Geoscience ›› 2017, Vol. 31 ›› Issue (02): 421-432.
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HUANG Jianmin(), ZHENG Xiaozhan(
), HU Rangquan, CHEN Jianxin, LÜ Meina, CHEN Xiaoyue, GUO Yu, DIAO Qun
Received:
2015-12-22
Revised:
2017-01-04
Online:
2017-04-10
Published:
2017-04-25
CLC Number:
HUANG Jianmin, ZHENG Xiaozhan, HU Rangquan, CHEN Jianxin, LÜ Meina, CHEN Xiaoyue, GUO Yu, DIAO Qun. A Study of Warning and Forecasting of Karst Collapse Geological Disaster in Jinshazhou of Guangzhou[J]. Geoscience, 2017, 31(02): 421-432.
预报时间尺度 | 时间界限 | 预报对象 | 预警预报内容 |
---|---|---|---|
长期预报(背景预测) | 大于1年 | 区域性或岩溶塌陷重点地段 | 长期趋势预报、稳定性评价及危险性预报 |
中期预报(防灾预报) | 1月至1年 | 岩溶塌陷重点地段 | 险情预报、危害程度预测及灾情预评估 |
短期预报(险情预报) | 3天至1月 | 地面有明显沉降或裂缝扩大现象的地段 | 短期灾情预报,对短期变形活动趋势作出预测 |
临灾预警 | 1~3天 | 地面有显著突变前兆特征的地段 | 岩溶塌陷特定地段预警预报 |
Table 1 Time scale classification of early warning and forecasting of karst collapse
预报时间尺度 | 时间界限 | 预报对象 | 预警预报内容 |
---|---|---|---|
长期预报(背景预测) | 大于1年 | 区域性或岩溶塌陷重点地段 | 长期趋势预报、稳定性评价及危险性预报 |
中期预报(防灾预报) | 1月至1年 | 岩溶塌陷重点地段 | 险情预报、危害程度预测及灾情预评估 |
短期预报(险情预报) | 3天至1月 | 地面有明显沉降或裂缝扩大现象的地段 | 短期灾情预报,对短期变形活动趋势作出预测 |
临灾预警 | 1~3天 | 地面有显著突变前兆特征的地段 | 岩溶塌陷特定地段预警预报 |
预报时间尺度 | 预报参数 | |
---|---|---|
中长期预测 | 降雨量及降雨强度、地质环境背景、地球物理及间接等参数 | |
短期预报 | 降雨量及降雨强度、人类工程活动强度、地下水位变幅值、地面沉降量、裂缝位移及裂缝扩张速率等参数 | |
临灾预警 | 地下水位变幅值、地表沉降速率、裂缝位移、孔隙水压力和地面建筑物变形等参数 |
Table 2 Check list of time scale and forecasting parameters for early warning and forecasting of karst collapse
预报时间尺度 | 预报参数 | |
---|---|---|
中长期预测 | 降雨量及降雨强度、地质环境背景、地球物理及间接等参数 | |
短期预报 | 降雨量及降雨强度、人类工程活动强度、地下水位变幅值、地面沉降量、裂缝位移及裂缝扩张速率等参数 | |
临灾预警 | 地下水位变幅值、地表沉降速率、裂缝位移、孔隙水压力和地面建筑物变形等参数 |
Fig.5 Relationship among karst collapse, ground subsidence and groundwater level change at K40 in different stages during Jinshazhou tunnel construction
阶段 | 时间 | 人类工程活动 抽排地下水 | 地下水动态变化情况 (以K40监测点为例) | 发生岩溶塌陷、 地面沉降情况 | 备注 |
---|---|---|---|---|---|
第一 阶段 | 200608012— 20070714 | 2007年3月1日1#竖井施工,抽排地下水量约1 200 m3/d | 由初始水位埋深4.0 m急速下降至40 m | 2007年7月14日发生1个塌陷(T1),发生2处地面沉降(BX1-7、BX1-10) | 1#竖井(盾构井)深为40 m |
