广州市金沙中学地面沉降成因分析及防治对策

郭 宇，郑小战，黄健民，陈建新，陈小月

(广州市地质调查院，广东广州 510440)

广州市金沙中学地面沉降成因分析及防治对策

郭 宇，郑小战，黄健民，陈建新，陈小月

(广州市地质调查院，广东广州 510440)

系统分析了广州市金沙中学地面沉降的成因，研究结果表明，金沙中学脆弱的地质环境条件是该地区地面沉降地质灾害频发的内在因素，而武广客运专线金沙洲段隧道施工等人类工程活动是诱发因素。建议今后工程项目选地尽量避免地质环境脆弱带，并严禁过量抽排地下水。

地面沉降;构造断裂;地下水;防治对策

0 引言

金沙中学位于广州市白云区金沙洲的中部，西南方向为西环高速的沙贝立交桥，同时武广高铁金沙洲隧道也从其西部地下通过。2007年以来，金沙中学陆续发生了较为严重的地面沉降地质灾害，导致金沙中学教学楼、食堂、体育馆和操场等相继发生倾斜、变形和开裂(照片1)，严重威胁了师生的人身安全。为了全面查明引发地质灾害的原因，笔者利用勘探和监测数据资料，结合前人研究成果［1－6］，从金沙中学地面沉降的各种变形现象着手，深入分析引发金沙中学一带地面沉降的成因机理，并对地面沉降提出防治对策。

1 区域地质概况

1.1 地理位置

金沙中学位于金沙洲的中部。金沙洲东临珠江白沙河，与广州市罗冲围隔水相望;北部、西部及南部与南海里水、洲村、白沙村等接壤，总面积约8.26 km2。金沙洲地处珠江三角洲北部边缘地带，地面标高5.2～125.0 m，地貌类型为低丘陵和平原地貌，场地起伏较大，总体上西北高、东南低。

1.2 水文地质条件

区域水文主要受珠江干流控制，局部受流溪河影响;金沙洲地表水系发育，西部低丘间有成片的山塘，是区内主要蓄水工程;东部有珠江水域，中部有横沙涌、平乐南涌、泌冲涌多条河涌，总体流向自北西向南东。三条河涌的径流、排泄条件相对独立，这些河涌不仅是金沙洲西侧主要蓄水山塘的排泄通道，同时也是区内地下水重要的补给来源。区内的地下水补给来源主要为大气降雨和地表水体入渗，处于自然环境状态时，区内西部的地下水从北西低丘向南东平原流动，到达平原中部受到弱透水的测水组地层条带阻隔，再顺地势由高向低，即由北东往南西方向流动，最后排泄于珠江。

目前由于工程的影响，研究区内地下水流场改变，从而引起地下水位持续下降，特别是岩溶裂隙水与上部孔隙水有密切联系的覆盖型岩溶区，孔隙水压力减小致使出现程度不同的塑性变形或永久变形。岩溶裂隙水的含水层由灰岩和白云质灰岩组成，地下水呈承压状态，在岩溶发育地段富水性好，在岩溶弱发育地段，富水性差，含水层顶板标高一般为 －2.02～－12.93 m，水位埋深2.40 ～6.20 m，水位标高4.76 ～6.34 m。上部孔隙水以潜水为主，局部分布有弱承压水，含水层厚度一般为4.2 ～8.3 m，平均为 4.6 m，水位埋深1.3 ～3.77 m，水位标高4.27 ～6.98 m，富水性中等。

1.3 地质灾害特征

区内地面沉降虽未造成人员伤亡，但导致建筑物不同程度开裂、变形和沉降，道路及学校操场等公共设施严重变形或损坏，如金沙中学操场下沉严重，地面呈波浪状，严重影响使用功能，部分教学楼严重开裂、变形(照片1)，师生被迫撤离。

