針對線性工程地地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方法探討

針對線性工程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方法探討匯報(bào)人：王秀麗北京市地質(zhì)工程勘察院目錄緩變性地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測（針對線性工程）概述突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害類型、監(jiān)測手段以及工程實(shí)例預(yù)警系統(tǒng)建立關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)災(zāi)害定義在學(xué)術(shù)上對地質(zhì)災(zāi)害的定義很多，但歸納起來主要有四種。一、是地質(zhì)環(huán)境的一種變異現(xiàn)象；二、直接或間接惡化環(huán)境、降低環(huán)境質(zhì)量，危害人類和生物圈發(fā)展的地質(zhì)事件；三、指那些對人類生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害和潛在威脅的自然和人為地質(zhì)作用（現(xiàn)象）；四、是在自然和人為因素的作用和影響下形成的，對人類生命財(cái)產(chǎn)、環(huán)境造成損失的地質(zhì)作用。地質(zhì)災(zāi)害分類按致使災(zāi)害發(fā)生速度分：突發(fā)性和緩變性，前者如滑坡、崩塌、泥石流等，后者如沉降、地裂縫、土地砂漠化等。按致使災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)作用和發(fā)生位置分：⑴地殼活動(dòng)災(zāi)害；⑵斜坡巖土體運(yùn)動(dòng)災(zāi)害；⑶地面變形災(zāi)害；⑷礦山和地下工程災(zāi)害；⑸城市地質(zhì)災(zāi)害；⑹河、湖、水庫災(zāi)害；⑺海岸帶災(zāi)害；⑻海洋地質(zhì)災(zāi)害；⑼特殊巖土災(zāi)害；⑽土地退化災(zāi)害；⑾水污染和地球化學(xué)異常；⑿水源枯竭災(zāi)害。關(guān)于線性工程

線性工程是指鐵路、公路、石油與燃?xì)夤芫€、渠道、管道、城市綜合管網(wǎng)、輸電線及索道工程等。什么是線性工程

線性工程不同于點(diǎn)狀和面狀工程，由于其線路長，所跨區(qū)域多，因此將受到多種不同類型地質(zhì)環(huán)境影響，大多數(shù)線性工程很難避開存在地質(zhì)安全隱患的區(qū)域。而且，若線性工程某一段（點(diǎn)）出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致整條線癱瘓，影響范圍很大。

線性工程的特點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害造成的線性工程破壞案例2006年3月石太高速公路中段K460+500處發(fā)生路基塌陷，長度120余米，深度約8m。這是由地下采空塌陷引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害造成高速公路被破壞。案例一：采空塌陷造成的破壞案例二：軟土地基造成的破壞

2005年5月浙江蕭甬鐵路路基由于遭遇“軟土地基”發(fā)生整體下沉事故，塌陷路段全長100多米，兩條鐵道全部懸空，塌陷處的鐵軌嚴(yán)重變形。地質(zhì)災(zāi)害造成的線性工程破壞案例2013年8月，內(nèi)昆鐵路大關(guān)站至曾家坪子站之間線路右側(cè)的巖窩山突發(fā)高位大面積垮塌，100多萬方的土石沖向鐵路，超強(qiáng)的沖擊力將240米的軌排全部推到下壩中橋橋下，上壩1號隧道口被滑坡體完全掩埋。案例三：崩塌造成的破壞案例四：泥石流造成的破壞