第二 阶段 | 20070715— 20071019 | 20070823—20071018 1#竖井停止施工、停止抽排地下水,进行截水帷幕注浆 | 水位逐步回升,恢复至初始状态,并保持相对稳定 | 未发生岩溶塌陷、地面沉降 | |
第三 阶段 | 20071020— 20080815 | 1#竖井复工,边注浆止水边施工。抽排地下水量约为2 300m3/d | 由恢复回来的水位埋深4.0 m再次急剧下降至27.43 m | 发生7个岩溶塌陷(T2—T8),发生6处地面沉降(BX1-1—BX1-4、BX1-8—BX1-9) | 监测结果显示:地下水位形成以K40为中心降落漏斗,影响范围扩大 |
第四 阶段 | 20080816— 20090507 | 隧道全面施工,抽排地下水量2 000~3 500 m3/d | 水位埋深由27.43 m继续下降至30.58 m | 发生6个岩溶塌陷(T9—T14),发生9处地面沉降(BX1-5、BX2-1—BX2-3、BX3-1、BX4-1—BX4-3、BX5-1) | 地下水位持续下降,降落漏斗影响范围继续扩大,降落漏斗影响范围约1 000 m |
第五 阶段 | 20090508— 20100503 | 隧道完工,仍在抽排地下水,抽排水量约1 000 m3/d左右 | 水位埋深由30.58 m逐渐回升至10.97 m | 发生9个岩溶塌陷(T15—T23)、5处地面沉降(BX2-1—BX2-3、BX3-1、BX4-1地面沉降继续); | 由于隧道完工后仍在抽排地下水,地下水位无法恢复到初始状态。监测到ZK9008地下水位波动异常,并发出了预警预报 |
20100504— 20141230 | 2012年5月14日发生1个塌陷(T24),到目前为止,这是最后一个塌陷。地面沉降逐渐减缓 |
Table 3 Statistics of relationship among groundwater dynamic change, karst collapse and ground subsidence at different stages during Jinshazhou tunnel construction
阶段 | 时间 | 人类工程活动 抽排地下水 | 地下水动态变化情况 (以K40监测点为例) | 发生岩溶塌陷、 地面沉降情况 | 备注 |
---|---|---|---|---|---|
第一 阶段 | 200608012— 20070714 | 2007年3月1日1#竖井施工,抽排地下水量约1 200 m3/d | 由初始水位埋深4.0 m急速下降至40 m | 2007年7月14日发生1个塌陷(T1),发生2处地面沉降(BX1-7、BX1-10) | 1#竖井(盾构井)深为40 m |
第二 阶段 | 20070715— 20071019 | 20070823—20071018 1#竖井停止施工、停止抽排地下水,进行截水帷幕注浆 | 水位逐步回升,恢复至初始状态,并保持相对稳定 | 未发生岩溶塌陷、地面沉降 | |
第三 阶段 | 20071020— 20080815 | 1#竖井复工,边注浆止水边施工。抽排地下水量约为2 300m3/d | 由恢复回来的水位埋深4.0 m再次急剧下降至27.43 m | 发生7个岩溶塌陷(T2—T8),发生6处地面沉降(BX1-1—BX1-4、BX1-8—BX1-9) | 监测结果显示:地下水位形成以K40为中心降落漏斗,影响范围扩大 |
第四 阶段 | 20080816— 20090507 | 隧道全面施工,抽排地下水量2 000~3 500 m3/d | 水位埋深由27.43 m继续下降至30.58 m | 发生6个岩溶塌陷(T9—T14),发生9处地面沉降(BX1-5、BX2-1—BX2-3、BX3-1、BX4-1—BX4-3、BX5-1) | 地下水位持续下降,降落漏斗影响范围继续扩大,降落漏斗影响范围约1 000 m |
第五 阶段 | 20090508— 20100503 | 隧道完工,仍在抽排地下水,抽排水量约1 000 m3/d左右 | 水位埋深由30.58 m逐渐回升至10.97 m | 发生9个岩溶塌陷(T15—T23)、5处地面沉降(BX2-1—BX2-3、BX3-1、BX4-1地面沉降继续); | 由于隧道完工后仍在抽排地下水,地下水位无法恢复到初始状态。监测到ZK9008地下水位波动异常,并发出了预警预报 |
