广花盆地地面塌陷类型分布特征及防治建议

摘 要概述了广花盆地地面塌陷类型及分布特征，并提出了防治广花盆地地面塌陷的建议

关键词地面塌陷类型分布特征 建议 广花盆地

中图分类号：P941.75 文献标识码：A 文章编号：

我水文队在2011-2012年完成了珠江三角洲地面沉降地质灾害监测项目调查，调查结果表明岩溶地面塌陷是广花盆地发育最强、分布最广、危害最严重的地质灾害，已一定程度影响了该区社会经济可持续发展和直接危及了人民生命财产安全，所以充分认识广花盆地地面塌陷类型及分布其特征是有现实意义的。

地面塌陷主要是指岩溶地面塌陷。它是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。

1 地质环境概况

广州花都、荔湾、白云区，在构造上称谓广花盆地，广花盆地第四纪冲积层岩性以中粗砂、细砂、粉质粘土及淤泥质粘土为主，基岩主要为石炭纪壶天群灰岩，绝大部分为第四系所覆盖，灰岩岩质坚硬。

2 地面塌陷类型划分及特征

岩溶地面塌陷分类有多种。按塌陷形式有土洞型塌陷、岩溶型塌陷；按诱发因素有自然因素塌陷、人为因素塌陷；按影响范围有特大型（>20km2）、大型（20-10km2）、中型（10-1 km2）、小型（

表1 广花盆地岩溶地面塌陷类型表

2．１地面塌陷类型

①自然塌陷：主要是由于气候条件的改变，如降水季节和持续性强降雨天气或久旱后的暴雨，或岩土体自重等作用发生的塌陷引发的灾害。其主要特点是形成发展过程与人类工程建设及其他经济活动无关。自然塌陷基本以单体为主，规模小，均发生于第四系分布区，在构造上属隐伏岩溶发育地带，基本都发生在暴雨过后。如南海区里水镇鲁岗村香水百合种植基地自然塌陷，塌陷的主要原因是暴雨过后塌陷地段地下水位大幅上升；同时，由于岩溶塌陷地段的四周河涌密布，强降雨之后地下水排泄速度较快，导致地下水位动态变化强烈，地下水位的急剧变化最终引发岩溶地面塌陷；再如花都区花山镇仙贝村自然塌陷，塌陷的原因主要是暴雨期间地下水位上升，使地表土层膨胀松散，被地下水沿地下土洞侵蚀淘空，地下水位下降后致地面塌陷。

②人为塌陷：人为因素造成的塌陷主要是工程塌陷。工程塌陷主要是人类工程行为所致，其主要致灾因子包括：排水疏干与突水(突泥)作用、人工加载、人工振动、人工开挖桩基、地表渗水、地铁等地下工程掘进，其发生、发展大致可分为如下三个阶段。

第一阶段 ：60年代末~80年代，过量抽取地下岩溶水引起的地面塌陷，隐伏岩溶区过量抽汲地下水，造成地下水位大幅下降，地下水流速和水力坡度动力条件发生改变，地下水流动过程中搬运介质的能力增大，掏蚀上覆土层、溶蚀裂隙及溶洞中充填物，在上覆土层形成土洞，扩展到一定程度土体失去平衡，引致地表下沉开裂，形成岩溶塌陷。广花盆地自1966年供水勘探及1970年开始建井集中大量开采岩溶地下水以来，所引发的岩溶塌陷共有百余处，地面沉降数起，主要分布在新华、江高及肖岗水源地，致使多处房屋出现宽窄不同的裂缝，地面裂缝亦有发生。如：西湖村官龙北街西七巷塌陷。

第二阶段：90年代到本世纪初，以负地形开采石灰岩大量疏干排水引起的地面塌陷为满足珠江三角洲建设对建筑水泥原料的需求，盆地内石灰岩露天负地形开采或地下开采曾极度扩张，仅花都区赤坭、炭步石灰岩采矿场就有十几家。由于负地形开采石灰石，大量疏干地下水，破坏了地下水的动态平衡，导致较大的区域副效应，地面塌陷多次成群出现，造成部分自然村庄合村搬迁。如花都区赤泥镇中垌村2002年7月30日发生的地面塌陷、房屋开裂倒塌、地下水位大幅下降、民井干枯、居民饮水困难，成了2002年8月2日《南方都市报》头版头条新闻；.再有蓝田村采石场， 2002年底-2003年初，位于采石场附近的中洞村发生的地面塌陷，路桥损坏影响出行，严重威胁着附近居民的正常生活和生命、财产安全。

