長沙的三種人造“天坑”

童潛明

長沙市近年來年年都發生地面塌陷，似有愈演愈烈之勢，在國內稱得上是嚴重地區。究竟是什么樣的自然原因和人為因素將長沙變成了一座“偽天坑”之城？

近年來，不少媒體對各地發生的地面塌陷大都以“天坑”報道，但是天坑在巖溶學上有嚴格的界定，是指自然作用使溶洞塌陷形成的桶狀負地貌，可分為溶蝕天坑和塌陷天坑兩類，其深度在60—100米以上，寬度與深度之比一般為1。據此媒體紛紛報道的所謂“天坑”，沒有一個是真正的天坑。

地面塌陷是指地表巖、土體在自然或人為因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質現象，當這種現象在有人類活動的地區，便可能成為一種地質災害。

長沙市近年來年年都發生地面塌陷，似有愈演愈烈之勢，在國內稱得上是嚴重地區。究竟是什么樣的自然原因和人為因素將長沙變成了一座“偽天坑”之城？

人造的三種塌陷

地面塌陷發生的背景分自然背景和人為背景，前者是指能夠形成洞（孔）穴的巖土體，后者是指人類的生產活動。長沙市地面塌陷的特定自然背景包括兩方面，一是有石灰巖等碳酸鹽巖層，主要分布在寧鄉縣，其次在望城區的坪塘鎮和雷鋒鎮、長沙縣的跳馬鎮、瀏陽市的官渡至市區一帶，長沙市區的石灰巖則賦存于地下不同深度處，如天心區人民路省地質勘查開發局院內203.5m以下為石灰巖、天心區毛粟坡省經濟管理干部學院院內314.09m以下為石灰巖、五一廣場在修建湘江一橋工程地質勘查及近年為修建地鐵時見到的石灰巖；二是第四系松散沙泥質沉積，特別是在長沙市區內的人工填土。地面塌陷的特定人為背景，一是礦產開采和抽排地下水；二是城區市政建設中反復進行的人工填土。

從長沙歷來年的塌陷形成原理來看，主要有以下三種類型。

類型一：采礦抽排地下水的地面塌陷。以寧鄉縣開采煤礦最嚴重，該縣煤炭壩煤礦的煤為優質動力用煤，頂、底都為石灰巖。1980年代中期產量達150萬噸/年，本世紀以來產量達180萬噸/年，隨著開采深度的加大，排水量增大，地下水降落漏斗加大。例如1971年采深為—120m水平，水位降深187m，平均排水量6683噸/小時，地下水降落漏斗范圍為300平方公里；到2007年采深達到—350m水平，水位降深達417m，平均排水量11727噸/小時，地下水降落漏斗擴大到510平方公里。

排水引起的地面塌陷的機制，目前比較公認的主要是“潛蝕論”和“真空吸蝕論”。潛蝕論是說由于抽排地下水引起地下水位大幅度降落，使石灰巖含水層上覆的土層中水力坡度和流速增大，水的動能帶走泥沙的潛蝕力增強，當水力坡度超過臨界值時，土體中形成土洞，土洞進一步發展便產生地面塌陷。“真空吸蝕論”是指具有良好隔水性的上部土層使其下的石灰巖含水層處于封閉狀態，抽排地下水當水位快速下降到土層界面以下時，便在石灰巖層的地下水位與土層面之間形成“真空”，它具有強大的抽吸性，使上覆土層受到吸蝕形成土洞而進一步發展成塌陷。煤炭壩地區廣泛分布在田土中的塌陷主要是抽排地下水由“潛蝕”和“真空吸蝕”形成的土洞進一步發展成地面塌陷，而由于溶洞垮落的塌陷不是不可能，但為數不會多。

