环境地质对宝坻区地下空间开发的影响分析

张 洋，张朋飞，李先瑞

（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津 301800）

宝坻区位于京津冀协同发展的京唐秦发展轴上，处于天津市域空间布局的西部城镇发展带上，定位为京津联动桥头堡和京唐秦发展轴现代大中型城市[1]。为了更好地规划和开发宝坻区地下空间资源，有必要从环境地质角度开展适宜性评价。

1 影响地下空间开发的环境地质因素

对宝坻区地下空间开发影响比较大的不良地质现象主要有断层与地裂缝、地面沉降、砂土液化与地震等[2]。

1.1 断层与地裂缝

断层是新构造运动的一种表现形式，反映出地壳自形成以来仍在不断地运动和发展[3]。除具有非活动断裂的特性外，其稳定性较差，存在一定突发性地震的可能，对地下空间开发的影响较大，主要体现在3个方面。一是活断层地面错动和附近岩土体变形会直接损害跨断层修建或建于其附近的建筑物与地下工程，不因地下空间埋深而变化；二是地震时，活断层发震会直接破坏其上的建筑物和开发的地下空间；三是活断层是产生不良地质现象的重要影响因素，活断层发育地带往往产生较大的地形高差，地下水容易入渗，加大风化强度，容易产生滑坡、崩塌、泥石流等现象。

断裂带大量开采地下水常造成地裂缝，地裂缝对地下空间资源可用程度的影响与断层类似，易造成地下建（构）筑物开裂、错位及地下管道破裂。因此，应考虑地裂缝对地下空间资源质量的影响，严禁在地裂缝严重地区进行城市地下空间开发。

1.2 地面沉降

地面沉降对地下空间开发的影响较大。它会引起地下建筑物沉降、变形，引起地下流体管道的损坏、变形，造成泄漏和倒流，给地下空间开发增加困难，导致标高变异和混乱、分段施工对接错位等。目前，我国许多大城市不同程度地存在地面沉降现象。根据《全国地面沉降防治规划（2011—2020年）》的安排，我国以长江三角洲地区、华北地区、汾渭盆地为主要目标区，用10年时间，查明全国地面沉降灾害现状、发展趋势、形成原因及分布规律，建立重点地区地面沉降监测网络，建立健全政府主导、部门协同、区域联动的地面沉降防治工作体系，形成适合国情的地面沉降防治与地下水控采技术方法体系。地面沉降应作为地下空间资源评价的一个要素加以分析。选取沉降速率作为评价指标较为准确，其等级划分为轻微级、一般级、较严重级和严重级[4]。

1.3 砂土液化与地震

砂土液化现象往往伴随地震而产生，强烈地震发生后，新近堆积的饱和细粒松散地层常常会出现液化现象，在液化地段及其邻近地表，地基失效会导致基础破坏，进而造成上部结构破坏。另外，喷水冒砂是砂土液化的宏观标志，大面积喷水冒砂会掩埋农田，淤塞渠道。影响砂土液化的主要因素有：地震时波及砂土区的地面最大加速度或地震烈度、地震持续时间、地下水位以及饱和砂土的密度、埋深与厚度等。

砂土液化对地下空间开发的影响程度与砂土液化指数及场地地震烈度有关，液化的发生需要同时满足3个条件[5]：土质为疏松或稍密的粉砂、细砂或粉土；土层处于地下水位以下，呈饱和状态；遭遇大中地震。在地震的作用下，饱和松散的砂土尤其是粉细砂，其颗粒趋于密实并重新排列，土中孔隙水无法排除，瞬间处于悬浮状态，失去地基承载力，造成砂土液化。因此，液化指数和地震烈度是评价砂土液化程度的重要指标。根据液化指数，砂土液化可以划分为3级，即轻微、中等、严重。

