上海市地面塌陷现状及防治策略

2021-05-28FANJueLIZhong祁伏成QIFucheng

住宅科技 2021年5期

■ 范珏 FAN Jue 李众 LI Zhong 祁伏成 QI Fucheng

0 前言

近年来，随着我国城市现代化建设的高速发展，由人为工程活动、地下工程建设、城市管线的老龄化因素等引发的城市地面塌陷事故频发[1-5]。上海属特大型城市，地质环境条件脆弱，地下空间大规模开发，地下管线分布密集，地面塌陷灾害亦时有发生，潜在隐患和次生灾害风险不容忽视。因此，开展地面塌陷调查与研究工作，提出防治策略，更有针对性的开展地面塌陷防治工作，有利于提升城市管理水平，保障城市安全运行。

1 地面塌陷基本情况

1.1 基本情况

随着社会经济和城市化建设的飞速发展，“地面塌陷”成为新的城市灾害隐患。据有关新闻报导：2019 年7 月，深圳南山区工业八路沿山路口突发路面塌陷，形成直径2m，深度3m 的大坑，一辆公交车两个车后轮完全陷入，所幸没有造成人员伤亡；2019 年12 月，广州地铁十一号线沙河站施工区域出现地面塌陷，塌陷深度最深达38m，造成3 人遇难；2020年12 月，杭州西溪路人行道突发地面塌陷，造成1 人遇难，1 人受重伤。据不完全统计，上海市从2003 年至今，共发生地面塌陷90 余起，从地域分布看，87%的塌陷发生在外环以内的中心城（图1），从发生的季节来看，45%的塌陷集中在夏季汛期（图2）。

1.2 发生原因

图1 上海市2003 年以来各区地面塌陷数量

图2 上海市2003 年以来发生地面塌陷数量与月份的关系

根据笔者近年来参与的科研项目研究探明，上海市地面塌陷的成因主要由内因和外因两个方面组成：内因是由于上海地处长江三角洲东南前缘，第四纪松散覆盖层厚度大，属于典型的软土地区，地质环境较为脆弱，且大面积存在浅部砂层这一特殊地质条件；外因分直接诱因和间接诱因，直接诱因是供排水管线渗漏和各类工程施工导致水土流失，间接诱因是道路荷载过大、强降雨等引起的地面局部地质变化。事实上地面塌陷发生的原因往往是多种因素共同作用的结果。例如2018 年5 月，青浦区某路段上发生的一起地面塌陷，一辆渣土车两个左后轮磕在了塌陷地面的边缘，导致2 个轮胎完全脱落，渣土散落一地，所幸未造成人员伤亡。经综合调查分析，道路下方为浅部砂层分布区，地下排水管线渗漏产生流砂及液化导致水土流失，土体被掏空，在受重车频繁碾压下，导致路面承载力不够而引发的地面塌陷。

2 上海市地面塌陷调查与防治研究

地面塌陷的发生具有突发性、随机性和复杂性，地面塌陷防治研究工作虽不能完全杜绝灾害的发生，但是通过地面塌陷隐患风险的分类、分级[6-7]，是可以减少灾害发生时对人类造成的不可接受的危害，最终达到灾害防治的目的。

上海市从2012 年起，由相关部门组织开展了城市道路地面塌陷病害的隐患分布调查、监测以及预警研究工作。先后在虹桥商务核心区、小陆家嘴区域、前滩重点建设区开展典型区域的隐患预防监测工作。2016 年开展上海市火车站区域“地下浅部砂层引发地面塌陷调查与监测”工作，对②3层浅层砂分布区地质灾害隐患进行调查分析，2017 年起继续组织开展了“浅部砂层隐患区调查与监测”工作，并持续开展成因机理和防治方法等系统研究。目前，已基本摸清我市地面塌陷城市病害的形成机理，初步形成风险等级区划和隐患调查监测技术方法，基于自动化和人工监测结合的技术手段，持续开展地质灾害重点隐患监测预警工作。

2.1 风险区划

以上海市浅层砂分布区为研究对象，结合上海市地质环境条件、气象条件、人为地质活动等危险性要素和人为抵御风险能力、社会易损性、物质易损性等易损性要素，通过对要素指标分级、权重计算，最终得到了浅部砂层分布区地面塌陷地质灾害的风险区划（图3），将上海市地面塌陷风险区划分为I 级风险区（高风险区）、II级风险区（中高风险区）、III级风险区（中低风险区）、IV级风险区（低风险区）四个区划等级，为地面塌陷风险分类、分级和分区管控提供技术支撑。