類型二：礦產開采的采空區塌陷。采空區塌陷受開采范圍和深度限制，它只發生在淺部采空區范圍以內，如炭壩地區在淺部采煤時有采空區地面塌陷，而目前所發生的大量地面塌陷不是采空區塌陷。長沙市近年比較嚴重的采空區塌陷發生在望城縣雷鋒鎮的謝家橋，該處地下開采石灰石，于2011年2月發生塌陷，直至2011年7月仍有塌陷，范圍1000m2以上，道路毀壞，住戶搬遷。2009年3月21日長沙縣跳馬鎮蘆荻塘村和2005年江背鎮冷水沖因開采石灰石發生的地面塌陷也屬此類。

類型三：市政工程建設引起的地面塌陷。主要發生在長沙市區內，可分5種情況：一是在石灰巖分布處及其附近的工程施工抽排地下水的潛蝕作用形成。如2010年11月29日營盤路毛家飯店附近因修過江隧道出現的直徑10m、深6—7m的塌陷。二是廢棄的地下管道未妥善處理在交通要道地面下形成一個空洞，因不堪重負而垮塌成坑，如2012年7月5日湘江中路南湖路口一輛寶馬車掉入其中造成三傷一死即是。三是地下管道出現破裂漏水，沖刷地基逐漸有如潛蝕作用形成土洞而發展為地面塌陷，2012年2月17日長沙縣東升路因地下排水管道漏水形成地面塌陷即是典型一例。四是道路地面硬化時，路基未夯實發生沉落，若有水流滲入沖刷就造成空洞而垮塌，此類地面塌陷在雨季時有發生，例如2012年2月17日東塘北、2012年8月9日香樟路女子監獄附近、2012年5月13日南湖路口小區門口等。五是還有一些地面塌陷是“備戰備荒”時期民修防空洞的垮塌，如2010年10月烈士公園紀念塔東側的塌陷。

市政建設尤須防“被坑”

長沙市三類地面塌陷的危害程度在不同地區是不同的。采礦抽排地下水對寧鄉煤炭壩煤礦地下水降落漏斗范圍內，特別是地下水降落漏斗近邊部石灰巖分布區，只要繼續強排水采煤，地面塌陷將繼續發生，且隨著漏斗范圍的擴大而擴大，要預防首先要研究地面塌陷的形成機制及發生規律，在此基礎上進行預防工程措施：其次干旱季節結束和雨季來臨要加強監測。

至于長沙市郊采石灰石引起的地面塌陷，只影響局部，在進行嚴格的采礦環境評估后，其影響可以消除。長沙市區內的地面塌陷因石灰巖含水層埋藏深，地下水不是長沙市供水水源，由潛蝕和真空吸蝕引起的地面塌陷，除一些有石灰巖埋藏淺的局部地區外基本不會發生。

重點是市政工程建設中發生的地面塌陷。隨著近年來長沙經濟飛速發展，市政工程的建設日趨頻繁，再加上其與城市居民生活的“零距離”，所以往往最容易形成重大危害，引發最多的關注。

對于市政工程建設中的地面塌陷，預防最重要的手段一是搞清廢棄的較大型管道的分布；二是工程建筑時填土必須夯實；三是應用物探方法的“道路隱患掃描儀”，探測地面以下淺部的脫空區或虛弱區，針對不同隱患采取措施，那么市區經常發生的地面塌陷就可以杜絕。

鏈接

近3年來長沙部分路面塌陷事件

2010年8月，銀盆南路和瀟湘路交叉處的人行道上突現直徑40厘米左右的小坑，很快成了一個直徑3米、深2米的大坑，開始危及機動車道。

2010年7月，溫家寶總理視察寧鄉縣大成橋鎮路面塌陷。

2010年10月，烈士公園紀念塔東側塌陷。

2010年11月29日，營盤路毛家飯店附近出現直徑10m、深6—7m的塌陷。

2011年2月，望城區雷鋒鎮謝家橋發生塌陷。

2012年2月17日長沙縣東升路因地下排水管道漏水形成地面塌陷即是典型一例。

2012年7月5日，湘江中路南湖路口一輛寶馬車掉入其中造成三傷一死即是

2012年8月9日，香樟路女子監獄附近發生塌陷。