廣州市金沙中學地面沉降成因分析及防治對策

郭 宇，鄭小戰，黃健民，陳建新，陳小月

(廣州市地質調查院，廣東廣州 510440)

廣州市金沙中學地面沉降成因分析及防治對策

郭 宇，鄭小戰，黃健民，陳建新，陳小月

(廣州市地質調查院，廣東廣州 510440)

系統分析了廣州市金沙中學地面沉降的成因，研究結果表明，金沙中學脆弱的地質環境條件是該地區地面沉降地質災害頻發的內在因素，而武廣客運專線金沙洲段隧道施工等人類工程活動是誘發因素。建議今后工程項目選地盡量避免地質環境脆弱帶，并嚴禁過量抽排地下水。

地面沉降;構造斷裂;地下水;防治對策

0 引言

金沙中學位于廣州市白云區金沙洲的中部，西南方向為西環高速的沙貝立交橋，同時武廣高鐵金沙洲隧道也從其西部地下通過。2007年以來，金沙中學陸續發生了較為嚴重的地面沉降地質災害，導致金沙中學教學樓、食堂、體育館和操場等相繼發生傾斜、變形和開裂(照片1)，嚴重威脅了師生的人身安全。為了全面查明引發地質災害的原因，筆者利用勘探和監測數據資料，結合前人研究成果［1－6］，從金沙中學地面沉降的各種變形現象著手，深入分析引發金沙中學一帶地面沉降的成因機理，并對地面沉降提出防治對策。

1 區域地質概況

1.1 地理位置

金沙中學位于金沙洲的中部。金沙洲東臨珠江白沙河，與廣州市羅沖圍隔水相望;北部、西部及南部與南海里水、洲村、白沙村等接壤，總面積約8.26 km2。金沙洲地處珠江三角洲北部邊緣地帶，地面標高5.2～125.0 m，地貌類型為低丘陵和平原地貌，場地起伏較大，總體上西北高、東南低。

1.2 水文地質條件

區域水文主要受珠江干流控制，局部受流溪河影響;金沙洲地表水系發育，西部低丘間有成片的山塘，是區內主要蓄水工程;東部有珠江水域，中部有橫沙涌、平樂南涌、泌沖涌多條河涌，總體流向自北西向南東。三條河涌的徑流、排泄條件相對獨立，這些河涌不僅是金沙洲西側主要蓄水山塘的排泄通道，同時也是區內地下水重要的補給來源。區內的地下水補給來源主要為大氣降雨和地表水體入滲，處于自然環境狀態時，區內西部的地下水從北西低丘向南東平原流動，到達平原中部受到弱透水的測水組地層條帶阻隔，再順地勢由高向低，即由北東往南西方向流動，最后排泄于珠江。

目前由于工程的影響，研究區內地下水流場改變，從而引起地下水位持續下降，特別是巖溶裂隙水與上部孔隙水有密切聯系的覆蓋型巖溶區，孔隙水壓力減小致使出現程度不同的塑性變形或永久變形。巖溶裂隙水的含水層由灰巖和白云質灰巖組成，地下水呈承壓狀態，在巖溶發育地段富水性好，在巖溶弱發育地段，富水性差，含水層頂板標高一般為 －2.02～－12.93 m，水位埋深2.40 ～6.20 m，水位標高4.76 ～6.34 m。上部孔隙水以潛水為主，局部分布有弱承壓水，含水層厚度一般為4.2 ～8.3 m，平均為 4.6 m，水位埋深1.3 ～3.77 m，水位標高4.27 ～6.98 m，富水性中等。

1.3 地質災害特征

區內地面沉降雖未造成人員傷亡，但導致建筑物不同程度開裂、變形和沉降，道路及學校操場等公共設施嚴重變形或損壞，如金沙中學操場下沉嚴重，地面呈波浪狀，嚴重影響使用功能，部分教學樓嚴重開裂、變形(照片1)，師生被迫撤離。

