质地层划分原则
地质历史上某一时代形成的层状岩石称为地层,它主要包括沉积岩、火山沉积岩以及由它们经受一定变质的浅变质岩。从岩性上讲,地层包括各种沉积岩、火山岩和变质岩;从时代上讲,地层有老有新,具有时间的概念。)地层是地壳中具一定层位的一层或一组岩石。地层可以是固结的岩石,也可以是没有固结的堆积物,包括沉积岩、火山岩和变质岩。在正常情况下,先形成的地层居下,后形成的地层居上。层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面,也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显。
地层划分(stratigraphic subdivision)是指对一个地区的地层剖面中的岩层进行划分,建立地层层序的工作。一般对一个地区的地层剖面,首先根据岩性、岩相特征进行岩石地层划分,然后根据系统采集的化石进行生物地层划分,进而建立年代地层顺序。在划分一个地区的地层时,必须充分参考邻区已经建立的地层划分方案,便于地层对比。
划分原则:岩石地层单位是依据宏观岩性特征和相对地层位置划分的岩石地层体。它可以是一种或几种岩石类型的联合。整体岩性一致(岩性均一、或规律的、复杂多变的岩类与岩性的组合),野外易于识别划分。它是客观地质实体,而不能用成因或形成年代来划分。
㈥ 管沟深层用什么方法破碎
我来给你回答岩层破碎,是因为你处在风化带或者破碎带内,这个钻探是专不可避免的如果是工程钻属探,不用清水钻进,可以选择用黏土粉调制钻井液,还可以选择用聚木青氨或者聚丙烯等有机材料加火碱发酵后做钻井液,可以增加钻井液稠度,起到护臂作用再有,如果这几种方法都不能通过,套管,即采用当前口径的套管,将该破碎段隔离,换小口径继续钻进给个最佳答案吧
㈦ 地质工程哪些方向比较好
地质工程专业出来的很好找工作,但是都是很苦的工作,居无定所不说,干的活基本不带技术含量很让人崩溃的。好一点的就是设计院之类的,也就待遇相对高一点,别的什么勘察施工单位,你也就是一高学历民工了。
㈧ 什么是基坑与基槽
基坑:
基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。简单来说就是大面积的基础开挖,一般为独立基础或者筏板基础。
基槽:
仅沿条形基础的基底开挖的叫基槽。
基坑与基槽的区别:
区别一:尺寸的不同
基槽是指单个基础土方开挖,槽底宽度在3米以内,且槽长大于3倍槽宽的沟槽。槽底宽度大于3米,且槽长小于3倍槽宽的,或底面积小于20㎡,为基坑。
区别二:开挖的体积不同
整个房屋基础开挖,叫大开挖。挖深超过5米,叫深基坑。基槽(坑)土方体积=基槽(坑)截面面积×基槽(坑)净长度。
区别三:形状和功用的不同
从形状上来分,基坑是方块状的,基槽是条状的。从功用上来分,基槽是对于条形基础及梁氏基础等,那基坑对于小的来说对应独立基础、桩基承台等,大的来说对应满堂筏板基础、地下室基础等。
(8)管沟在地质什么层比较稳定扩展阅读
基坑分类
城市桥梁工程基坑主要用于承台、桥台和扩大基础施工,一般分为无支护和有支护两类。
一、无支护基坑
特点:
1、基础埋置不深,施工期较短,挖基坑时不影响邻近建筑物的安全。
2、地下水位低于基底,或者渗透量小,不影响坑壁稳定性。
主要形式:无支护基坑的坑壁形式分为垂直坑壁、斜坡和阶梯形坑壁以及变坡度坑壁。
二、有支护基坑
特点:
1、基坑壁土质不稳定,并且有地下水的影响。
2、放坡土方开挖工程量过大,不经济。
3、容易受到施工场地或邻近建筑物限制,不能采用放坡开挖。
㈨ 二氧化碳输送管线地质问题
一、二氧化碳输送管线的地质选线