第三阶段：本世纪初到至今，以排水及机械贯穿致塌引起的地面塌陷这一阶段以地铁施工、城际铁路铺展为代表，同时城镇一体化进程加快，大面积的地下空间开发、基础工程施工等线状工程全面展开，都成了诱发地面塌陷的因素。地下工程施工过程中抽排地下水、深基础施工、机械强烈震动以及建筑物基础施工或钻探施工中戳穿了原有的地下土洞或溶洞等工程活动，严重干扰或打破了施工区地质环境的自然平衡，诱发了较为严重的地面塌陷地质灾害。如A.先朗照明塌陷：2009年8月25日，广珠铁路北延线先朗照明厂段桥墩深基础施工疏干排水时，位于桥墩施工处北约10m的先朗照明厂区门口发生塌陷，致使门口变电房（高约3m）坠入坑中不见顶，旁边数辆摩托车顷刻间也消失于洞中，近坑口的的厂房也不同程度受损。迫于此，先朗照明不得不迁出B.白云区石井镇夏茅村塌陷：2008年12月19日下午，夏茅村向西街突然发生岩溶地面塌陷地质灾害，共波及82栋总建筑面积23308m2住宅楼不同程度破坏，其中完全沉陷1栋(2层)、7栋楼房下沉1.5～2m、18栋危险房屋停止使用、2栋楼房的承重构件严重损坏，显著影响了整体承载功能和使用功能，部分楼房发生严重倾斜，数十处房屋墙体及地面开裂变形、墙壁破碎、梁柱损坏，地台下沉断裂悬空、地下管网拉断或拉裂。目前灾情仍在监测，灾害影响范围内的村民仍不能回家居住，所幸无人员伤亡。

2．2.地面塌陷的分布规律

①上覆第四系地层的隐伏岩溶区多发广花盆地所发生的岩溶塌陷主要分布在岩溶强烈发育的隐伏碳酸盐岩区。在大量抽排地下水的地区，浅部岩溶愈发育，富水性愈强，地面塌陷就愈多，规模愈大，岩溶塌陷与岩溶率具有较好的正相关系。

②多分布在河床两侧及地形低洼地段由于这些地区，地表水和地下水的水力联系密切，两者之间的相互转化比较频繁，如果地表岩溶较发育，在自然条件下就可能发生溶蚀作用，形成土洞，进而产生岩溶塌陷。调查区岩溶塌陷主要分布于岩溶盆地，大多分布在农田、鱼塘等低洼地段，龙岗区的岩溶塌陷均分布于龙岗河及其支流两侧。

③地下水降落漏斗的中心和附近地段易发由采排地下水而引起的岩溶塌陷，绝大部分发生在地下水降落漏斗影响半径范围以内，特别是在近降落漏斗中心的附近地区。如花都区赤坭镇等地石灰石矿场由于大量抽排地下水，均导致附近农田和鱼塘出现数量不等、规模不一的岩溶塌陷。

④人类活动剧烈的地区是岩溶塌陷易发区岩溶塌陷的发生、分布与人类工程经济活动密切相关。就本区来看，凡经济发展较快、人类活动剧烈的覆盖型可溶岩分布地段，其发生岩溶地面塌陷灾害较多，损失也较严重。广花岩溶盆地，在20世纪60-70年代，由于大量集中开采岩溶地下水，导致产生大量岩溶塌陷现象；近年所发生的地面塌陷多因露天采矿（石灰岩）和大量抽排地下水以及人类工程活动。