2 环境地质因素危险性分析

宝坻区处于平原地区，无山地特有的崩塌与滑坡危险性，因此仅就地震危险性、地面沉降危险性和砂土液化危险性进行分析。

2.1 地震危险性

经天津市基岩地质构造调查与区域地壳稳定性评价，全新世以来，对地壳稳定性有影响的断裂主要为近东西向的宝坻断裂，它是宁河-张家口断裂的东段。该断裂是一条多期活动的继承性张性断裂，自燕山期产生以来，一直活动到晚新近纪，各个时期活动都较强烈。该断裂全线隐伏，走向近东西，倾向南，倾角为45°～60°，断距大于1 000 m，延展长度约为80 km，自西向东贯穿宝武公路、连子营、王辛庄、潮白河、津蓟铁路。

宝坻断裂为隐伏活动断裂，断裂南北两盘基岩埋藏深度差异悬殊，在断裂北部宝坻凸起上，第四系沉积一般厚度达数百米，下伏即古生界或中、上元古界地层，而断裂南部武清凹陷中生界埋深大于3 000 m，甚至可达9 000 m，新近系断距为1 000～1 500 m。经推断，该断裂可能发育于古生代，而中生代时期又复活动，至新生代，活动更为强烈，饶阳组由宝坻断裂北盘向南盘延伸，突然增厚，显示断裂在早更新世可能发生强烈活动。受唐山-丰南地震牵动，在断裂附近小震活动频繁，推测其为全新世活动断裂。宝坻断裂活动强烈，但因其向南倾，倾角较缓，历史上没有强震分布，现今弱震频繁。宝坻断裂至今还在活动。

2.2 地面沉降危险性

宝坻区地面沉降以宝坻断裂为界，断裂以北基本为不沉降区，年均沉降量为1～2 mm，主要为构造性沉降，断裂以南地区存在人为引起的沉降区。1985—2016年，宝坻区整体累计沉降量小于800 mm，宝坻区整体上属于地面沉降轻微区。2016—2018年，年平均沉降量均维持在5～6 mm。2016年，最大沉降量为27 mm，位于尔王庄镇中部。2017年，沉降量10 mm以上的测点主要分布在宝坻区中部和南部。2018年，最大沉降量为20 mm，位于牛家牌镇西老鸦口村，最大沉降点主要分布在宝坻区中部和南部。2019年，平均沉降量为9 mm，比2018年增大3 mm，最大沉降点位于宝白公路大杨各庄桥处，沉降量为22 mm。

2.3 砂土液化危险性

根据已有勘察揭示的土层情况，宝坻区20 m深度范围内存在多个粉砂层，需要进行地震液化判别。为使计算结果利于工程安全，地下水位按埋深0.5 m考虑。地震液化判别依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010），首先进行初判，初判存在地震液化可能的通过标准贯入试验进行判别。根据项目勘察的标准贯入试验资料，按《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）对其液化情况进行判定。液化判别标准贯入锤击数临界值的计算公式为

式中：Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值，次；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值，取12次；ds为饱和土标准贯入点深度，m；dw为地下水位，m；ρc为黏粒含量百分率（%），当小于3或为砂土时，应采用3；β为调整系数，设计地震第二分组取0.95。

宝坻区以往项目一般无液化土层，仅有1个项目局部钻孔发现液化土层。该项目砂土液化判别成果如表1所示，其中，液化土层为5-2粉土层和6-2粉土层，最大液化指数分别为2.26和1.00。各地层岩土均为粉土。样品1采集于321孔5-2粉土层；样品2和样品3采集于340孔5-2粉土层；样品4采集于345孔6-2粉土层；样品5采集于354孔5-2粉土层，样品6和样品7采集于354孔6-2粉土层。液化等级与液化指数的对应关系如表2所示。另据宏观调查，1976年唐山地震波及天津市时，宝坻区无喷水冒砂现象，结合以往项目勘察资料，综合判定宝坻区大部分地区属不液化场地。

表1 项目液化判别成果

表2 液化等级与液化指数的对应关系

3 结论

天津市宝坻区处于平原地区，无山地特有的崩塌与滑坡危险性。虽然宝坻断裂活动强烈，但因其向南倾，倾角较缓，历史上没有强震分布，引起的地震和地面沉降危险性较小。个别项目局部钻孔发现轻微液化，大部分地区属不液化场地。断层与地裂缝、地面沉降、砂土液化与地震等环境因素总体对地下空间开发的影响较小，宝坻区属于适宜开发区。