中国幅员辽阔,涉及CO2输送管线管道安全的地质问题复杂。各地已有管线沿线自然环境、地理状况、地形地貌、地质构造、新构造运动、地质灾害、岩土介质状况等因地而异。特别是由地质灾害引起的管道安全隐患以及长输管线所经复杂地段因地形起伏大、地质条件复杂,决定了CO2输送管线选线工作尤为重要。为更好地解决复杂地段的选线问题,引入了地质选线的概念(西昕,2002)。据此,初步提出在进行CO2地质储存调查评价时,增加CO2输送管线大范围超前地质工作和方案比选研究,将CO2输送管线选线和地质调查结合起来,为CO2输送管线方案提供地质依据。
据西昕(2002)研究,长输管道途径距离长,往往要经过一些复杂地段。因复杂地段地形起伏大、地质条件复杂,可供比选的线路方案较多。复杂地段的选线除需考虑地形地貌、施工难度、地区等级、经济因素等方面外,还应考虑地质因素(如活动断裂带的分布、地质灾害的发育程度等)对线路方案的影响是地质选线的主要内容。
1.复杂地段选线存在的主要问题
目前,中国长输管道途经地域越来越多、地貌单元越来越复杂,导致地段选线越来越复杂。过去选线中的一些不足之处逐渐暴露出来,主要问题有:
1)由于管道选线带状工作区域的局限,方案研究的范围过窄,常造成对重要地质背景和宏观地质问题的忽略或认识上的不足,容易漏选有价值的线路。
2)复杂地段选线可比方案多,涉及的区域大,按常规勘查安排的时间和经费投入,难以做好方案的深入研究和比选,一些复杂的隐蔽地质问题很难查清,直接影响复杂地段选线的质量和深度。
3)大型河流穿(跨)越、隧道等全线控制性工程地质情况,单采用钻探为主的常规勘察方法周期长、费用高,难以满足要求。
2.复杂地段地质选线的主要调查内容
1)多方案研究比选。根据初步拟定的线路走向区域地质情况,考虑地形地貌、施工难度、地区等级等因素,组合成多种不同的方案,进行多方案的研究与比选。首先确定复杂地段方案可能涉及的最大区域,初步筛选出代表性的优势方案。
2)超前加深地质工作,进行大面积地质调查。依据CO2输送管线可能涉及的最大区域和为查清重大地质问题(如对长输管道建设构成危害的活动断裂和地质灾害等),结合遥感解译选线,进行沿线复杂地段断裂活动性评价和地质灾害评估等专题内容,查明控制线路方案比选的宏观地质因素及分布,评价区域地质条件,提出进一步优化和筛选的依据。
3)根据小比例尺调查阶段筛选出的方案,在大比例尺调查阶段充分利用前一阶段的踏勘成果,进一步调查线路方案的岩土工程地质条件,进行第二次方案筛选,不断加深方案比选的深度和精度。
综上所述,CO2长输管线是带状延伸的建设工程,管线地质勘测行业的地质调查都是沿线路带状走向进行。但在地形、地质条件复杂的地区,特别是一些大型河流的穿(跨)越和隧道等重点控制性工程,带状工作范围显得过窄,易造成好的方案和重大地质现象的遗漏,有时还可能造成无法弥补的设计失误。
实践证明,重大工程只有把握住对其影响较大的区域性地质控制因素及诸因素在分布上的差异,才能作好方案选择。因此,开展全国性小比例尺和重点地段大比例尺CO2地质储存调查时,应同步开展CO2长输管线地质综合调查工作,从不同比例尺、不同层次和研究目的入手,获取丰富的地质资料,提出CO2长输管线比选方案。
二、二氧化碳长输管线地质灾害调查
据赵忠刚等(2006)研究,地质灾害对管道安全的影响是多方面的,为确保管道的安全运行,需要对各种灾害的发展演化过程和阶段及其作用因素等进行评估,并依据管道地质灾害的成灾机理,对管道可能遭遇的地质灾害采取相应的预防对策。
(一)管道地质灾害的类型
