劉 飛，孫曉倩

（1.江蘇省第二地質工程勘察院，江蘇 徐州 221004；2.江蘇省地礦局第五地質大隊，江蘇 徐州 221004）

為了加強從源頭上防治地質災害，為工程建設規(guī)避、防治地質災害提供科學依據(jù)。根據(jù)相關技術規(guī)范要求，需要對擬建場地進行地質災害危險性評價。評價方法大致可分為定性分析和定量分析兩種，定性分析對經(jīng)驗和認知水平要求較高，往往容易產生偏差，隨著數(shù)學分析方法與地質科學的交叉以及地理信息技術的發(fā)展，定量分析逐漸占據(jù)了重要位置，彌補了定性分析的不足。定量分析方法主要包括層次分析法、邏輯回歸法、模糊評判法、神經(jīng)網(wǎng)絡法等[1-3]。層次分析法是將復雜的問題分解為不同組成因素，并按不同層次聚集組合為一個多層次的分析結構模型[4-8]。

本文以連霍高速邳州連接線項目為例，通過GIS技術結合層次分析法對項目評估區(qū)內采空地面塌陷進行危險性評價，并對該災種危險性進行分區(qū)，以期為地質災害的預防與治理提供科學依據(jù)。

1 區(qū)域環(huán)境地質條件

擬建項目位于邳州市中部，貫穿邳州南北，起點北接山東省352 省道，終點止于連霍高速邳州西互通，路線全長約52km，其中K5+000～K11+000 區(qū)間存在采空地面塌陷危險，為本文研究對象。評估區(qū)范圍以規(guī)劃道路中線為基準，兩側分別外擴500m，評估范圍及采空區(qū)分布圖見圖1。

1.1 地形地貌及區(qū)域地質

評估區(qū)地貌類型為黃泛沖積平原，總體地勢較平坦，地面標高一般在28.6～32.9m之間。評估區(qū)位于斷陷盆地內，斷裂比較發(fā)育，以東西向和北東向正斷層為主，隱伏于第四系之下，均為非全新活動斷裂，見圖2。

評估區(qū)分布石膏礦區(qū)，礦區(qū)內地表無基巖出露，均為第四系沉積物覆蓋，下伏淺部基巖為古近系大汶口組。古近系大汶口組分布在斷陷盆地內，以湖相含鹽碎屑巖沉積為主，不整合于白堊系之上，是區(qū)內石膏賦存的主要層位。地層總體呈單斜層狀分布，走向大約110°左右，向北北東緩傾，傾角一般8°～12°。評估區(qū)地層簡表見表1。其中Ⅲ層石膏是整個礦區(qū)主采礦層，層厚1.15～34.05m。

表1 礦區(qū)內地層分布簡表

1.2 工程地質條件

評估區(qū)土層以第四系粉土、粉質粘土和砂土為主，其中全新統(tǒng)（Q4）土層力學性質較差，強度較低，中更新統(tǒng)（Q2）—上更新統(tǒng)（Q3）土層力學性質較好，強度較高。評估區(qū)巖石類型主要為泥巖、粉砂巖、細砂巖及礦層組成，厚度相對穩(wěn)定，裂隙不發(fā)育，根據(jù)測試資料，評估區(qū)礦層頂、底板泥巖、砂質泥巖抗壓強度為4.4～13.0MPa，摩擦角為34°～36°，易風化，遇水易軟化、崩解，可造成順層理下滑、片幫、冒頂?shù)炔涣脊こ痰刭|問題。

2 評價體系的建立

2.1 評價指標選取

采空地面塌陷的影響因素很多，本次研究選取停采時間、采深采厚比、地面塌陷發(fā)育特征、超采情況、開采深度5個因子作為評價指標進行采空地面塌陷地質災害危險性評價。

