长沙浏阳永和镇大溪河南岸地面塌陷成因分析及防治对策

李干龙 张联志

（湖南省有色地质勘查局二总队，湖南 湘潭 411102）

一、概况

湖南省浏阳市永和镇大溪河南岸地面塌陷位于浏阳市北东部，距浏阳市直距24km，地理坐标为：东经113°48′23″～114°3′44″，北纬28°09′52″～28°17′42″。重点塌陷区位于永和镇集镇～大溪河南岸一带。其北侧为菊花石矿，分布于大溪河南岸；南侧1100m 处为马鞍岭磷矿，通过几十年的开采已形成一个近东西向的长约1600m，宽约600m，垂直深度达104m的大采坑，目前矿坑由于地下水补给形成巨大水库。

自2006年至今，前后发生地面塌陷9 处，2012年初塌陷进入高峰期，导致区域内的房屋、道路、水田等发生不同程度的下沉、开裂、变形等地质灾害现象，至今共造成51 户民房不同程度的开裂、荒废农田近3.0 亩、水塘2 口、河岸道路下沉45m，直接经济损失800 多万元，潜在威胁273 户1127 人、农田60 亩、水塘12 口、乡村级公路150m，潜在经济损失8500 万元，灾情险情等级为大型[1]-[2]。给当地群众造成了一定的恐慌和担心，严重影响了他们的正常生产、生活，直接威胁他们的生命、财产安全。

二、塌陷区地质背景

塌陷区位于湘东丘陵山区地带，属覆盖型～裸露型岩溶地貌。区域地层岩性较为单一，地表为第四纪粉质粘土、含砾粉质粘土及碎石土层覆盖，厚度为3～22m，其中粉质粘土层平均厚度3.7m，含砾粉质粘土层平均厚度4.9m，底部为碎石土层，平均厚度为22m，最大可达40m。下伏基岩为二叠系和石炭系可溶性岩，主要为质纯层厚的灰岩，岩溶较发育。

区域地质构造上位于横（山）古（港）断裂的北侧，也为塌陷区的主要断裂，断裂带宽10～35m，最宽61m，纵贯马鞍岭磷矿的北缘，并伴生走向NW、NE 向次级断裂，它们影响岩体的完整性、降低强度，同时成为导水的通道，致使大溪河和马鞍岭磷矿地下水贯通，地下水主要受降水补给，地表地下水交替强烈。

三、塌陷坑的分布及形态特征

据不完全统计，永和镇集镇周边自2006年以来，累计发生塌陷9处，多为小型塌陷，长轴1～7m的居多，主要分布于断裂发育、地表水与地下水联系密切的可溶岩发育区域。地理位置上主要分布在永福村月山组～欧家组～明山组、菊香社区堆金组、三风～永和老街～沿溪镇花园村沿河段，其中靠近大溪河及马鞍岭磷矿采坑附近相对较集中（图1）。

四、地面塌陷的发育规律

（一）多分布于覆盖型可溶岩区

地面塌陷与岩溶发育密切相关，由图1 可知，地面塌陷均发育于覆盖型可溶岩层分布区。

（二）多沿断裂、岩溶强发育带分布

由图1 可知，隐伏断层F8、隐伏断层F9、横古逆断层、岩溶强发育带附近共有塌陷9 处，房屋开裂51 处，说明塌陷发生与断裂、强岩溶带关系十分密切。

（三）多发生在相对低洼阶地

在地形上，河谷或沟谷低洼地带，往往是断裂发育带、岩溶发育带、第四纪风化强烈带、第四系松散层较薄地带、农耕等人类工程活动相对集中带以及第四系表层黏土遭受较强破坏带，下部岩溶管道及开口溶洞发育，岩溶地下水径流对上覆土体的潜蚀作用，土拱破坏或变薄强度降低，地表水渗漏加剧，在多种不利因素的作用下，易发生地面塌陷。

（四）多发生在第四系相对较薄处

第四系土体厚度、性状及下伏岩溶水水位波动密切相关，当上覆第四系较薄（一般＜20m），特别是上部表层粉质粘土较薄（一般≤3m），岩溶水水位波动在基岩面上、下附近时，易发生地面塌陷。