1.4 地層巖性及構造條件

照片1 金沙中學地面沉降現狀Photo 1 Status quo of land subsidence in Jinsha high school

金沙洲一帶的地層由老至新有石炭系、白堊系和第四系，并有小面積侵入脈巖分布(圖1)。其中石炭系由老到新又分為大賽壩組、石蹬子組、測水組和壺天群;大賽壩組砂礫巖、粉砂巖、粉砂質泥巖分布于金沙洲西部殘丘一帶，面積約2.68 km2;石磴子組灰巖分布于榮基里—新社區—金沙洲北部一線及富力地塊—金域藍灣一帶，被第四系松散土體所覆蓋，屬覆蓋型巖溶區，面積約3.0 km2，地面沉降地質災害主要分布在石蹬子組灰巖分布區(圖2);石磴子組與上覆測水組呈整合接觸，與大賽壩組呈斷層接觸，與東南部的白堊系呈不整合接觸;測水組大致呈北東向條帶狀展布于金沙洲北部的橫沙村、沙貝村及沙鳳村鳳岡，除橫沙村剝蝕殘丘的削坡地帶見露頭外，其余地段均隱伏于第四系之下，面積約0.92 km2;壺天群灰巖分布于金沙洲環洲一路、金沙洲公園、源林花園、向南街2－238號小區一帶，隱伏于第四系之下，面積約0.466 km2;大塱山組巖層在金沙洲南部小面積分布，向南延伸至佛山南海黃岐，超覆于石炭系之上，隱伏于第四系之下，金沙洲區內分布面積約0.565 km2。

受區域構造影響，區內小型褶皺及北東向斷裂構造發育。主要發育5條北東向斷裂(F1－F5)及2條北西向斷裂(F6－F7)，其中 F3、F4和 F5屬分支復合張性斷裂，切割平原地帶石蹬子組和壺天群灰巖;北西向斷裂F6和F7規模較小，均分布在低丘陵地帶(圖1)。金沙中學被F3隱伏斷裂穿過，屬沉崗斷裂的次級斷裂，該斷裂在金沙洲北端與沉崗斷裂交匯。F3斷裂穿越金沙洲中部，展布于潯峰圩—路南輔道—金沙中學一線，已經鉆孔和前期工程驗證。斷裂走向約50°，傾向北西，傾角約60°，屬逆斷層，隱伏于第四系之下，斷裂經過的基巖層主要有下石炭統石磴子組灰巖。

2 地面沉降成因分析

根據金沙洲區內地面沉降的實際情況，金沙洲地面沉降的成因機理主要為抽水—地面沉降機理。一方面，由于武廣客運專線金沙洲隧道施工過量抽排巖溶地下水，使得區內地下水位持續下降，孔隙水壓力減小，但土體承受的總壓力不變，因而有效應力增大，導致軟弱土層呈現出被壓縮的狀態;另一方面，含水層頂板軟弱土層內的結合水產生向含水層的滲流，導致軟弱土層固結，出現程度不同的塑性變形或永久變形。

圖1 金沙洲地區基巖地質圖Fig.1 Geological map of bedrock in Jinshazhou area

圖2 金沙洲地面沉降等值線圖Fig.2 Contour map of land subsidence in Jinshazhou

2.1 內在因素

金沙中學地面沉降勘察資料表明，在F3斷裂通過的影響下金沙中學基底巖石局部地段異常破碎，其中鉆探揭露土洞5個，溶洞18個。從巖體破碎情況及巖溶發育程度分析，石磴子組和壺天群的碳酸鹽巖裂隙、溶洞發育，巖溶作用強烈，大賽壩組和測水組泥質灰巖裂隙發育程度相對較弱，巖溶發育程度相對較差;就區域構造特征而言，金沙洲一帶斷裂發育，灰巖易破碎、開裂，為巖溶發育提供了良好的地下水運移通道。金沙洲區內五條北東向的斷裂和兩條北西向的斷層構成巖溶發育的大型裂隙網絡介質，基巖地下水經這些裂隙介質總體上自北向南滲流，主要在斷層破碎帶及其影響范圍內形成地下水的強徑流帶，長期的地下水強徑流循環作用，造成斷層破碎帶大裂隙分布地段巖溶發育程度高。

2.2 誘發因素

金沙洲區內的地下水排泄方式主要為蒸發排泄、人工開采和徑流排泄等三種。天然狀態下地下水開采方式為民井開采，開采量較小，故排泄方式以徑流排泄為主，地下水最終排泄于珠江水系;根據廣州市地質調查院的調查和地下水動態監測資料，2006年8月武廣客專金沙洲段隧道開工以來，受隧道施工抽排地下水的影響，次年便發生了明顯的地面沉降。自2007年4月以來，金沙洲區內地下水流場發生明顯的改變，地下水形成以ZK1002監測孔及金沙洲隧道2#豎井(位于1#豎井正南約800 m處)為中心的兩個降落漏斗(圖3)，其中西部水文地質單元的地下水主要向ZK1002監測點附近的隧道涌水點排泄，部分地下水仍由北東向南西排泄于珠江;東部水文地質單元的地下水主要向金沙洲2#豎井附近的隧道涌水點排泄，部分地下水仍由北西向南東方向流動，最終排入珠江。

