虹橋商務區核心區域地質災害隱患預防監測與分析

張東杰，秦振偉

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虹橋商務區核心區域地質災害隱患預防監測與分析

張東杰1，秦振偉2

（1.上海地礦工程勘察有限公司，上海 200072；2.上海申元巖土工程有限公司，上海 200040）

上海地區深基坑工程、軌道交通等重大工程集聚地，大型商業CBD、城市功能中心等是地質災害易發區。地質災害應急管理工作考量區域建設活動和人工活動的強度和密度，選擇開發程度高、項目類型多、地下空間開發力度大、人工活動頻繁的區域，作為典型區域進行地質災害隱患預防監測，對于研究典型區域內地質災害隱患發展趨勢，掌握區域地質災害隱患長期發展規律，完善區域地質災害隱患預防措施十分必要。本文以2012—2014年虹橋商務區核心區域的監測數據為基礎，以地表沉降數據為主進行研究，發現大量地下工程同時施工，對區域地質環境影響明顯，導致的地面沉降危害逐漸顯現，危害程度逐漸增大。

典型區域地質災害；虹橋商務區核心區域；預防監測規律研究

0　前言

伴隨著上海市“四個中心”建設，必將面臨新一輪的城市建設重點規劃、地下空間開發，工程建設活動將向密集、縱深方向發展，城市地面沉降等地質災害一直存在。目前，上海市主要存在的地質災害類型有：地面沉降、邊坡失穩、水土突涌、地面塌陷等，這些地質災害現象多由人類建設活動引發而非自然災害（王新朝，2009）。上海地區地質環境脆弱，基坑工程、軌道交通和越江隧道等重大工程建設集中地，以及商業、城市功能中心，歷史上多發工程性地質災害。在工程建設過程中，由于土體開挖、頂掘、降水等作用，容易發生基坑坍塌、地面塌陷、邊坡失穩、水土突涌等災害事故，從而嚴重影響城市公共安全和基礎設施運行安全，干擾城市居民生活（劉傳正，2009；龍邦成，2014；王軍等，2003）。如：陸家嘴金融貿易區地下空間開發程度非常集中，虹橋商務核心區正在實施大規模工程建設，而前灘城市副中心作為“后世博”開發地區，被列入上海“十二五”期間重點推進區域，大規模的建設活動將陸續開展，各種工程項目實施以及軌道交通等項目運營，均易引發地質災害，從而嚴重影響城市運行安全（汪清忠，2015）。上述典型區域在施工及后續運行期間，迫切需要開展地質災害專項巡查與預防監測工作。

為加強城市地質環境保護，選擇重點建設區域開展地質災害專項巡查和預防監測工作，排查地質災害及其隱患形成、分布與動態變化，調查工程建設活動及人為活動對地質環境的影響與作用，開展地質災害的地理市情要素監測，符合地質災害應急管理和地質災害防治的相關政策法規要求，是城市地質工作的重要工作抓手，能夠有效地保護地質環境和保障城市公共安全（易喆等，2015）。

本項目自2012年開始，對調查區域進行連續監測，經過3年的監測工作，初步掌握區域內地質災害隱患發展趨勢和長期發展規律，完善了區域地質災害隱患防治措施，積累了基礎監測數據及實物照片等資料，對于地質災害防治工作具有重要的指導意義。

1　區域地質災害隱患預防監測組織與實施

1.1地質災害監測范圍

虹橋商務區核心區域規劃總用地面積約為1.4km2，由10幅商辦地塊組成，東側緊鄰樞紐本體，西至嘉閔高架，南至建虹路，北至揚虹路。測區地形平坦，地面標高一般在4～5m之間。嘉閔高架與申濱路之間為北橫涇，河面寬度30m左右。軌道交通2號線東西向穿越測區，隧道頂一般埋深16m左右。由于現場大量工程建設施工，東西向道路基本未建設或封閉，測區主干道為南北向的申濱路、申長路、申虹路。

1.2地質災害監測內容

區域地質災害預防監測內容包括地質災害隱患巡視檢查、地面沉降監測、深層地表沉降監測、土體深層側向變形監測、地表裂縫監測和基坑周邊地下水位監測。

1.3地質災害監測組織與實施

在監測區域內布設加密控制網并按照實施方案布設監測點（孔），按每月一次的觀測頻率進行周期性、連續性觀測，該工作以一年為一節點，連續觀測3年。

高程控制網布設力求做到既經濟合理、方便施測又能保證控制精度。在高程控制網設計上，緊緊圍繞地質災害預防監測主線，以首先滿足地質災害變形觀測點的精度要求為目標。為保證控制網精度和經濟性，避免測區內較大車流、客流影響，以及施測不影響交通原則，采取一次性布設二等水準高程控制網覆蓋至整個測區的設計方案。

