上海市地面塌陷現(xiàn)狀及防治策略

■ 范 玨 FAN Jue 李 眾 LI Zhong 祁伏成 QI Fucheng

0 前言

近年來，隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，由人為工程活動、地下工程建設(shè)、城市管線的老齡化因素等引發(fā)的城市地面塌陷事故頻發(fā)[1-5]。上海屬特大型城市，地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，地下空間大規(guī)模開發(fā)，地下管線分布密集，地面塌陷災(zāi)害亦時有發(fā)生，潛在隱患和次生災(zāi)害風(fēng)險不容忽視。因此，開展地面塌陷調(diào)查與研究工作，提出防治策略，更有針對性的開展地面塌陷防治工作，有利于提升城市管理水平，保障城市安全運行。

1 地面塌陷基本情況

1.1 基本情況

隨著社會經(jīng)濟和城市化建設(shè)的飛速發(fā)展，“地面塌陷”成為新的城市災(zāi)害隱患。據(jù)有關(guān)新聞報導(dǎo)：2019 年7 月，深圳南山區(qū)工業(yè)八路沿山路口突發(fā)路面塌陷，形成直徑2m，深度3m 的大坑，一輛公交車兩個車后輪完全陷入，所幸沒有造成人員傷亡；2019 年12 月，廣州地鐵十一號線沙河站施工區(qū)域出現(xiàn)地面塌陷，塌陷深度最深達38m，造成3 人遇難；2020年12 月，杭州西溪路人行道突發(fā)地面塌陷，造成1 人遇難，1 人受重傷。據(jù)不完全統(tǒng)計，上海市從2003 年至今，共發(fā)生地面塌陷90 余起，從地域分布看，87%的塌陷發(fā)生在外環(huán)以內(nèi)的中心城（圖1），從發(fā)生的季節(jié)來看，45%的塌陷集中在夏季汛期（圖2）。

1.2 發(fā)生原因

圖1 上海市2003 年以來各區(qū)地面塌陷數(shù)量

圖2 上海市2003 年以來發(fā)生地面塌陷數(shù)量與月份的關(guān)系

根據(jù)筆者近年來參與的科研項目研究探明，上海市地面塌陷的成因主要由內(nèi)因和外因兩個方面組成：內(nèi)因是由于上海地處長江三角洲東南前緣，第四紀(jì)松散覆蓋層厚度大，屬于典型的軟土地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境較為脆弱，且大面積存在淺部砂層這一特殊地質(zhì)條件；外因分直接誘因和間接誘因，直接誘因是供排水管線滲漏和各類工程施工導(dǎo)致水土流失，間接誘因是道路荷載過大、強降雨等引起的地面局部地質(zhì)變化。事實上地面塌陷發(fā)生的原因往往是多種因素共同作用的結(jié)果。例如2018 年5 月，青浦區(qū)某路段上發(fā)生的一起地面塌陷，一輛渣土車兩個左后輪磕在了塌陷地面的邊緣，導(dǎo)致2 個輪胎完全脫落，渣土散落一地，所幸未造成人員傷亡。經(jīng)綜合調(diào)查分析，道路下方為淺部砂層分布區(qū)，地下排水管線滲漏產(chǎn)生流砂及液化導(dǎo)致水土流失，土體被掏空，在受重車頻繁碾壓下，導(dǎo)致路面承載力不夠而引發(fā)的地面塌陷。

2 上海市地面塌陷調(diào)查與防治研究

地面塌陷的發(fā)生具有突發(fā)性、隨機性和復(fù)雜性，地面塌陷防治研究工作雖不能完全杜絕災(zāi)害的發(fā)生，但是通過地面塌陷隱患風(fēng)險的分類、分級[6-7]，是可以減少災(zāi)害發(fā)生時對人類造成的不可接受的危害，最終達到災(zāi)害防治的目的。