2016年5月，川黔鐵路三元壩站至蒙渡站區(qū)間發(fā)生坡面泥石流，泥石流有1200多方，其中涌上鐵路軌道的泥石有500多方，堵塞涵洞并掩埋線路40米，20趟旅客列車運(yùn)行受到影響。地質(zhì)災(zāi)害造成的線性工程破壞案例據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料，鐵路路基受地質(zhì)災(zāi)害影響已超過1萬km，地質(zhì)災(zāi)害地段長度按年遞增率4%～5%的比例增加。每年因此造成運(yùn)輸中斷超過100次，平均年斷道時(shí)間超過2000小時(shí)。我國鐵路路基受災(zāi)害類型繁多，主要災(zāi)害類型有：道床翻漿冒泥、路基不均勻沉陷、崩（滑）塌、泥石流、巖溶地面塌陷等，其次是河岸沖刷，風(fēng)化剝落、風(fēng)砂害、凍雪、雪害等。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，近幾年來，由于地質(zhì)災(zāi)害(泥石流、崩塌、滑坡和地面塌陷等)引起的公路損壞路段的長度已經(jīng)超過400km,造成直接經(jīng)濟(jì)損失已達(dá)幾十億元。鐵路公路北京地區(qū)對線性工程有影響的地質(zhì)災(zāi)害全新世活動(dòng)斷裂

根據(jù)中國地震局文獻(xiàn)，北京平原區(qū)分布有4條全新世活動(dòng)斷裂，即黃莊-高麗營斷裂、南口-孫河斷裂、夏墊斷裂以及大興-通縣斷裂。對這4條全新世活動(dòng)斷裂進(jìn)行未來地震危險(xiǎn)性概率評估的結(jié)果如下。斷裂名稱最大震級（M）累積概率未來20a未來50a未來100a黃莊-高麗營斷裂南口-孫河斷裂夏墊斷裂大興-通縣斷裂7.57.88.06～6.90.530.3900.610.540.4000.660.560.4200.73北京地區(qū)對線性工程有影響的地質(zhì)災(zāi)害地裂縫

北京地區(qū)地裂縫災(zāi)害比較嚴(yán)重，其主要成因?yàn)槿藶榛顒?dòng)（開采煤礦和抽取地下水）以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所致，絕大多數(shù)分布在平原區(qū)和山間盆地中的第四紀(jì)松散沉積物中。地面沉降北京地區(qū)的地面沉降始于上世紀(jì)三十年代中期，主要是因抽取地下水引起。到目前已形成了東郊來廣營、大郊亭、昌平的沙河～八仙莊、大興榆垡～禮賢、順義平各莊等地面沉降中心，最大累計(jì)沉降量已達(dá)到了1400mm以上。

北京地區(qū)對線性工程有影響的地質(zhì)災(zāi)害地面塌陷

北京地區(qū)的采空塌陷主要分布在房山、門頭溝、豐臺、海淀煤礦采空區(qū)，目前西山地區(qū)已發(fā)現(xiàn)塌坑千余處，總面積約1370多平方公里。塌陷災(zāi)害已對居民生活、交通設(shè)施、水利水力設(shè)施、林木和耕地等造成極大危害。泥石流北京地區(qū)現(xiàn)有泥石流溝和潛在泥石流溝工作有816條，分布在7個(gè)區(qū)縣64個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)。從空間分布看，多集中在北部和西部山區(qū)，這些地區(qū)地形陡峻，溝谷縱橫，構(gòu)造發(fā)育，且是北京地區(qū)降雨高值區(qū)和暴雨中心，從發(fā)生時(shí)間看，絕大部分發(fā)生在降雨相對集中的7-8月份。崩（滑）塌在北京山區(qū)發(fā)育甚廣，初步統(tǒng)計(jì)災(zāi)害點(diǎn)約34550多處，一般規(guī)模不大，多在幾十至數(shù)百立方米，多發(fā)于降雨過程中或稍滯后，以及較強(qiáng)烈的地震過程中，此外由于人工開挖破壞巖體穩(wěn)定性也常易發(fā)崩塌。北京地區(qū)對線性工程有影響的地質(zhì)災(zāi)害北京市近十年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生類型統(tǒng)計(jì)圖（2004-2014）北京市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分布圖目錄緩變性地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測（針對線性工程）概述突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害類型以及監(jiān)測手段以及工程實(shí)例預(yù)警系統(tǒng)建立緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測（針對線性工程）