本項目采用J14基巖標點作為高程的唯一起算點，平差計算和精度評定結果表明：高程控制網的可靠性和穩定性較好，完全滿足地質災害預防監測的要求。

高程控制網施測按GB/T12897-2006《國家一、二等水準測量規范》中二等水準測量的有關技術要求嚴格執行，高程控制網復測頻率為1次/月。每次外業觀測結束，均采用水準測量平差軟件，進行傳統經典網整體平差計算，獲得各待定點和變形觀測點平差值，評定每次監測結果精度，形成各期高程控制網水準觀測每公里偶然中誤差統計表。

2　區域地質災害隱患預防監測數據分析

本次地質災害隱患監測空間變形數據從虹橋商務區核心區域地質災害監測數據庫中提取，剔除異常數據后進行整體差值計算，進行區域空間變形特征分析，由于篇幅所限，本文主要分析區域隱患地質災害調查資料及部分地表監測斷面。

2.1地質災害隱患調查

對于虹橋商務區核心區域地質災害隱患情況，通過資料收集調查，現場巡查，常規監測等手段進行預估、預判和有效預防。資料收集調查貫穿地質災害隱患預防監測工作，包括區域工程地質資料、建設規劃、建設進度、施工狀況等，是預防監測工作策劃、實施和數據分析不可或缺的工作內容；現場巡查是對區域地質災害隱患調查的現場實施，對肉眼可見的地質災害隱患進行辨別和跟蹤觀察；常規預防監測則是對肉眼無法察覺的地質災害隱患通過變形數據的變化量、速率和規律分析，進行甄別、監視和對巡查的情況提供數據支持。

虹橋商務區核心區域2012年上半年度只有少數基坑在施工，地面沉降主要集中在幾個施工項目周邊，區域整體地面沉降并不十分突出，隨著各地塊在2012年底陸續進場施工，地面沉降開始由點及線，由線及面。到2013年底，隨著工程項目的增加，周邊地表裂縫出現明顯增多、擴大的趨勢，2014年，隨著工程項目地下基坑工程的減少，周邊地質災害隱患逐漸有所減少。

2.2地質災害隱患預防監測數據

（1）監測數據統計

經過2013年大量基坑開挖施工之后，地面沉降開始由點及線，由線及面，由面及域，不同地塊周邊的地面沉降開始呈現明顯的趨同趨勢，區域外圍非施工區域地面沉降呈現持續下沉趨勢。2014年上半年虹橋商務區核心區域共計有17個項目基坑施工，其中有4個基坑進行土方開挖，其余基坑均進入地下結構回筑或上部結構施工。由于現場東西向道路基本全部封閉，2014年的主要監測對象依然是南北向的申濱路、申長路、申虹路三條主干道的地面沉降，輔以現場巡查、水位監測、測斜等資料。通過2014年度匯總的沉降監測數據分析，虹橋商務區核心區域在2014年各區域沉降對比逐漸減弱，區域性整體沉降規律開始逐漸顯現，個別基坑周邊依然存在數據快速變化現象。

通過對2013年和2014年24個月監測匯總數據進行統計，可以得出以下統計數據：①累計沉降量在1～30mm區間的點數共有47個，分布區域主要集中在申虹路地下結構空間上部道路、軌道交通2號線上部道路以及區域外圍無施工區域；②累計沉降30～60mm區間的點數共有89個，分布區域主要集中在進行圍護結構施工區域道路；③累計沉降在60mm以上區間的點數共有93個，分布區域主要集中在去年沉降突出區域道路及今年已進行土方開挖基坑周邊區域道路。

（2）監測典型數據

虹橋商務區核心區域在2014年基本進入基坑開挖尾聲，群基坑環境之下區域地面沉降變化進入后期影響階段，部分地塊處于基坑開挖階段，周邊地面沉降數據容易出現快速變化。綜合基坑開挖收集到的坑外地下水位以及巡視巡查發現的地面塌陷、上街沿破損等情況，可以分析得出區域內典型路段地面變形的一般規律，即：基坑開挖施工對周邊環境會產生較大程度的影響，影響的范圍與時間均較為持久。在群基坑環境下，基坑降水及開挖施工造成的影響可以疊加，進而對區域地面沉降造成顯著的影響，在區域內形成各種不同的地質災害隱患，威脅道路下方的地下管線及相關市政設施。