1.4 地层岩性及构造条件

照片1 金沙中学地面沉降现状Photo 1 Status quo of land subsidence in Jinsha high school

金沙洲一带的地层由老至新有石炭系、白垩系和第四系，并有小面积侵入脉岩分布(图1)。其中石炭系由老到新又分为大赛坝组、石蹬子组、测水组和壶天群;大赛坝组砂砾岩、粉砂岩、粉砂质泥岩分布于金沙洲西部残丘一带，面积约2.68 km2;石磴子组灰岩分布于荣基里—新社区—金沙洲北部一线及富力地块—金域蓝湾一带，被第四系松散土体所覆盖，属覆盖型岩溶区，面积约3.0 km2，地面沉降地质灾害主要分布在石蹬子组灰岩分布区(图2);石磴子组与上覆测水组呈整合接触，与大赛坝组呈断层接触，与东南部的白垩系呈不整合接触;测水组大致呈北东向条带状展布于金沙洲北部的横沙村、沙贝村及沙凤村凤冈，除横沙村剥蚀残丘的削坡地带见露头外，其余地段均隐伏于第四系之下，面积约0.92 km2;壶天群灰岩分布于金沙洲环洲一路、金沙洲公园、源林花园、向南街2－238号小区一带，隐伏于第四系之下，面积约0.466 km2;大塱山组岩层在金沙洲南部小面积分布，向南延伸至佛山南海黄岐，超覆于石炭系之上，隐伏于第四系之下，金沙洲区内分布面积约0.565 km2。

受区域构造影响，区内小型褶皱及北东向断裂构造发育。主要发育5条北东向断裂(F1－F5)及2条北西向断裂(F6－F7)，其中 F3、F4和 F5属分支复合张性断裂，切割平原地带石蹬子组和壶天群灰岩;北西向断裂F6和F7规模较小，均分布在低丘陵地带(图1)。金沙中学被F3隐伏断裂穿过，属沉岗断裂的次级断裂，该断裂在金沙洲北端与沉岗断裂交汇。F3断裂穿越金沙洲中部，展布于浔峰圩—路南辅道—金沙中学一线，已经钻孔和前期工程验证。断裂走向约50°，倾向北西，倾角约60°，属逆断层，隐伏于第四系之下，断裂经过的基岩层主要有下石炭统石磴子组灰岩。

2 地面沉降成因分析

根据金沙洲区内地面沉降的实际情况，金沙洲地面沉降的成因机理主要为抽水—地面沉降机理。一方面，由于武广客运专线金沙洲隧道施工过量抽排岩溶地下水，使得区内地下水位持续下降，孔隙水压力减小，但土体承受的总压力不变，因而有效应力增大，导致软弱土层呈现出被压缩的状态;另一方面，含水层顶板软弱土层内的结合水产生向含水层的渗流，导致软弱土层固结，出现程度不同的塑性变形或永久变形。

图1 金沙洲地区基岩地质图Fig.1 Geological map of bedrock in Jinshazhou area

图2 金沙洲地面沉降等值线图Fig.2 Contour map of land subsidence in Jinshazhou

2.1 内在因素

金沙中学地面沉降勘察资料表明，在F3断裂通过的影响下金沙中学基底岩石局部地段异常破碎，其中钻探揭露土洞5个，溶洞18个。从岩体破碎情况及岩溶发育程度分析，石磴子组和壶天群的碳酸盐岩裂隙、溶洞发育，岩溶作用强烈，大赛坝组和测水组泥质灰岩裂隙发育程度相对较弱，岩溶发育程度相对较差;就区域构造特征而言，金沙洲一带断裂发育，灰岩易破碎、开裂，为岩溶发育提供了良好的地下水运移通道。金沙洲区内五条北东向的断裂和两条北西向的断层构成岩溶发育的大型裂隙网络介质，基岩地下水经这些裂隙介质总体上自北向南渗流，主要在断层破碎带及其影响范围内形成地下水的强径流带，长期的地下水强径流循环作用，造成断层破碎带大裂隙分布地段岩溶发育程度高。

2.2 诱发因素

金沙洲区内的地下水排泄方式主要为蒸发排泄、人工开采和径流排泄等三种。天然状态下地下水开采方式为民井开采，开采量较小，故排泄方式以径流排泄为主，地下水最终排泄于珠江水系;根据广州市地质调查院的调查和地下水动态监测资料，2006年8月武广客专金沙洲段隧道开工以来，受隧道施工抽排地下水的影响，次年便发生了明显的地面沉降。自2007年4月以来，金沙洲区内地下水流场发生明显的改变，地下水形成以ZK1002监测孔及金沙洲隧道2#竖井(位于1#竖井正南约800 m处)为中心的两个降落漏斗(图3)，其中西部水文地质单元的地下水主要向ZK1002监测点附近的隧道涌水点排泄，部分地下水仍由北东向南西排泄于珠江;东部水文地质单元的地下水主要向金沙洲2#竖井附近的隧道涌水点排泄，部分地下水仍由北西向南东方向流动，最终排入珠江。