任何處于運(yùn)行狀態(tài)的線性工程，都有一定的空間保護(hù)范圍以及自身的監(jiān)測系統(tǒng)，比如高鐵要監(jiān)測路基的變形、高架橋沉降，地鐵要監(jiān)測軌道變形等，我們針對線性工程所進(jìn)行的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，是監(jiān)測線性工程所處的有地質(zhì)災(zāi)害隱患的地質(zhì)環(huán)境變化。另外，從監(jiān)測范圍、布點(diǎn)密度、監(jiān)測頻率等方面都有特殊的要求，這一點(diǎn)上是有別于區(qū)域緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測。緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)（針對線性工程）技術(shù)路線A工作內(nèi)容A調(diào)查收集資料

收集各類地質(zhì)資料，初步圈定緩變性地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域；調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域內(nèi)的各類線性工程基本情況。

在緩變型地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)勘察和地質(zhì)測繪，深度一般確定在50m（對工程建設(shè)有影響的深度），地質(zhì)測繪精度可按1：1萬，取得建模所需的參數(shù)，專項(xiàng)地質(zhì)勘察

確定緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的等級、監(jiān)測精度、監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測方法以及監(jiān)測頻率等。監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)

依據(jù)專項(xiàng)勘察的地層數(shù)據(jù)建立地質(zhì)體模型，真實(shí)反映監(jiān)測范圍內(nèi)50m以上的地層情況；以地質(zhì)體模型為依托，利用有限元數(shù)值分析軟件建立應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)分析模型。模型建設(shè)

對各類監(jiān)測點(diǎn)發(fā)回的信息進(jìn)行匯總處理，利用統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行預(yù)判處理，可進(jìn)行實(shí)時(shí)信息發(fā)布；利用本構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算分析，可進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布。系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)查收集資料地質(zhì)災(zāi)害專項(xiàng)勘察災(zāi)害監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)試運(yùn)行模型建設(shè)地質(zhì)體模型本構(gòu)模型地質(zhì)勘察地質(zhì)測繪系統(tǒng)正式運(yùn)行接收數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)發(fā)布預(yù)警信息災(zāi)害監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)GIS平臺建設(shè)緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)（針對線性工程）在北京初步考慮這樣······◆

在地面沉降對重大線性工程的影響區(qū)域，沿線路兩側(cè)在影響范圍內(nèi)布置高精度的GPS和水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)，相鄰點(diǎn)間距約2公里?！?/p>

在對工程建設(shè)有影響的地表以下深度范圍內(nèi)（考慮50m），在地面沉降變化較顯著的區(qū)域內(nèi)，布置分層標(biāo)（光纖），監(jiān)測分層沉降變化情況?！?/p>

在對工程建設(shè)層有影響的深度范圍內(nèi)（考慮50m）布置土壓力盒，進(jìn)行不同壓縮層的應(yīng)力變化監(jiān)測。◆

選擇有線性工程分布的、主活動(dòng)斷裂引起的地裂縫F，跨上下盤布對點(diǎn)GPS和水準(zhǔn)一體點(diǎn)?！?/p>

選擇F，跨上下盤布三維形變監(jiān)測SAA。◆

選擇F，跨上下盤布不同方向、不同深度(50m以淺)的力學(xué)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測不同層應(yīng)力變化情況?！?/p>

選擇有線性工程分布的，有全新世活動(dòng)斷裂通過的區(qū)域，垂直斷裂走向布設(shè)GPS和水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)，沿?cái)嗔炎呦蛑辽儆袃山M監(jiān)測點(diǎn)?！?/p>