上海市從2012 年起，由相關(guān)部門組織開展了城市道路地面塌陷病害的隱患分布調(diào)查、監(jiān)測以及預(yù)警研究工作。先后在虹橋商務(wù)核心區(qū)、小陸家嘴區(qū)域、前灘重點建設(shè)區(qū)開展典型區(qū)域的隱患預(yù)防監(jiān)測工作。2016 年開展上海市火車站區(qū)域“地下淺部砂層引發(fā)地面塌陷調(diào)查與監(jiān)測”工作，對②3層淺層砂分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患進行調(diào)查分析，2017 年起繼續(xù)組織開展了“淺部砂層隱患區(qū)調(diào)查與監(jiān)測”工作，并持續(xù)開展成因機理和防治方法等系統(tǒng)研究。目前，已基本摸清我市地面塌陷城市病害的形成機理，初步形成風(fēng)險等級區(qū)劃和隱患調(diào)查監(jiān)測技術(shù)方法，基于自動化和人工監(jiān)測結(jié)合的技術(shù)手段，持續(xù)開展地質(zhì)災(zāi)害重點隱患監(jiān)測預(yù)警工作。

2.1 風(fēng)險區(qū)劃

以上海市淺層砂分布區(qū)為研究對象，結(jié)合上海市地質(zhì)環(huán)境條件、氣象條件、人為地質(zhì)活動等危險性要素和人為抵御風(fēng)險能力、社會易損性、物質(zhì)易損性等易損性要素，通過對要素指標(biāo)分級、權(quán)重計算，最終得到了淺部砂層分布區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險區(qū)劃（圖3），將上海市地面塌陷風(fēng)險區(qū)劃分為I 級風(fēng)險區(qū)（高風(fēng)險區(qū)）、II級風(fēng)險區(qū)（中高風(fēng)險區(qū)）、III級風(fēng)險區(qū)（中低風(fēng)險區(qū)）、IV級風(fēng)險區(qū)（低風(fēng)險區(qū)）四個區(qū)劃等級，為地面塌陷風(fēng)險分類、分級和分區(qū)管控提供技術(shù)支撐。

圖3 上海市淺層砂分布區(qū)地面塌陷隱患風(fēng)險區(qū)劃圖

2.2 隱患調(diào)查

根據(jù)風(fēng)險等級區(qū)劃成果，對上海市地面塌陷隱患進行分級，將風(fēng)險等級I、II 級劃分為重點調(diào)查區(qū)，風(fēng)險等級III、IV 級劃分為一般調(diào)查區(qū)。一般調(diào)查區(qū)主要采用排查手段，針對排查疑似隱患相對集中區(qū)域采用車載3D 雷達普查手段進行排查；而對風(fēng)險等級較高的I、II 級重點調(diào)查區(qū)綜合應(yīng)用排查、普查、詳查等多種手段進行調(diào)查，最終形成較適宜隱患調(diào)查方法流程（圖4）。

圖4 地面塌陷隱患調(diào)查流程圖

2.3 監(jiān)測預(yù)警

根據(jù)上海市淺部砂層引發(fā)的地面塌陷發(fā)生發(fā)展規(guī)律和風(fēng)險區(qū)劃成果，開展重點隱患區(qū)域監(jiān)測預(yù)警試點工作，對淺部砂層分布區(qū)、老舊管網(wǎng)、大型地下空間分布區(qū)域等，采用排查、物探、管道檢測、鉆孔驗證等綜合調(diào)查方法，確定隱患區(qū)大小、深度和地下管線的破損程度，并進行地表、填土層、淺部砂層等土體位移監(jiān)測，通過分析隱患變形趨勢，建立地面塌陷風(fēng)險防控監(jiān)測預(yù)警方法和防治措施，提高重點隱患區(qū)域地面塌陷預(yù)警能力。

3 存在問題

3.1 風(fēng)險隱患發(fā)現(xiàn)調(diào)查機制有待進一步完善

全市隱患點的巡查和調(diào)查工作取得了一定成效，但對于調(diào)查的針對性（如管道、路政等信息的整合）和高效性仍需逐步完善，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的時效性及其處理精度，均在一定程度上影響塌陷風(fēng)險評價精度；在典型隱患致災(zāi)程度評價方面，數(shù)據(jù)調(diào)查、收集與統(tǒng)計分析需更全面、深入。

3.2 隱患監(jiān)測預(yù)警方式有待進一步探索

地面塌陷的發(fā)生因地下情況復(fù)雜而具有較強的隱蔽性，且誘發(fā)地面塌陷的因素復(fù)雜多樣，預(yù)報預(yù)警難度大。目前，上海市地面塌陷監(jiān)測預(yù)警工作還處在探索階段，主要是在重點隱患區(qū)域開展定期巡查、監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)隱患后及時與相關(guān)權(quán)屬管理單位反饋。由于巡查頻次和范圍的限制，導(dǎo)致隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，因此，后續(xù)在自動化監(jiān)測預(yù)警技術(shù)應(yīng)用方面還有待進一步完善與加強。