根據區域內監測點沉降變化規律，選擇具有代表性的監測斷面，對區域不同位置與工況條件下的沉降變化規律進行歸納與分析。選擇的典型監測斷面與特征分析如下：DB2與DB102監測斷面：區域北側外圍無施工區域沉降變化（圖1、圖2）；DB9監測斷面：申濱路DB9監測斷面在D04a基坑施工過程中沉降變化（圖3）；DB14與DB76監測斷面：申濱路與申長路頂管施工區域地面沉降變化（圖4、圖5）；DB88監測斷面：D10與D17基坑先后施工申長路DB88沉降變化（圖6）。

DB2監測斷面位于申濱路北端，靠近揚虹路高架，DB102監測斷面位于申長路北端，靠近揚虹路高架，這兩個監測斷面的數據反映了無施工區域地面沉降變化與區域大面積施工典型相關。

通過圖1、圖2可以看出，2012 年8 月—2012 年12 月沉降變化不明顯，該時間段虹橋商務區核心區域未大面積施工，區域外圍監測點沉降變化量較小，自2013 年1 月開始，區域地塊全部進入施工狀態，區域外圍地面沉降開始出現明顯的下行趨勢，表明區域大面積施工對區域周邊產生了輻射影響。2014 年度，沉降變化速率有所收斂，但是沉降態勢依然存在，表明區域性整體沉降依然在發展與變化過程中，各類地質災害隱患依然不容忽視。截至2014 年12 月，DB2 監測斷面累計沉降最大達到83.04mm， 點號DB2-1，年沉降變化最大達到46.01mm，點號DB2-3；DB102 監測斷面累計沉降最大達到53.30mm， 點號DB102-3，年沉降變化最大達到23.53mm，點號DB102-3。

圖1　申濱路DB2 監測斷面沉降變化曲線圖Fig.1 Settlement Curve of DB2 Monitoring Section on Shenbing Road

圖3　申濱路DB9 監測斷面沉降變化曲線圖Fig.3 Settlement Curve of DB9 Monitoring Section on Shenbing Road

圖5　申長路DB76 監測斷面沉降變化曲線圖Fig. Settlement Curve of DB76 Monitoring Section on Shenchang Road

圖2　申濱路DB102 監測斷面沉降變化曲線圖Fig.2 Settlement Curve of DB102 Monitoring Section on Shenbing Road

圖4　申濱路DB14 監測斷面沉降變化曲線圖Fig.4 Settlement Curve of DB14 Monitoring Section on Shenbing Road

圖6　申長路DB88 監測斷面沉降變化曲線圖Fig.6 Settlement Curve of DB88 Monitoring Section on Shenchang Road

申濱路DB9監測斷面均位于申濱路北端，D04a基坑西側，該監測斷面數據反映了施工區域周邊地面沉降變化與施工區域工況變化典型相關。DB9 監測斷面數據在2013 年8 月之前變化一直較小，隨著D04a 基坑在8 月份的開挖，該監測斷面數據出現了明顯的沉降變化。2014 年1 月到2014 年2 月之間，隨著節后基坑開挖的恢復，監測數據出現明顯的滑坡式沉降，表明基坑周邊的土體在基坑開挖過程中受到較為劇烈的擾動，導致了地面沉降變化速率增加。2014 年2 月之后，該監測斷面沉降變化速率逐漸收斂。截至2014年12月，該監測斷面累計沉降最大達到181.26mm，點號DB9-2，年沉降變化最大達到-75.05mm，點號DB9-2。

申濱路DB14監測斷面位于申濱路北端，01號地塊D04a基坑西側，DB76監測斷面位于申長路舟虹路路口，06號地塊D19基坑南側。該兩組監測斷面數據反映了土體固結平衡的建立與周邊施工環境典型相關。DB14監測斷面數據在2012年10月出現快速沉降，后經調查發現該監測斷面位于頂管上方，且在2012年10月頂管穿越申濱路下方，造成了該斷面監測數據的較大的變化，2012年10月之后，該監測斷面沉降變化逐漸趨于穩定。自2013年1月開始，隨著D04a基坑圍護結構施工的進行，該監測斷面數據出現了均勻的下行，直至2013年12月該基坑進入地下結構施工階段，該監測斷面依然存在一定的沉降趨勢。進入2014年后，隨著D04a基坑施工逐漸進入尾聲，DB14監測斷面沉降變化逐漸收斂，且遠離D04a的DB14-2收斂速度要大于靠近D04a的DB14-3。截至2014年12月，DB14監測斷面累計沉降最大達到108.45mm，點號DB14-3，年沉降變化最大達到34.58mm，點號DB14-3。