圖3 金沙洲地下水位等高線圖Fig.3 Contour line of groundwater level in Jinshazhou

金沙洲地下水流場的改變受金沙洲發育的北東向張性斷裂影響明顯，斷裂與巖溶裂隙相連通形成強徑流帶;強徑流帶具有飽水、高透水性的特征，且方向性強，形成明顯的地下水流通道;地下水沿斷裂破碎帶徑流通暢，斷裂直接影響著地下水的補、徑、排條件。結合地面沉降等值線圖(圖2)分析不難看出，在地下水坡降較大的斷裂帶或斷裂交匯部位，沉降量也較大。這也是因為斷裂通過地帶可溶性巖石破碎、巖溶裂隙發育，在地下水劇烈波動時，并且第四系松散巖類孔隙水含水層與巖溶水含水層之間發生連通，兩者發生水力聯系時，地下水水力坡降大，特別是在巖溶洞隙相對發育處如斷裂交匯部位，成為該沉降區地下水降落漏斗中心，地下水水力坡降達到最大，由此表現出地面沉降中心與地下水降落漏斗中心具有一致性的特點。

3 防治建議及結論

3.1 防治對策

金沙中學地面沉降的形成主要受地層、巖溶發育程度、地質構造、水文地質條件、人類工程活動等因素控制與影響。其中地下水最易受人類工程活動而發生改變，軟弱土體在地下水波動的誘發下，容易失水固結或產生“流土”現象，從而誘發地面沉降。金沙中學的地質災害具有累進性、隱蔽性，形成機理復雜和突發性的特點。為有效防治地質災害，避免與降低地質災害帶來的損失，達到防災減災目的，根據金沙中學一帶覆蓋型巖溶發育特點，從地面沉降的累進性特點和長遠經濟發展的角度出發，金沙中學的地質災害防治應堅持“預防為主，治理為輔，防治結合”的原則，其中重點是預防為主，強調在沉降發生前采取切實可行的措施降低抽排地下水等人類工程活動對其的影響，防止沉降的發生。

3.2 結論

金沙中學脆弱的地質環境條件是該地區地面沉降地質災害頻發的內在因素，而武廣客運專線金沙洲段隧道施工排水，引起地下水位急劇下降等人類工程活動是外在直接誘發因素。為了防止此類地質災害再次發生，今后工程項目選址應當盡量避開地質環境脆弱地帶，同時在建設過程中嚴禁過量抽排地下水。政府管理部門應加強管理，監督到位，正確引導，大力宣傳，爭取將地質災害所帶來的損失降到最低。

［1］ 張永定，張澄博，李洪藝，等.廣州市西北區巖溶分布規律淺析［J］.熱帶地理，2011，31(3):257 －261.

［2］ 劉江龍，吳湘濱，申志軍.廣州市地面塌陷分布特征與人為致災因子分析［J］.中國地質災害與防治學報，2008，19(3):64 －68.

［3］ 蘇扣林，黃永貴，鄭小戰.廣州市荔灣區大坦沙巖溶地面塌陷成因及其穩定性評價［J］.熱帶地理，2012，32(2):167 －172.

［4］ 符詩存，張建國.廣州市地質災害現狀與防治對策［J］.中國地質災害與防治學報，2008，19(3):92 －95.

［5］ 黃健民，鄭小戰，陳小月，等.廣州金沙洲廣州大學附屬實驗學校地面沉降形成機理研究［J］.熱帶地理，2012，32(4):338 －343.

［6］ 李國和，荊志東，許再良.京滬高速鐵路沿線地面沉降與地下水位變化關系探討［J］.水文地質工程地質，2008(6):90－94.

(責任編輯:陳文寶)

Analysis of Land Subsidence and Prevention Countermeasures in Jinsha High School，Baiyun District of Guangzhou City

GUO Yu，ZHENG Xiaozhan，HUANG Jianmin，CHEN Jianxin，CHEN Xiaoyue
(Geological Survey of Guangzhou，Guangzhou，Guangdong 510440)

Systematic analysis of the causes of ground subsidence in Jinsha high school was studied based on the field survey.Results showed that fragile geological environmental conditions in Jinsha high school is the internal factor results to ground subsidence and human engineering activities of the Wuhan-Guangzhou high-speed rail tunnel excessive pumping of groundwater is a predisposing factor.Finally，the corresponding countermeasures and suggestions were discussed for prevention and control of geological hazard.

land subsidence;structural faults;groundwater;control countermeasures

P642.26

B

1671－1211(2013)06－0786－04

2013－01－24;改回日期:2013－08－16

廣州市白云區金沙洲巖溶地面塌陷、地面沉降地質災害調查探測與監測 (ZX2012411007008)。

郭宇 (1984－)，男，工程師，博士，水文地質與工程地質專業，研究方向為環境地質。E－mail:174563241@qq.com