依据中国已有油气输送管道遭遇的地质灾害,将影响管道安全运行的地质灾害划分为三大类(赵忠刚等,2006):第一类为地壳内动力地质作用引起的地质灾害,包括地震、地面塌陷、地裂缝和断裂灾害等;第二类为地壳外动力地质作用引起的地质灾害,包括滑坡、滑塌、泥石流与洪水冲蚀、沙埋和风蚀灾害等;第三类为特殊土体所导致的地质灾害,主要是指湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土和多年冻土发生变形引起的灾害等。
1.地壳内动力地质作用引起的地质灾害
(1)地震
地震及活动断裂是造成管道,包括站场重大事故的主要地质灾害之一,世界各国在管道设计上都将其作为重点内容。地震对长输管道安全性可能产生的危害主要包括两个方面(董鲁生等,2002):一是由于地震作用使土体的整体性和连续性遭到破坏,如断层错动、地裂、滑坡、砂土液化等;二是管道附近地区发生强烈地震,地震波在土体中的传播会对管道及其辅助设施产生破坏,如对已腐蚀或焊接质量差的薄弱管段造成破坏;或引发次生灾害,如油气管道爆裂、动力供应中断等。地震造成的最直接的破坏就是使管道不均匀下沉、拱曲与错断,引起管道下部地基沉陷或掏空,使地基失去支撑力,导致管道悬空,轴向承受的拉力增大使管道材料失效,产生裂纹,甚至拉断。这种情况常常发生在刚性接口的管道中,或者发生在与水平管段连接的竖直段内,此外焊接接缝处也是断裂常发生的地方(郑茂盛等,2004)。这些都有可能导致管道内CO2的泄漏,从而危及人员和环境的安全。
大量事实证明,地震对管道的损坏主要是由于大规模断层位移引起的。如西北地区的格(格尔木)—拉(拉萨)输油管道许多管段经过活动断层地带,处于高地震烈度地区。2001年11月14日,青藏高原北部昆仑山脉一带发生8.1级强烈地震,后又发生上百次余震。地震形成了一条NWW向,长350~426km,宽30~50m的地表破裂带。破裂带与南北走向的格拉成品油管道相交,使管道在挤压力、弯曲力、剪切力等复杂的交变应力作用下挤压成扁平状,并在套管端口处发生Z形皱褶断裂。地震还使3#、5#、6#、9#泵站的部分设施和设备受到了不同程度的毁坏(曾多礼,2004)。
地震对管道的破坏是灾难性的,因此减少地震灾害的工程措施应集中在地表断裂上,为了避免或降低由于断裂活动对管道带来的损坏,对管道沿线主要断裂区块的活动性进行调查评价尤为重要。加强对活动断层段的管道位移或应力变化进行监测,并将其纳入管道管理之中,以便随时掌握断层活动情况和管道安全状况,确保管道运行安全。选线时,在服从线路总走向的前提下,应尽量避开活动断层(带)和地震高烈度区。如果管线与活动断裂交叉或通过地震高烈度区,应选择地形开阔、第四系覆盖层较厚的地区通过,同时应采取抗震设防措施,提高管道防震减灾能力。
(2)构造地裂缝
构造地裂缝是由内应力作用而形成的(王景明,2000)。青藏高原构造地裂缝分布比较广泛,主要有3种类型,即地震破裂、断层蠕滑破裂和断层破碎带,以及不均匀冻胀裂缝。其中已建的格拉管线就穿经青藏高原构造地裂缝带。西南成品油管道(广东茂名—昆明长坡)穿越川滇断层带。而在西气东输工程的东段江苏、河南两省境内也有地裂缝分布(李智毅等,2004)。江苏境内的苏州、无锡、常州地区的地裂缝,是不均匀地面沉降的一种表现形式,形成的主要原因是第四系松散堆积物下伏的基岩隆起或陡崖,造成土体结构或承压含水砂层厚度突变,抽水诱发地面不均匀沉降,导致地表产生裂缝。河南境内地裂缝分布于荥阳北部和太康、淮阳一带。构造地裂缝可能横穿管道,会对管道产生破坏作用,严重的可以造成开裂破坏。
为预防构造地裂缝对管道安全的影响,可以采取以下必要的措施(李旦杰,2002);①绕避,尽可能避免将管线、站场、建筑物等布置在构造地裂缝带上;不能绕避的尽可能避开构造地裂缝的最危险段(时代较新、活动强度较大)和发生过较大地震地表断错的地带;②选择合适的角度穿越地裂缝,将不利的受力状态和应变方式转化为较有利的方式;③在管道穿越地裂缝部位采取切实的抗震措施,如增加管道变形的自由度(敷设带斜坡的管沟或采用套管等),增加管道强度或采取柔性联结等;④加强对活动构造地裂缝带和地质灾害的监测与预警工作。