20100504— 20141230 | 2012年5月14日发生1个塌陷(T24),到目前为止,这是最后一个塌陷。地面沉降逐渐减缓 |
岩溶塌陷 活动频率 | 临界日综合地下水位变化量Pa临/m | ||||
---|---|---|---|---|---|
1天均值 | 2天均值 | 3天均值 | 4天均值 | 5天均值 | |
0.1 | 0.25 | 0.22 | 0.18 | 0.17 | 0.15 |
0.2 | 0.57 | 0.53 | 0.45 | 0.43 | 0.41 |
0.3 | 0.65 | 0.61 | 0.56 | 0.52 | 0.46 |
0.4 | 0.73 | 0.65 | 0.59 | 0.53 | 0.49 |
0.5 | 0.78 | 0.72 | 0.63 | 0.55 | 0.51 |
0.6 | 1.52 | 1.48 | 1.37 | 1.35 | 1.26 |
0.7 | 2.15 | 2.07 | 1.95 | 1.92 | 1.83 |
0.8 | 3.52 | 3.42 | 3.25 | 3.21 | 3.01 |
0.9 | 4.23 | 4.15 | 3.88 | 3.62 | 3.57 |
Table 4 Statistics of relationship between karst collapse frequency and comprehensive underground water level variation in critical days in Jinshazhou
岩溶塌陷 活动频率 | 临界日综合地下水位变化量Pa临/m | ||||
---|---|---|---|---|---|
1天均值 | 2天均值 | 3天均值 | 4天均值 | 5天均值 | |
0.1 | 0.25 | 0.22 | 0.18 | 0.17 | 0.15 |
0.2 | 0.57 | 0.53 | 0.45 | 0.43 | 0.41 |
0.3 | 0.65 | 0.61 | 0.56 | 0.52 | 0.46 |
0.4 | 0.73 | 0.65 | 0.59 | 0.53 | 0.49 |
0.5 | 0.78 | 0.72 | 0.63 | 0.55 | 0.51 |
0.6 | 1.52 | 1.48 | 1.37 | 1.35 | 1.26 |
0.7 | 2.15 | 2.07 | 1.95 | 1.92 | 1.83 |
0.8 | 3.52 | 3.42 | 3.25 | 3.21 | 3.01 |
0.9 | 4.23 | 4.15 | 3.88 | 3.62 | 3.57 |
岩溶塌陷 活动频率 | 临界日综合地面沉降量Pb临/mm | ||||
---|---|---|---|---|---|
1天均值 | 2天均值 | 3天均值 | 4天均值 | 5天均值 | |
0.1 | 0.058 | 0.051 | 0.048 | 0.045 | 0.039 |
0.2 | 0.069 | 0.065 | 0.061 | 0.056 | 0.048 |
0.3 | 0.073 | 0.068 | 0.065 | 0.059 | 0.051 |
0.4 | 0.079 | 0.069 | 0.067 | 0.066 | 0.056 |
0.5 | 0.083 | 0.072 | 0.071 | 0.068 | 0.062 |
0.6 | 0.098 | 0.087 | 0.079 | 0.082 | 0.078 |
0.7 | 1.256 | 1.025 | 0.098 | 0.095 | 0.092 |
0.8 | 2.787 | 2.563 | 1.878 | 1.652 | 1.028 |
0.9 | 3.211 | 3.102 | 2.576 | 2.127 | 1.876 |
Table 5 Statistics of relationship between karst collapse frequency and comprehensive ground settlement in critical days in Jinshazhou
岩溶塌陷 活动频率 | 临界日综合地面沉降量Pb临/mm | ||||
---|---|---|---|---|---|
1天均值 | 2天均值 | 3天均值 | 4天均值 | 5天均值 | |
0.1 | 0.058 | 0.051 | 0.048 | 0.045 | 0.039 |
0.2 | 0.069 | 0.065 | 0.061 | 0.056 | 0.048 |