原始地應(yīng)力分析可參照活動(dòng)斷裂的應(yīng)力監(jiān)測資料。地面沉降地裂縫活動(dòng)斷裂緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)京承高速公路：跨黃莊-高麗營斷裂和西王路地裂縫地鐵15號馬泉營-崔各莊段：穿越地面沉降區(qū)地鐵15號線孫河站：橫跨南口-孫河斷裂本次試驗(yàn)研究區(qū)域選擇在北京平原區(qū)北部，面積：約190km2地裂縫監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)在北京朝陽區(qū)西王路地裂縫分布區(qū)，跨地裂縫兩邊共布設(shè)4個(gè)一等水準(zhǔn)點(diǎn)和4個(gè)GPS水準(zhǔn)一體監(jiān)測點(diǎn)，在跨地裂縫上下兩盤、深1.5m處布橫向以及豎向三維變形監(jiān)測點(diǎn)(即SAA)。斷裂帶監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)

在南口-南口-孫河斷裂帶跨上下兩盤區(qū)共布置設(shè)4個(gè)一等水準(zhǔn)點(diǎn)和4個(gè)高精度GPS水準(zhǔn)一體監(jiān)測點(diǎn)。沉降區(qū)監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)在地鐵15號線馬泉營-崔各莊段穿越地面沉降區(qū)共布設(shè)4個(gè)一等水準(zhǔn)點(diǎn)和4個(gè)GPS水準(zhǔn)一體監(jiān)測點(diǎn)。SAA三維變形監(jiān)測結(jié)果

上盤下盤地裂縫水平方向SAA（8米）垂直方向SAA（4米）緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)2015年11月3日SAA感應(yīng)器埋設(shè)完成，數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置為1H/次，采用自動(dòng)化采集箱進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用無線傳輸模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。X緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)

經(jīng)過20天的穩(wěn)定期后，采集了20151123-20160202期間的SAA數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。水平埋設(shè)SAA感應(yīng)器在72天時(shí)間內(nèi)X方向變化情況如下圖所示，其中X方向最大差異沉降量達(dá)到1.8mm。另外從SAA曲線變化圖可以明顯看出第8節(jié)點(diǎn)和第9節(jié)點(diǎn)分別位于地裂縫的上下兩盤，且第9節(jié)點(diǎn)至第16節(jié)點(diǎn)位于的上盤活動(dòng)性較強(qiáng)。SAA三維變形監(jiān)測結(jié)果SAA三維變形監(jiān)測結(jié)果XY緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)

垂直埋設(shè)SAA感應(yīng)器在72天時(shí)間內(nèi)X方向變化情況如下圖所示，其中X方向最大差異變化量達(dá)到2.6mm。另外從SAA變化曲線圖也可以明顯看出第7個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該位于地裂縫的上下盤分界處。緩變性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工程試驗(yàn)三維地質(zhì)建模與分析

利用收集的地層數(shù)據(jù)、分層標(biāo)數(shù)據(jù)以及地理數(shù)據(jù)構(gòu)造三維地質(zhì)模型，面積共計(jì)190km2，主要交通有京平高速、京承高速、機(jī)場北線、地鐵15、14、13號線和規(guī)劃中的17號線，在模型中有15號線地下隧道結(jié)構(gòu)，并將地理數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及InSAR監(jiān)測數(shù)據(jù)與地質(zhì)體模型融合，展示了2017至2011年期間試驗(yàn)區(qū)地表變形情況，提高了可視化效果，為下步本構(gòu)模型建立和分析預(yù)警打下了基礎(chǔ)。目錄緩變性地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測（針對線性工程）線性工程特點(diǎn)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害類型、監(jiān)測手段以及工程實(shí)例預(yù)警系統(tǒng)建立突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害類型滑坡：是指斜坡上的巖體由于某種原因在重力的作用下沿著一定的軟弱面或軟弱帶整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。

崩塌：是指較陡的斜坡上的巖土體在重力的作用下突然脫離母體崩落、滾動(dòng)堆積在坡腳的地質(zhì)現(xiàn)象。

泥石流：是山區(qū)特有的一種自然現(xiàn)象。它是由于降水而形成的一種帶大量泥沙、石塊等固體物質(zhì)條件的。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)（針對線性工程）技術(shù)路線A工作內(nèi)容A調(diào)查收集資料