(3)地面塌陷
产生地面塌陷的主要原因,一是因为地质构造特殊,如广西和云南境内的岩溶地形;二是因为人类对固体矿产(如煤、铁矿等)采取地下采掘方式开采所导致的。
中国岩溶分布面积达365×104km2,占国土面积的1/3以上,是世界上岩溶最发育的国家之一。近年来,随着岩溶区城市化建设的飞速发展,岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发的不断增强,由此而引发的岩溶塌陷问题日益突出(雷明堂等,2004)。固体矿产采空区在全国各地都有大面积分布。岩溶地形和矿产采空区的存在有可能引起地表沉降、塌陷变形、地表开裂等不良地质现象。地面塌陷又将造成地下管道弯曲变形、悬空或断裂,从而对管道安全带来隐患。采空区塌陷对油气管道工程将带来严重后果,应引起高度关注。如西气东输工程中段,管道线路下面的采空区已经存在,尤其是煤矿密集分布的陕西子长煤矿焦家沟—王家湾段,山西蒲县—临汾煤矿和浮山后交煤矿密集分布区等。
在地表已产生沉降、裂缝和塌陷的地区选线时,宜采用绕避方式;不能绕避的,可采用回填或压力灌浆的方法进行处理。
2.地壳外动力地质作用引起的地质灾害
(1)泥石流
中国泥石流灾害多发生于年际间的7—9月份,因暴雨激发,来势迅猛,致灾力强。尤其在黄土高原区土体结构疏松,崩塌、滑坡体和冲沟发育,为泥石流提供了丰富的物源。在暴雨激发下形成含沙量极高的洪流,由密布的毛沟、支沟流向干沟和河流,汇集而形成强大的泥流,造成堤坝溃毁、水库淤塞等灾害。西气东输工程中段大部分管段都处于黄土高原,泥石流灾害对管道的危害尤为严重。1994年5月长庆油田元(城)-悦(乐)输油管道遭受当地70年不遇的大洪水,随之而来的柔远川上游的泥石流把管道冲毁多达26处,占全线的35%,管道多处被拉断(朱思同,1998)。
另外,沟蚀是对管道工程危害最为严重的侵蚀方式之一。陕北晋西黄土地区的冲沟十分发育,冲沟的溯源侵蚀、沟床下切、沟岸拓宽和扩展,使得沟壁边坡土体失稳,易于产生崩塌或滑坡,导致管道下部掏空,悬空裸露,危及管道安全。如马惠宁管道沿线由于土壤渗透系数小(1.54×10-5~6.61×10-5),汇流快,极易快速形成冲沟,并在冲沟处形成汇水,冲毁维修道路,造成管道裸露悬空。1994年在距孙家滩约5km处,一次洪水就形成了深2.5m、宽8m、长达50m的冲沟,对管线安全构成严重的威胁(梅云新,2003)。
对危害程度严重的大中型泥石流,选线时原则上采取避让,避免直接穿过;无法避让的,可采取跨越方式;对小型泥石流可选定在泥石流的下游(洪积扇堆积区)通过,同时在上游通道内辅以拦截和滞留措施。对管线安全构成威胁的冲沟,应进行加固处理,具体处理方法有:加大管道埋深,至少达到稳定层以下,上部填土应分层夯实;采取截流和排水,切断水源,阻止冲沟的继续发育;回填夯实加固场地;利用编织袋装土顺坡堆砌,增强冲沟的抗冲蚀能力。
(2)滑坡
此类灾害具有突发性,对工程建设危害性极大。传统的工程地质和岩土工程边坡地质灾害研究通常把边坡重力地质灾害划分为滑坡和滑塌两大类。黄土高原的滑坡绝大多数为黄土滑坡,黄土深厚且富含碳酸钙,疏松多孔,垂直节理发育,其下伏中生界砂泥岩或新近系红土,汛期顺黄土节理下渗的雨水至下伏隔水岩层受阻而形成接触面径流带,触发滑坡发生,这种滑坡一般规模较大;此外,黄土顺坡向垂直节理的雨水下渗时,因潜蚀作用而触发的浅层滑坡也较多。