⑤水源地、灰岩采石场、建筑疏干工地等集中超量开采地下水地段多发

碳酸盐岩（可溶岩）不仅是良好的建筑材料，而且也是水量丰富的地下水水源地。在隐伏岩溶区开采石灰石抽排地下水和打井供水，均可引发地面塌陷。集中大量抽取地下水，致使地下水位短时间内大幅下降，是引发岩溶地面塌陷的主要原因。广花岩溶盆地由于过量抽取地下水而导致岩溶地面塌陷就是一个典型的例子，该地段由于岩溶发育强烈，蕴藏丰富的岩溶地下水，是一个大型水源地，一段时期曾作为当地居民的生活用水和工业用水。自20世纪60年代初，广花盆地岩溶地下水就成为广州市和周围许多单位的供水水源地，至1983年已建成机井123眼，总开采量达6万多m3/d，虽仅占总补给量的14%左右，但大多数井位集中在江村—双网和肖岗、新华一带开采，导致了这些块段的地下水水位急剧下降。经过十多年的开采，盆地出现地面塌陷、地裂及地面下沉百余处。多分布在江村、新华及肖岗三个主要集中开采地段，塌陷直径一般1-2m，最大达7m，深0.3-1.5m，最深达3m。主要分布在生产井附近，且后期的岩溶地面塌陷往往是继承在早期的塌陷之上。

⑥自然因素形成的地面塌陷多发生于旱雨交替季节据有关资料及野外调查，广花盆地自然因素导致的岩溶地面塌陷8处，多是气象因素，次为水文因素致塌。

2．3地面塌陷特征

广花盆地地面塌陷灾害的平面形态多呈圆形、椭圆形或不规则状，剖面形态大致为竖井状、漏斗状等。现将其特征分述如下：

①季节性 虽然诱发塌陷的因素和形成机制很多，但在时间上存在明显的规律性。自然状态下，岩溶地面塌陷主要集中在枯水季节，汛期明显减少时暴雨期间或暴雨过后。本次调查，发现调查区地面塌陷多发期在枯水季节时发生暴雨或暴雨过后。可见地面塌陷的季节性应与枯水季节地下水位急剧变化有关。

②地域性 岩溶塌陷分布受可溶岩空间展布控制，呈现明显的地域性特征，表现在岩溶塌陷基本分布在覆盖型可溶岩分布区。由于岩溶的构造控制作用较强，应力集中区塌陷发育较多，如断裂带、褶皱轴部等，另外盖层北部薄南部厚，因而由北向南，塌陷密度稍显减少趋势。如广花盆地北部赤坭镇、炭步镇塌陷比南部荔湾区的密度大。

③突发性 地面塌陷前期形成土洞阶段的孕育时间有长有短，而塌陷过程常是突发性的。地层结构中溶洞越大，地下水动力越强，松散砂土层越厚，第四系潜水与岩溶水连通性越好，塌陷突发性越强。由于塌陷的突发性特征，使得塌陷发生时难以防备，导致治理难度很大。地面塌陷过程比迅猛的崩塌、滑坡相对要慢，一般塌陷过程有几分钟或几十分钟的时间，塌后缓慢稳定。受威胁人群有一定的时间撤离，塌陷危害主要体现在经济损失和社会影响。但地下工程施工中突水或冒顶塌陷，将对地下施工人员造成较大的生命威胁。

④持续性 持续性是指一次塌陷发生后，塌陷的诱发因素若没有解除或诱发因素重新出现，塌陷会连续发生，若已经对塌陷进行治理，则塌陷会在前塌陷区临近复活。广花盐地岩溶塌陷具明显的持续性特征。2008年1月2l同，由于地铁施工抽取地下水，造成荔湾区大坦沙岛西海南路一家厂房发生塌陷；1月22日至29日，荔湾区大坦沙岛西南部约0. lkm2范围内连续发生6处地面塌陷地质灾害，塌坑深度1-4. 3m，塌陷面积30-420m2不等，共造成7间房屋倒塌，21间房屋墙壁开裂和多处地面裂缝，1000多人撤离，直接经济损失约149万元。该塌陷群出现过程明显反映出持续性特征；2009年4月20日，大坦沙岛西海南路一辆货车经过原有塌陷填埋区附近后，又一次出现塌陷，同时在塌陷前后旁边的水位监测显示地下水位急剧下降了0. 5m。经分析该处塌陷是由于原塌陷填埋后，地下水力联系通道被堵，当该区域再次出现地下水位急剧下降后，侧边诱发了新的塌陷。