0.3 | 0.073 | 0.068 | 0.065 | 0.059 | 0.051 |
0.4 | 0.079 | 0.069 | 0.067 | 0.066 | 0.056 |
0.5 | 0.083 | 0.072 | 0.071 | 0.068 | 0.062 |
0.6 | 0.098 | 0.087 | 0.079 | 0.082 | 0.078 |
0.7 | 1.256 | 1.025 | 0.098 | 0.095 | 0.092 |
0.8 | 2.787 | 2.563 | 1.878 | 1.652 | 1.028 |
0.9 | 3.211 | 3.102 | 2.576 | 2.127 | 1.876 |
级 别 | 预警预 报等级 | 发生岩溶 塌陷的可 能性 | 综合地下 水位变化 范围 | 综合地面 沉降量变 化范围 | 预警预报 时间段 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 很小 | 一个月短期预报 | ||||||
2 | 较小 | |||||||
3 | 预报级(启动 值或注意级) | 较大 | [Pa预, Pa临) | [Pb预, Pb临) | 三天 短时 预报 | |||
4 | 临报级(加速 值或预警级) | 大 | [Pa临, Pa警) | [Pb临, Pb警) | 一天 短时 预警 | |||
5 | 警报级(临灾 值或警报级) | 很大 | [Pa警≤ PC) | [Pb警≤ PC) |
Table 6 Classification of early warning and forecasting of karst collapse
级 别 | 预警预 报等级 | 发生岩溶 塌陷的可 能性 | 综合地下 水位变化 范围 | 综合地面 沉降量变 化范围 | 预警预报 时间段 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 很小 | 一个月短期预报 | ||||||
2 | 较小 | |||||||
3 | 预报级(启动 值或注意级) | 较大 | [Pa预, Pa临) | [Pb预, Pb临) | 三天 短时 预报 | |||
4 | 临报级(加速 值或预警级) | 大 | [Pa临, Pa警) | [Pb临, Pb警) | 一天 短时 预警 | |||
5 | 警报级(临灾 值或警报级) | 很大 | [Pa警≤ PC) | [Pb警≤ PC) |
岩溶塌陷灾害分级 | 1天临界日综合量 | 2天临界日综合量 | 3天临界日综合量 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
地下水位变幅 /m | 地面沉降量 /mm | 地下水位变幅 /m | 地面沉降量 /mm | 地下水位变幅 /m | 地面沉降量 /mm | |||
预报级(可能性较大)(启动值) | 0.525 | 0.065 | 0.486 | 0.059 | 0.357 | 0.053 | ||
临报级(可能性大)(加速值) | 0.653 | 0.073 | 0.615 | 0.068 | 0.568 | 0.065 | ||
警报级(可能性很大)(临灾值) | 0.783 | 0.083 | 0.727 | 0.072 | 0.639 | 0.071 |
Table 7 Classification threshold value of early warning and forecasting of karst collapse in Jinshazhou
岩溶塌陷灾害分级 | 1天临界日综合量 | 2天临界日综合量 | 3天临界日综合量 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
地下水位变幅 /m | 地面沉降量 /mm | 地下水位变幅 /m | 地面沉降量 /mm | 地下水位变幅 /m | 地面沉降量 /mm | |||
预报级(可能性较大)(启动值) | 0.525 | 0.065 | 0.486 | 0.059 | 0.357 | 0.053 | ||
临报级(可能性大)(加速值) | 0.653 | 0.073 | 0.615 | 0.068 | 0.568 | 0.065 | ||
警报级(可能性很大)(临灾值) | 0.783 | 0.083 | 0.727 | 0.072 | 0.639 | 0.071 |
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