黄土斜坡(边坡)滑塌作用在产生机理和破坏方式上介于崩塌和滑坡之间,黄土滑塌灾害指在自然因素或人类工程活动影响下,黄土斜坡带所发生的兼有滑坡和崩塌特点的地质灾害。它的发生受其特有的物质成分和工程性质所控制,并具有地域性分布特点,通常需具有以下条件(曲永新等,2001):①高度在10m以上、甚至100m以上,由厚层马兰黄土组成的斜坡带,坡度通常在55°以上;②雨季比旱季发生的频率高;③在自然条件下,在河谷平原区和大型冲沟两侧因河水侧向侵蚀或洪水冲刷黄土坡脚而发生;④在河谷平原区或大型冲沟中,因修筑水库引起的水位抬高、库水浸润黄土坡脚等,也可诱发产生;⑤在黄土源边和其他黄土斜坡地带,因坡高、坡比过大,当人工开挖时诱发产生。
由于这类地质灾害处理和整治费用高,因而在选定管道线路时,应尽量采取绕避方案。对于一般易滑坡段的治理,可以采取适当措施稳定坡体,比如采取削坡、护坡或鱼鳞坑植树储水措施,进行水土保持和工程处理;或者在滑坡体后缘修筑截、排、导水系统,以防地表水汇入滑坡体,在滑坡体前缘运用浆砌片石护坡,防止水流的侧向侵蚀造成抗滑力减小,从而使坡体稳定,保证管道安全。对于黄土斜坡管沟施工开挖可能产生的边坡滑塌,可采取导流引水、支挡和削坡减重等综合治理对策;同时采取措施以提高管道地基和回填土的抗冲击能力,确保管道施工和运营安全(梁伟等,2005)。
(3)流动沙丘(垄)和风蚀沙埋
流动沙丘(垄)移动性极强,移动方向与管道垂直。如果管道覆土被风吹走,就会造成管道裸露悬空,若超过管道挠曲强度,管道就会折断。
风蚀沙埋也是最为突出的一类地质灾害。如塔克拉玛干、巴丹吉林、腾格里和毛乌素等沙丘(垄)边部移动沙丘高3~15m不等,移动速率4~6m/a;有的风蚀洼地最大风蚀深度可达30m,对管道埋置和站场危害较大。
对流动沙丘(垄)防治措施可采取加大管道埋深、设置钢(或硂)桩固定管道和直立式沙障等。而在腾格里沙漠南缘和毛乌素沙漠南缘的沙丘,由于规模和活动性相对较小,线路可选在丘间低地通过;或将沙丘推平后再挖管沟,适当深埋,并在施工同时进行种草种树、建沙障等防沙固沙工程,防治风沙危害,改善生态环境。
3.特殊土体导致的地质灾害
(1)湿陷性黄土
黄土属性决定了黄土层遇水易发生湿陷,形成黄土陷穴、黄土暗洞、黄土裂隙、黄土柱等地貌,给管道施工,尤其是穿越黄土沟谷地段造成困难,同时可威胁和破坏管道的正常使用。湿陷性黄土结构上具有垂直节理发育,遇水浸泡即失去强度等特点,在雨季易产生滑坡、坍塌和空洞等不良地质现象,进而形成陡峭的冲沟,同时由于水沿黄土垂直节理渗透,形成潜蚀和冲蚀,导致新的冲沟发育(孙国相等,1996)。
这些因素会使管道产生不均匀沉降变形,同时过大的湿陷变形所产生的负摩阻力,可能导致管道弯曲变形、裸露、悬空,甚至折断;此外,还有可能导致地层不均匀沉陷和裂缝等,或者诱发崩塌和滑坡,对管道构成危害。
湿陷性黄土导致地质灾害的另一方面就是黄土潜蚀,它的分布与湿陷性黄土基本一致,多见于上更新统和全新统黄土中,在地下水作用下形成陷穴、落水洞、天生桥等“黄土喀斯特”现象。由于其作用过程较为隐蔽,常有暗沟分布,一旦突陷,将给管道安全带来严重后果。
如果是非自重湿陷性黄土,因管道单位长度重量小于挖除同体积黄土的重量,铺管后不会增加附加压力而湿陷,一般不需处理;如果属于自重湿陷性黄土,处理措施主要采用土质改良的方式和采取截排水措施。
(2)膨胀(岩)土
膨胀(岩)土地质灾害已成为全球性的工程地质和岩土工程问题之一。膨胀(岩)土多分布于低山丘陵及沙漠区的古近-新近系泥岩发育地区,具有弱—中程度的潜势膨胀性,遇水时会崩解。
膨胀(岩)土给中国的管道安全造成了极为严重的危害,如1989年投产运营的内蒙古阿尔善—赛汗塔拉输油管道工程,次年4号和6号加热站的建筑物地坪和墙体就发生不同程度的开裂破坏;兰-成-渝管道苏木沟附近存在的白垩系紫红色膨胀岩的塌岸灾害,以及西气东输工程在安徽的阜阳至江苏的江浦间有大面积膨胀土分布,也产生了地基变形和坍塌问题。