收集線性工程沿線地質(zhì)資料，初步圈定各線路地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域；

在地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)勘察和地質(zhì)測繪，深度一般到完整基巖，地質(zhì)測繪精度可按1：2000，取得建模所需的參數(shù)。專項(xiàng)地質(zhì)勘察

確定每個(gè)地質(zhì)災(zāi)害體的監(jiān)測方法（平面、深部土體變形及應(yīng)力變化），使用的儀器設(shè)備，監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)，數(shù)據(jù)發(fā)射和接收，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的等級、監(jiān)測精度。監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)

依據(jù)專項(xiàng)勘察的地層數(shù)據(jù)建立地質(zhì)體模型，真實(shí)反映監(jiān)測范圍內(nèi)完整基巖以上的地層情況；以地質(zhì)體模型為依托，利用有限元數(shù)值分析軟件建立應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)分析模型。模型建設(shè)

對各類監(jiān)測點(diǎn)發(fā)回的信息進(jìn)行匯總處理，利用統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行預(yù)判處理，可進(jìn)行實(shí)時(shí)信息發(fā)布；利用本構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算分析，可進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布。系統(tǒng)運(yùn)行沿線調(diào)查收集資料地質(zhì)災(zāi)害專項(xiàng)勘察災(zāi)害體監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)試運(yùn)行模型建設(shè)地質(zhì)體模型本構(gòu)模型地質(zhì)勘察地質(zhì)測繪系統(tǒng)正式運(yùn)行接收數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)發(fā)布預(yù)警信息災(zāi)害體監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)GIS平臺建設(shè)前期地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)勘查報(bào)告自然條件和地質(zhì)條件，包括：水文氣象，地形地貌，地層巖性，地質(zhì)構(gòu)造，地震和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，水文地質(zhì)條件等。滑坡、崩塌與泥石流的特征與成因，包括：規(guī)模、類型和一般特征，形成條件和發(fā)育過程，變形或活動(dòng)特征等。滑坡、崩塌與泥石流的穩(wěn)定性評價(jià)，包括：巖土物理力學(xué)參數(shù)，穩(wěn)定性計(jì)算、試驗(yàn)成果和綜合評價(jià)，進(jìn)一步變形破壞或活動(dòng)的方式、規(guī)模和主要誘發(fā)因素與影響因素等。調(diào)查在災(zāi)害影響區(qū)域內(nèi)重大線性工程收集重大線性線路工程資料（線路走線、結(jié)構(gòu)形式等）能滿足監(jiān)測點(diǎn)、網(wǎng)布設(shè)的地形圖、地質(zhì)圖（含平面圖和剖面圖）和附近建設(shè)現(xiàn)狀與規(guī)劃圖對線性工程沿線確定進(jìn)行監(jiān)測的滑坡、崩塌和泥石流，必須有相應(yīng)的地質(zhì)調(diào)（勘）查等資料做依據(jù)。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段滑坡與崩塌滑坡、崩塌變形監(jiān)測方法，分為地表變形監(jiān)測、地下變形監(jiān)測、與滑坡、崩塌變形有關(guān)的物理量監(jiān)測和與滑坡、崩塌形成、活動(dòng)相關(guān)因素的監(jiān)測等，方法很多，應(yīng)根據(jù)滑坡、崩塌特點(diǎn)，本著少而精的原則選用。列為群測群防監(jiān)測的滑坡、崩塌，宜用地表變形監(jiān)測中的簡易監(jiān)測法和宏觀變形地質(zhì)監(jiān)測法監(jiān)測。泥石流泥石流固體物質(zhì)來源于滑坡、崩塌的，其變形破壞監(jiān)測方法應(yīng)按上述規(guī)定。固體物質(zhì)來源于松散