（五）多发生于大规模抽排地下水影响范围内

据以往资料，2016年10 月以前马鞍磷矿开采标高已达±0m，经计算其影响范围达2km，主要影响花园村～菊香社区～永福村～永和中学附近，共有房屋、地面开裂89处，马鞍磷矿停产后，近两年内周围地面塌陷与房屋开裂数量明显减少。自来水机井深度达80m，曾多次大量抽水，尤其2013年湖南地区干旱，该机井连续抽水3 个月，降深达30m 以上，主要影响佳成村新平组、新湾组等区域，共发生房屋开裂171 处，共发生地面塌陷32 处。由此可见，塌陷与房屋开裂大多发生于大规模抽排地下水影响范围内。

五、地面塌陷的成因分析

（一）矿山及人为抽排地下水，破坏天然平衡

矿山及人为抽排地下水是塌陷区岩溶地面塌陷发生的主要诱因。根据以往工作资料，至2016年10 月，马鞍岭磷矿排水最低水位高程为±0m，矿坑排水量最大达67733m3/d（2012年7 月17 日），降落漏斗已扩大到磷矿以北较大区域，主要通过一个强径流带的控制，覆盖了包括花园村州上组～菊香社区～永和老街～永福村明山组～月山组～欧家组等区段，降落漏斗半径达2km。马鞍岭磷矿矿坑和自来水机井不断突水及长年超深大量疏干排水是造成塌陷区土岩原有静力平衡破坏，抗塌力减小，是致塌力增加的主要来源。目前磷矿虽已停产回水，但对地质条件的影响已经不可逆转（图2）。

（二）地质构造复杂，强岩溶带发育，增加了地下水径流强度与冲涮作用

塌陷区位于横（山）古（港）断裂的北侧，并伴生F8、F9 次级强径流带和强岩溶带，为导水的通道，致使大溪河和马鞍岭磷矿地下水贯通，地下水主要受降水补给，致使地表、地下水交替强烈，上部土体厚度一般为3～22m，下伏可溶岩岩溶发育，钻孔见洞率78%，当地下水位降低至基岩面以下时，基岩面上的部分土体随地下水流向下部岩溶网络中，基岩面上的部分土体被掏空形成土洞，由于易形成土洞的砂土、粉土和淤泥质土抗剪强度低，土体被掏空后即容易产生岩溶地面塌陷[3]-[6]。

（三）降水

降水分布不均匀，使地下水的补给来源分布不均匀，双层地下水水头差而随之变化。特别是暴雨期间，一方面加大上、下层地下水间的水头差，使土体产生渗透变形，形成土洞；另一方面加大土体自重和同时降低土洞顶拱土体的抗剪强度，在已形成或将要形成土洞的土拱下塌时容易诱发地面塌陷。

（四）地下水恢复

当抽水达到稳定时，地下水位达到一定位置不再下降，此时早先在土洞或溶洞中形成的负压降慢慢消失，若地下水位的稳定时间很长，负压降会与地表达成平衡。停止抽水后，随着水位回升，土洞溶洞中形成较高的压力并足以使土层发生破坏。这种现象导致的岩溶塌陷被称作“气爆效应”引起的塌陷[7]。

六、地面塌陷的防治对策

（1）建立地下水、降雨量和建筑物裂缝的长期动态监测系统和预警预报平台，及时掌握地下水径流场的动态变化，分析预测地面塌陷的发展趋势，为塌陷灾害的防治提供重要依据。

（2）永久性关闭周边负地形矿山企业。

（3）在已经发生塌陷的地塌陷区，严禁矿山及人为抽排地下水活动。

（4）采用土石方、混凝土及时填封发生的塌陷坑洞回填处理。

（5）对于能通过修补仍可使用的房屋进行地基基础补强加固。

七、结论

（1）塌陷区地质环境条件复杂脆弱，有利于地面塌陷的产生。

（2）塌陷区岩溶带发育较强烈，潜在危害性大。

（3）塌陷区地面塌陷主要由马鞍岭磷矿、自来水机井等人为抽排地下水以及地下水位波动引发。

（4）塌陷区今后的地面塌陷，仍将呈间歇性继续发育。