(3)盐渍土
盐渍土是干旱气候环境中,由于地下水埋深浅、运移滞缓、强烈蒸发而造成土壤中盐分聚集地表所致。高矿化度的盐渍土对混凝土和钢管具有强腐蚀性,溶盐结晶时产生体胀,又会对管材和站场地基产生附加压力。因此,盐渍土的溶陷性和盐胀性对管道地基的土体破坏力极强,易造成管道的“暗悬空”现象。
因盐渍化和地下水有直接的关系,在丰水季节,地下水位的升高,会对管道的施工造成不良影响;在有盐渍化现象的地段,一般地下水的埋深较浅,在做好防腐的同时应有降水措施,施工尽量在枯水期进行。对盐渍土的预防措施,可以在管顶铺设夯实的灰土层,以隔断地表水下渗;以非盐渍土类的粗粒土回填管沟,隔断有害毛细水的上升;同时,防腐设计应重点考虑耐盐碱的防腐材料及防腐层的机械强度。
(4)冻土
冻土层对管道的威胁主要是土体的冻胀性,其主要机理是土中的水相变成冰时,导致土体膨胀,使地面隆起。土体冻胀后埋设在冻土中的管道也会随着土体升高;而当土体冻胀消融后,由于管道的基础或管道下的小空隙已部分被土填充,所以管道不能回落,年复一年的多次冻结—消融—填充—再冻结过程,导致管道被抬高。格拉管道就曾多处被拱出地面而使管道变形,拱出地面高约0.7m,长3.6m,并在弯曲应力作用下发生断裂,给管道的安全运行构成威胁。
对穿越冻土地带的管道,为不破坏永冻层,应采取以下措施:①将管道埋设在冻胀力相对最小的“弱冻胀区”,避免管道接触永久冻土层;②为避免因管沟开挖过深或开挖后暴露大气时间过长而使永冻层破坏,在控制深度的同时,尽量做到边开挖、边铺管、边回填,保持永冻层的稳定;③管道埋深应根据不同地段土壤含水量和季节融化层厚度分段确定;④管沟底须铺垫一定厚度的细土,且最大挖深不应超过永冻层上限的0.5m;⑤管道总埋深小于0.8m时,为保持管道在热应力作用下的稳定性,宜在地表培土并保证一定的宽度。
(二)二氧化碳长输管线地质灾害调查
1.重视二氧化碳输送管线地质灾害遥感解译工作
通过CO2输送管线地质灾害遥感解译,利用地理信息系统对管道沿线可能造成地质灾害的重点区域(例如地震多发区、断裂带等)进行标定;通过勾画盐渍土、沙漠、黄土、膨胀土等特殊土分布区域,全面解译管道工程沿线发育的地质灾害,进而应用遥感技术预测地质灾害(方杰等,1997;2000)。
2.开展二氧化碳输送管线地质灾害专项调查
按相关行业规范开展CO2输送管线地质灾害专项调查,对起主要或决定性作用的地质灾害做深入分析。如根据现行《输油(气)埋地钢质管道抗震设计规范》的要求,查明地质活动断裂的走向、与管道交汇的位置以及可能发生水平和竖向位错等情况,评估未来百年可能发生的最大震级和可能的突发位错量。
3.逐步建立全国范围内二氧化碳管线地质灾害预测、预报系统
一是建立以监测为主要手段的地质灾害预报研究:通过地球物理方法对地温、地应力等进行监测,通过地下断裂、地下放气等监测研究地震;开展诸如土地沙化、盐渍化等实时监控。二是着重于地质灾害成因机理的预测预报研究。三是建立适用于管道工程的预测模型。
㈩ 区域地质背景与区域稳定性
二郎山公路隧道地处龙门山NE向构造带西南端,向东过渡为峨眉山断块区的大相岭菱形地块,西北侧为甘孜-阿坝印支褶皱带。NE向龙门山构造带、SN向川滇构造带和NW向鲜水河构造带在区域内形成了中国西部著名的“Y”字型构造格局,隧址区大地构造背景即处在该“Y”字型构造之三岔口交接部位的NE侧,但其总体构造格局仍受NE向龙门山构造带控制(图2-1)。
表2-2 工程区地震动参数Tab.2-2 Earthquake parameter in the study area