3.3 數(shù)據(jù)信息共享有待進一步加強

根據(jù)分級結(jié)果，為了實時評估地面塌陷隱患點的后續(xù)處置情況，確保隱患綜合調(diào)查與防控的時效性，擬與市住建委、市水務(wù)局和市交通委等部門建立信息共享機制，依托基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及隱患信息入庫的管理方法，基于數(shù)據(jù)管理平臺，將歷年隱患調(diào)查成果、典型隱患路段致災(zāi)程度評價成果進行管理，及時將相關(guān)信息反饋至地面塌陷風(fēng)險區(qū)劃更新成果中，這也是下一步需解決的問題。

4 地面塌陷防治策略

4.1 提高風(fēng)險區(qū)劃精度

隨著案例調(diào)研及地面塌陷成因機理研究和基礎(chǔ)要素調(diào)查的不斷深入，通過更新淺層砂分布范圍、人為工程活動、地下管線信息、地下空間分布、市政路網(wǎng)信息、軌道交通等資料，結(jié)合第一次上海市自然災(zāi)害風(fēng)險普查，對風(fēng)險區(qū)劃指標(biāo)體系中危險性和易損性要素進行調(diào)整和完善，將歷年區(qū)劃成果進行系統(tǒng)管理和對比分析，進一步明確隱患防治重點區(qū)域，為各區(qū)地面塌陷防治相關(guān)權(quán)屬單位提供針對性防控措施。

4.2 完善防治責(zé)任體系

隨著城市的發(fā)展，地下空間大規(guī)模開發(fā)利用，地下軌道交通、地下空間、地下管線體量已經(jīng)非常龐大，各部門分類治理的機制已經(jīng)與城市的發(fā)展不相匹配，因此，需完善市區(qū)聯(lián)動、部門協(xié)同的防治責(zé)任體系，結(jié)合各區(qū)網(wǎng)格化巡查，將地面塌陷隱患巡查納入城市安全運行綜合管理，市交通委、市水務(wù)局、市住建委等多部門，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)聯(lián)動機制，落實各自職責(zé)和各方安全主體責(zé)任，明確處置原則和程序，建立跨行業(yè)、跨部門的市級協(xié)調(diào)平臺，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，通過多措并舉和聯(lián)防聯(lián)控，構(gòu)建長效常態(tài)機制，全面推進地面塌陷防治工作。

4.3 加強數(shù)據(jù)信息共享

收集城市建設(shè)、城市地質(zhì)、市政設(shè)施運營維護等資料，建立信息管理平臺和信息共享機制，并對各類數(shù)據(jù)進行維護、更新、比對和整合，提高數(shù)據(jù)的有效利用率，得到基于大數(shù)據(jù)的地面塌陷隱患評估方法，為未來利用大數(shù)據(jù)和云平臺等方式進行地面塌陷調(diào)查工作和風(fēng)險評價工作的有機結(jié)合搭建橋梁，當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)險征兆時，使相關(guān)管理部門能第一時間掌握隱患風(fēng)險動態(tài)，獲取一手資料，以便及時安排救治、排險工作等有效措施進行隱患處置，避免事故發(fā)生。

4.4 強化防治能力建設(shè)

繼續(xù)加強地面塌陷基礎(chǔ)調(diào)查評價、隱患排查、風(fēng)險評估、監(jiān)測預(yù)警等工作，建立網(wǎng)格化巡查機制，對高風(fēng)險區(qū)域，加強實時感知智能監(jiān)測設(shè)施布置，加強動態(tài)監(jiān)測、隨時應(yīng)急、化解隱患，提升常態(tài)化防治能力；組織開展地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)急專項培訓(xùn)和專項應(yīng)急演練及市級多災(zāi)種的綜合演練，提升應(yīng)急救援能力。

5 結(jié)語

通過開展地面塌陷防治研究，形成了上海市地面塌陷風(fēng)險等級區(qū)劃和隱患調(diào)查工作流程，初步建立了監(jiān)測預(yù)警體系，研究成果和相關(guān)防治策略為本市開展差異化防控工作提供技術(shù)依據(jù)，為城市規(guī)劃和決策提供技術(shù)支撐，也能為其他城市開展地面塌陷防治工作提供啟示和借鑒，在服務(wù)于城市精細化管理和城市安全運行方面具有重要意義。