⑤复杂性 由于地面塌陷受控因素较多，包括岩性及其结构、地下水、盖层及其结构、构造、岩溶、人类活动等，各种因素都具一定的复杂性，同时土洞、溶洞埋藏地下，现有科技手段无法快速有效地全面查清，塌陷机制又多种多样，因而塌陷难以预测，呈现复杂性。

⑥人为性 人为性是指地面塌陷与人类活动有关。统计的39个地面塌陷中，仅8宗属自然塌陷，其它均直接或间接地与人类工程或采矿活动有关，即人类活动诱发塌陷占80%，近几年城市建设诱发塌陷越来越多，且灾害越来越严重。

⑦伴生性 伴生性是指发生地面塌陷同时，其它地质灾害会同时出现。常见的伴生灾害有地面沉降和地裂缝。在地面塌陷前期，地下水位下降，会形成降落漏斗，第四系盖层砂性土、粘性土、淤泥类土等均会出现不同程度的失水固结，导致压缩；另一方面地下形成土洞过程中，顶部盖层也随之开始变形。两方面因素致使地面塌陷发生前已经开始地面沉降或局部破坏形成张拉裂缝。如2007年以来武广客运专线广州金沙洲段隧道施工引发十多处塌陷，在本项目调查过程中发现施工隧道两侧方圆3 km2范围内，不同程度地出现了地面沉降灾害；金沙洲中学操场、新修公路、部分地下室都现了地面沉降和地裂缝；西湖村官龙北街西七巷在广州城市供水期间发生塌陷时，路面产生裂缝，裂宽1-1.5cm，长30m。

3 地面塌陷的防治建议

广花盆地地面塌陷防治工作是一个系统工程，涉及防治工程措施、监测预报预警措施、抢险措施、行政管理措施及监督措施等方面。应从全局妥善部署，使之形成高效的有机整体，做到统一规划，针对病根，有的放矢。坚持预防为主，治理为辅，防治结合的原则，要求务实与创新相结合，采用新技术、新方法，提高防治工程的技术水平。

广花盆地隐伏岩溶发育，上覆第四系砂砾层薄且无稳定的粘性土板的特殊二元结构是产生地面塌陷的客观条件，地下水活动（以人为抽汲地下水为主）是引起地面塌陷的动力，抽汲地下水降低了地下水位，使上覆土层浮托力减小，水力坡度和流速增大，潜蚀作用加强。此外，抽汲地下水还使地下水紊动并带出大量泥沙，引起地面塌陷，根据广花盆地地面塌陷的成因特点，建议通过控制开采水位降深，限制潜蚀作用等防治地面塌陷措施。现分述如下：

3．1控水措施

①地表水防水措施：防地表水进入塌陷区，可以：A清理疏通河道，加速泄流，减少渗漏；B对漏水的河、库、塘铺底防漏或人工改道； C严重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填实。②地下水控水措施 ：根据水资源条件，规划地下水开采层位、开采强度、开采时间，合理开采地下水，加强动态监测。危险地段对岩溶通道进行局部注浆或帷幕灌浆处理。3．2工程加固措施 ① 清除填堵法：用于相对较浅的塌坑、土洞。 ② 跨越法：用于较深大的塌坑、土洞。 ③ 强夯法：用于消除土体厚度小，地形平坦的土洞； ④钻孔充气法：设置通风调压装置，破坏岩溶封闭条件，减小冲爆塌陷发生的机会。 ⑤ 灌注填充法：用于埋深较深的溶洞。 ⑥ 深基础法：用于深度较大，不易跨越的土洞，常用桩基工程。

⑦ 旋喷加固法：浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，（厚10～20m即可），其上再设筏板基础。3．3非工程性的防治措施 1. 开展广花盆地地面塌陷的风险评价。 2. 开展广花盆地地面塌陷的试验研究，找出临界条件。 3. 增强防灾意见，建立防灾体系。 广花盆地地面塌陷的防治尽管难度较大，但只要因地制宜地采取综合的措施，广花盆地地面塌陷灾害是可以得到有效控制和防治的。