图3 上海市浅层砂分布区地面塌陷隐患风险区划图

2.2 隐患调查

根据风险等级区划成果，对上海市地面塌陷隐患进行分级，将风险等级I、II 级划分为重点调查区，风险等级III、IV 级划分为一般调查区。一般调查区主要采用排查手段，针对排查疑似隐患相对集中区域采用车载3D 雷达普查手段进行排查；而对风险等级较高的I、II 级重点调查区综合应用排查、普查、详查等多种手段进行调查，最终形成较适宜隐患调查方法流程（图4）。

图4 地面塌陷隐患调查流程图

2.3 监测预警

根据上海市浅部砂层引发的地面塌陷发生发展规律和风险区划成果，开展重点隐患区域监测预警试点工作，对浅部砂层分布区、老旧管网、大型地下空间分布区域等，采用排查、物探、管道检测、钻孔验证等综合调查方法，确定隐患区大小、深度和地下管线的破损程度，并进行地表、填土层、浅部砂层等土体位移监测，通过分析隐患变形趋势，建立地面塌陷风险防控监测预警方法和防治措施，提高重点隐患区域地面塌陷预警能力。

3 存在问题

3.1 风险隐患发现调查机制有待进一步完善

全市隐患点的巡查和调查工作取得了一定成效，但对于调查的针对性（如管道、路政等信息的整合）和高效性仍需逐步完善，基础数据的时效性及其处理精度，均在一定程度上影响塌陷风险评价精度；在典型隐患致灾程度评价方面，数据调查、收集与统计分析需更全面、深入。

3.2 隐患监测预警方式有待进一步探索

地面塌陷的发生因地下情况复杂而具有较强的隐蔽性，且诱发地面塌陷的因素复杂多样，预报预警难度大。目前，上海市地面塌陷监测预警工作还处在探索阶段，主要是在重点隐患区域开展定期巡查、监测，发现隐患后及时与相关权属管理单位反馈。由于巡查频次和范围的限制，导致隐患不能及时发现，因此，后续在自动化监测预警技术应用方面还有待进一步完善与加强。

3.3 数据信息共享有待进一步加强

根据分级结果，为了实时评估地面塌陷隐患点的后续处置情况，确保隐患综合调查与防控的时效性，拟与市住建委、市水务局和市交通委等部门建立信息共享机制，依托基础数据及隐患信息入库的管理方法，基于数据管理平台，将历年隐患调查成果、典型隐患路段致灾程度评价成果进行管理，及时将相关信息反馈至地面塌陷风险区划更新成果中，这也是下一步需解决的问题。

4 地面塌陷防治策略

4.1 提高风险区划精度

随着案例调研及地面塌陷成因机理研究和基础要素调查的不断深入，通过更新浅层砂分布范围、人为工程活动、地下管线信息、地下空间分布、市政路网信息、轨道交通等资料，结合第一次上海市自然灾害风险普查，对风险区划指标体系中危险性和易损性要素进行调整和完善，将历年区划成果进行系统管理和对比分析，进一步明确隐患防治重点区域，为各区地面塌陷防治相关权属单位提供针对性防控措施。

4.2 完善防治责任体系

随着城市的发展，地下空间大规模开发利用，地下轨道交通、地下空间、地下管线体量已经非常庞大，各部门分类治理的机制已经与城市的发展不相匹配，因此，需完善市区联动、部门协同的防治责任体系，结合各区网格化巡查，将地面塌陷隐患巡查纳入城市安全运行综合管理，市交通委、市水务局、市住建委等多部门，建立统筹协调联动机制，落实各自职责和各方安全主体责任，明确处置原则和程序，建立跨行业、跨部门的市级协调平台，建立统筹协调机制，通过多措并举和联防联控，构建长效常态机制，全面推进地面塌陷防治工作。

4.3 加强数据信息共享

收集城市建设、城市地质、市政设施运营维护等资料，建立信息管理平台和信息共享机制，并对各类数据进行维护、更新、比对和整合，提高数据的有效利用率，得到基于大数据的地面塌陷隐患评估方法，为未来利用大数据和云平台等方式进行地面塌陷调查工作和风险评价工作的有机结合搭建桥梁，当出现风险征兆时，使相关管理部门能第一时间掌握隐患风险动态，获取一手资料，以便及时安排救治、排险工作等有效措施进行隐患处置，避免事故发生。