依據(jù)各評價因子之間的相互關系，將評估區(qū)采空地面塌陷危險性評價指標分級表量化，如表2所示。

表2 評估區(qū)采空地面塌陷危險性評價指標分級表

2.2 評價因子權重的確定

利用1～9 標度法，對評價因子兩兩之間相對重要性進行賦分，建立判斷矩陣，見表3。

表3 1～9標度說明表

按表3建立判別矩陣，見表4。

表4 評價因子判別矩陣

采用方根法計算判別矩陣，求得該矩陣的特征向量W，即為各指標的權重值：

W=(0.438,0.219,0.146,0.109,0.088)T

計算此矩陣最大特征根：λmax=5，須進行一致性檢驗，n=5，RI=1.12。

CI=CR=0＜0.1，檢驗結果滿足一致性要求。

3 采空地面塌陷危險性評價

3.1 評價過程

評估區(qū)采空地面塌陷危險性評價以網(wǎng)格單元為單位，本次將評估區(qū)（面積約98.37hm2）規(guī)則劃分為39325個5m×5m 單元網(wǎng)格。由于網(wǎng)格數(shù)較多，利用ArcGIS軟件完成整個評估區(qū)的危險性計算過程。

首先，利用ArcMap組件制作5個影響因素的單因素指標等值線圖或分區(qū)圖，生成結果通常為矢量數(shù)據(jù)，不能直接用于加權計算，需利用插值工具將矢量數(shù)據(jù)轉柵格數(shù)據(jù)，將評估區(qū)劃分成5m×5m單元網(wǎng)格，轉換后每個網(wǎng)格都包含量化后的單因素等級值，生成各因子分級圖層，如圖3～圖7所示，然后利用空間分析模塊將評估區(qū)單元網(wǎng)格按已確定的權重值進行加權疊加計算，即可得到評估區(qū)每個單元網(wǎng)格采空地面塌陷危險性得分，利用自然間斷點分級法劃分危險性等級，見圖8。

圖3 停采時間單因素評價等級分區(qū)圖

圖4 采深采厚比單因素評價等級分區(qū)圖

圖5 地面塌陷發(fā)育特征單因素評價等級分區(qū)圖

圖6 超采情況單因素評價等級分區(qū)圖

圖7 開采深度單因素評價等級分區(qū)圖

圖8 評估區(qū)采空地面塌陷危險性分區(qū)圖

3.2 評價結果分析

根據(jù)各評估因子的加權疊加計算結果，評估區(qū)采空地面塌陷危險性等級評價為1級和2級，分別對應危險性大和危險性中等，從評價結果來看，評估區(qū)采空地面塌陷危險性分區(qū)結果與開采條件、地質條件、塌陷發(fā)育特征等實際條件是相符的，采空地面塌陷危險性大的區(qū)域，雖然停采時間較長，但采深采厚比或開采深度較小，已發(fā)生的地面塌陷特征較為明顯，因此，危險性大；采空地面塌陷危險性中等的區(qū)域，采深采厚比或開采深度較大于危險性大的區(qū)域，地面塌陷發(fā)育特征相對不明顯。

4 災害處理措施

采空地面塌陷的防治要點在于保證場地地質環(huán)境的穩(wěn)定，避免激發(fā)因素的出現(xiàn)。對本建設項目而言，采空地面塌陷防治措施主要為：

（1）避讓措施，對工程采取避讓，重新選址；

（2）根據(jù)掌握的采空區(qū)分布情況，進行采空區(qū)充填加固措施，從源頭消除地質災害隱患；

（3）在地下充填加固完成前禁止地面建設工程開工；

（4）嚴禁在路基防護帶以下采礦；

（5）在采空區(qū)上方的路段，在路基保護區(qū)及周邊監(jiān)測預警工作。

5 結論

根據(jù)因素相關性分析，以江蘇省邳州市某公路項目穿越石膏礦區(qū)段為研究對象，選擇停采時間、采深采厚比、地面塌陷發(fā)育特征、超采情況、開采深度5個因子作為評價指標，基于ArcGIS 平臺建立層次分析法模型，進行采空地面塌陷危險性評價，評估區(qū)實際情況與評價結果基本符合，該方法對地質災害危險性評價工作能夠起到重要作用。

評估區(qū)采空地面塌陷危險性評價分為危險性大區(qū)和危險性中等區(qū)，危險性等級與各因素的分值權重有重要聯(lián)系，不同于以往單純的定性分析，避免了“一刀切”式的評價方法。

針對本項目，建議采取避讓、采空區(qū)充填加固、保護范圍內禁采、監(jiān)測預警等措施避免工程建設可能遭受地質災害的危害。