广佛地铁施工引发地面沉降的成因机制分析

摘 要：广佛地铁海八路段施工时，附近发生片区性的地面沉降地质灾害，导致大片的厂房和道路损坏。根据现场地质灾害勘查成果，分析该地质灾害的形成原因及机制。

关键词:地铁；排水；地面沉降；软土；砂层

中图分类号：U231+.3文献标识码：A文章编号：

2009年6月以来，佛山市南海区桂城街道办夏北片区中的聚龙北工业区和聚龙南工业区一带出现明显的地面沉降地质灾害和局部的地面塌陷地质灾害，至2009年11月，地面沉降严重区达340000m2，受影响厂企26家、私人房屋4家，总建筑面积约为90000 m2。据南海区政府有关部门提供的初步统计数据，直接经济损失约4500万元。该区地质灾害灾情属特大型，险情等级属大型。

1.灾害区概况

地面沉降地质灾害区位于海八路南缘，平面形态呈矩形，东起五丫口大桥，西至海八路厦北加油站，东西长约1400米，南北宽约400米。广佛地铁由东向西从灾害区与海八路之间穿过。灾害区位于珠江三角洲腹地，地貌类型为平原，地形起伏不大，海拔高度一般为1.0～4.0m。灾害区北侧500米有佛山水道经过，东侧100米内有五胜河经过，灾害区内有条小河涌由东向西穿过灾区中部。地铁以北为海八路和空地，地铁以南由东向西分别为聚龙南工业区、厦北村和聚龙北工业区。地面沉降的重灾区主要为聚龙南工业区和聚龙北工业区。两个工业区内的厂房一般为砖混结构，桩或地梁浅基础，多建于二十世纪八九十年代。

2.地质环境条件

2.1 地层岩性

灾害区内地表被第四纪桂州组覆盖，为三角洲海陆交互相沉积地层，由淤泥、粘土、粉细砂、中粗砂组成，夹贝壳层；底部为河流相褐黄色中粗砂，含砾石。下部有古近纪心组的钙质泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩和大山组的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩和长石砂岩。

2.2 地质构造

灾害区处于佛山沉降区，地表被第四系覆盖，基岩中北北东向断裂和北西向断裂比较发育。根据多年来的岩土工程勘察钻孔资料，灾害区周边的主要断裂有北北东向的沙涌―山紫断裂、岗西断裂、岗东断裂、五丫口桥断裂和北西向范湖―沙湾断裂。灾害区内发育有3组北北东向的岗东断裂的次生断裂和3组北西向的次生断裂；断裂带内基岩破碎，风化强烈，钻探施工中孔内漏浆严重。

2.3 水文地质条件

灾害区及附近3km范围内皆为平原区，地表第四系覆盖率高，砂层分布较为广泛，但粒径变化较大，且厚度分布不均；下伏基岩主要为“红层”碎屑岩，基岩裂隙发育程度较差，局部受断裂构造的影响，基岩较破碎。总的来说，勘查区地下水赋存条件较好。

灾害区及附近范围地势平坦，地下水的补给方式主要有：降雨入渗补给、地表水（河流、涌沟等）下渗补给、地下径流侧向补给等。天然条件下，降雨入渗补给是灾害区及附近范围地下水的主要补给来源，地下水动态变化与降雨量密切相关。松散岩类孔隙水水位埋深一般1～2m，水位动态变化幅度为0.45～1.50m。

根据2003年广佛地铁前期工程地质勘察资料，灾害区地下水水位埋深为0.60～2.50m（2003年8～10月），而本次地铁施工期间（2009年8～10月），区内地下水水位埋深为1.24～6.55m，较2003年同期下降约0.64～4.05m，远远超出地下水水位在天然条件下的变化幅度（0.45～1.50m），说明灾害区地下水位已被人类工程活动所改变。在空间分布上越近地铁基坑水位越低，地下水有向地铁基坑汇流的趋势。

2.4 工程地质条件

根据沉积年代、成因、岩性及物理力学性质的差异，将地灾勘查区岩土体自上而下划分为19个工程地质层，各层特征分述如表1：

表1各岩土层工程地质特征

由上表可见，勘查区岩土体分层多，区域变化大，岩土工程地质条件复杂。其中第4、7、10、14层为淤泥类土，以第4、10层最发育，厚度较大，分布较广。由于该软土层属高压缩性、含水量高、高孔隙比和低强度、低渗透性软土，工程性质极差，在地下水位突然下降时，会增加土体的有效应力，改变了软土的排水路径，造成软土失水固结沉降，形成较大沉降量，从而产生地面沉降地质灾害。第5、9、13层为主要砂层，是良好的含水层和透水层，这些砂层，分布广，透水性好，且分布于淤泥和淤泥质土之间，若地下水位变化或地面加载，都可能使它们变成软土层的天然排水通道，有利于其固结沉降，引发地面沉降地质灾害。基岩以长石砂岩、泥质粉砂岩、砂岩和泥岩等为主，工程性质较好，但其中的断裂破碎带、强～中风化长石砂岩及其上覆盖的砂层，为地下水的流动提供了良好的通道。

3.地面沉降成因及机机制分析

灾害区由于软土发育，为地质灾害的发生提供了基础条件。

灾害区处于南亚热带季风型气候区，降雨丰富，年平均降雨量1657.3mm，最大年降雨量2343.8mm（2008年），最少年降雨量1045mm（1991年），每年4～9月份雨量最多，降雨量约占全年的80%。而2009年前10个月总降雨量为1247.5mm，且月降雨量与历年月平均降雨量分布具有一定的相似性，说明2009年降雨量属正常范围，大气降水不会剧烈改变灾害区的正常地下水位。

系统的水文地质调查表明，勘查区内及附近，除广佛地铁（金龙明挖段和夏北出入段）深基坑开挖施工可能引起地下水下降外，无其它单位或厂矿开挖深基坑或大规模抽排地下水。同时，地灾勘查区水位较低处，多分布在地铁基坑附近，或者分布于与地铁基坑有砂层连通的较远区域。水位的升降随地铁施工进度不同而不同：2009年9月地灾勘查区地下水位埋深为1.20~6.55m比2003年9～10月地下水位0.60～2.50m下降了0.60～4.05m，说明地灾勘查区地下水水位降幅明显；2009年9月～10月，地铁基坑大部分回填，在周边地下水的补给下，地灾勘查区地下水位逐渐上升。因此，可断定地灾勘查区前期地下水位下降由广佛地铁施工引起。

地质灾害的形成机制为：广佛地铁施工过程中，由于基岩破碎，砂土发育且联通性好，再加止水措施失效，因此不得不大量抽排地下水来降低水位，导致整个灾害区地下水位大幅下降。土体中地下水的流失导致软土、砂土的压实、固结，从面诱发了地面沉降。

4.结论

佛山市南海区桂城街道办夏北片区中的聚龙北工业区和聚龙南工业区一带出现的特大型地质灾害的成因为：广佛地铁施工时，由于软土、砂土发育，基岩破碎，止水措施失效，遂大量抽排地下水来降低水位，从而引发大面积的地面沉降。