图3 金沙洲地下水位等高线图Fig.3 Contour line of groundwater level in Jinshazhou

金沙洲地下水流场的改变受金沙洲发育的北东向张性断裂影响明显，断裂与岩溶裂隙相连通形成强径流带;强径流带具有饱水、高透水性的特征，且方向性强，形成明显的地下水流通道;地下水沿断裂破碎带径流通畅，断裂直接影响着地下水的补、径、排条件。结合地面沉降等值线图(图2)分析不难看出，在地下水坡降较大的断裂带或断裂交汇部位，沉降量也较大。这也是因为断裂通过地带可溶性岩石破碎、岩溶裂隙发育，在地下水剧烈波动时，并且第四系松散岩类孔隙水含水层与岩溶水含水层之间发生连通，两者发生水力联系时，地下水水力坡降大，特别是在岩溶洞隙相对发育处如断裂交汇部位，成为该沉降区地下水降落漏斗中心，地下水水力坡降达到最大，由此表现出地面沉降中心与地下水降落漏斗中心具有一致性的特点。

3 防治建议及结论

3.1 防治对策

金沙中学地面沉降的形成主要受地层、岩溶发育程度、地质构造、水文地质条件、人类工程活动等因素控制与影响。其中地下水最易受人类工程活动而发生改变，软弱土体在地下水波动的诱发下，容易失水固结或产生“流土”现象，从而诱发地面沉降。金沙中学的地质灾害具有累进性、隐蔽性，形成机理复杂和突发性的特点。为有效防治地质灾害，避免与降低地质灾害带来的损失，达到防灾减灾目的，根据金沙中学一带覆盖型岩溶发育特点，从地面沉降的累进性特点和长远经济发展的角度出发，金沙中学的地质灾害防治应坚持“预防为主，治理为辅，防治结合”的原则，其中重点是预防为主，强调在沉降发生前采取切实可行的措施降低抽排地下水等人类工程活动对其的影响，防止沉降的发生。

3.2 结论

金沙中学脆弱的地质环境条件是该地区地面沉降地质灾害频发的内在因素，而武广客运专线金沙洲段隧道施工排水，引起地下水位急剧下降等人类工程活动是外在直接诱发因素。为了防止此类地质灾害再次发生，今后工程项目选址应当尽量避开地质环境脆弱地带，同时在建设过程中严禁过量抽排地下水。政府管理部门应加强管理，监督到位，正确引导，大力宣传，争取将地质灾害所带来的损失降到最低。

［1］ 张永定，张澄博，李洪艺，等.广州市西北区岩溶分布规律浅析［J］.热带地理，2011，31(3):257 －261.

［2］ 刘江龙，吴湘滨，申志军.广州市地面塌陷分布特征与人为致灾因子分析［J］.中国地质灾害与防治学报，2008，19(3):64 －68.

［3］ 苏扣林，黄永贵，郑小战.广州市荔湾区大坦沙岩溶地面塌陷成因及其稳定性评价［J］.热带地理，2012，32(2):167 －172.

［4］ 符诗存，张建国.广州市地质灾害现状与防治对策［J］.中国地质灾害与防治学报，2008，19(3):92 －95.

［5］ 黄健民，郑小战，陈小月，等.广州金沙洲广州大学附属实验学校地面沉降形成机理研究［J］.热带地理，2012，32(4):338 －343.

［6］ 李国和，荆志东，许再良.京沪高速铁路沿线地面沉降与地下水位变化关系探讨［J］.水文地质工程地质，2008(6):90－94.

(责任编辑:陈文宝)

Analysis of Land Subsidence and Prevention Countermeasures in Jinsha High School，Baiyun District of Guangzhou City

GUO Yu，ZHENG Xiaozhan，HUANG Jianmin，CHEN Jianxin，CHEN Xiaoyue
(Geological Survey of Guangzhou，Guangzhou，Guangdong 510440)

Systematic analysis of the causes of ground subsidence in Jinsha high school was studied based on the field survey.Results showed that fragile geological environmental conditions in Jinsha high school is the internal factor results to ground subsidence and human engineering activities of the Wuhan-Guangzhou high-speed rail tunnel excessive pumping of groundwater is a predisposing factor.Finally，the corresponding countermeasures and suggestions were discussed for prevention and control of geological hazard.

land subsidence;structural faults;groundwater;control countermeasures

P642.26

B

1671－1211(2013)06－0786－04

2013－01－24;改回日期:2013－08－16

广州市白云区金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害调查探测与监测 (ZX2012411007008)。

郭宇 (1984－)，男，工程师，博士，水文地质与工程地质专业，研究方向为环境地质。E－mail:174563241@qq.com