DB76監測斷面數據在2012年12月出現快速沉降，后經調查發現監測斷面位于頂管上方，且在2012年12月頂管穿越申長路下方，造成了該斷面監測數據的快速變化，2012年12月之后，該監測斷面沉降變化逐漸減小，但是由于兩側D20及D11基坑施工影響，該監測斷面依然處于緩慢沉降過程中，且剖面形態呈現W型，DB76-2與DB76-4受到基坑開挖影響較大。截至2014年4月，DB76監測斷面累計沉降最大達到139.55mm，點號DB76-2，半年沉降變化最大達到20.08mm，點號DB76-5。

DB14監測斷面與DB76監測斷面均是由于頂管施工產生沉降數據快速變化，之后又趨緩的典型監測斷面，其歷時變化表明頂管上方道路土層在平衡打破之后產生了新的平衡，在無外界因素影響的情況下，新的平衡會逐漸穩定，基本不會對周邊環境產生進一步的危害。但是，如果隨著外界干擾的再次出現（D04a基坑施工），DB14監測斷面新的平衡重新被打破，繼續維持較快的沉降趨勢，直到再次建立新的土體平衡。

DB88監測斷面位于申長路中部，04號地塊D10基坑與06號地塊D17基坑之間。該組監測斷面數據反映了基坑周邊地表沉降變化與距離基坑的距離典型相關。DB88監測斷面在2012年9月D17基坑開挖最后一層土時出現較快變化，單次（15天）沉降量最大達到25.27mm，點號DB88-4，且斷面形態是靠近D17基坑側的DB88-3、DB88-4、DB88-5沉降變化大，遠離D17基坑側的DB88-1、DB88-2沉降變化小，2012年10月之后，該區段監測點沉降變化逐漸趨緩。隨后，D10基坑圍護結構施工以及D17基坑上部結構施工，在2013年6月D10基坑正式開挖之后，DB88-1、DB88-2出現明顯沉降，疊加區的DB88-3沉降最為突出，整條剖面形成“碗狀”變形曲線。進入2014年之后，申長路西側的DB88-1、DB88-2監測斷面依然保持較快的沉降速度，到2014年4月，整個剖面曲線兩側基本呈現對稱樣式。截至2014年4月，DB88監測斷面累計沉降最大達到196.44mm，點號DB88-3，半年沉降變化最大達到35.32mm，點號DB88-3。

2.3綜合分析

2012年，虹橋商務區核心區域在建工程主要是地下供能管溝、06號地塊D17與D19基坑、08號地塊D23基坑，地下供能管溝主要貫通區域東西向道路，其余3個基坑主要集中在申長路以東區域。2013年，區域9個地塊共計15個項目基坑全部開始施工，區域進入全面開工階段。2014年，區域基坑開挖數量減少，大部分基坑進入地下結構回筑與上部結構施工階段。通過對虹橋商務區核心區域監測數據綜合類比分析，呈現以下幾個特征：①區域整體沉降速度明顯放緩，快速沉降變化逐漸減少；②區域地面呈現整體沉降趨勢，且向外圍輻射；③區域逐漸進入工后沉降階段，地質災害隱患依然處于發展與變化過程中。

（1）地面沉降與潛水水位、深埋地表沉降關聯

虹橋商務區核心區域地下潛水水位變化緩慢，經歷先降后升再降過程，符合自然條件下潛水水位變化特征，這與區域本年度降水減少有關（圖7、圖8）。

紅橋商務區核心區域深埋地表沉降監測點沉降化規律基本一致，表明區域性整體沉降影響范圍大，從北側的SC16、SC18 到東側的SC20，再到側的SC25，沉降變化量與非施工區域的地表沉降點沉降變化量基本一致，表明深層土體固結變化是區域性沉降變化的原因之一，與基坑開挖深度及基坑降水措施等密切相關（陳紅權等，2015）。

（2）數據綜合分析

由于2013年初9個地塊共計17個基坑全部開工，大部分開始進行圍護結構施工，隨著時間的推移，個別基坑進入了土方開挖施工階段，截止2013 年12月，共計有12個基坑相繼開始進行土方開挖，區域地面累計沉降量也隨著土方開挖的進行而逐漸增大。

2014年初，由于區域9個地塊全部進行施工，大部分基坑進入土方開挖尾聲階段，沉降平均速率有所增大。2014年2月，區域沉降平均速率達到11.24mm/月，初步原因分析由于春節放假影響，時空效應導致沉降速率變化較大。到2013年3月時，區域沉降速率回落至2.26mm/月。此后，沉降速率雖略有波動，但是整體呈現明顯的收斂態勢。

圖7　區域地下水位變化曲線圖Fig.7 Underground Water Level Curve in this Area

圖8　區域深埋地表沉降監測點沉降變化曲線圖Fig.8 Ground Settlement Curve of Deep Buried Monitoring Points in this Area

3　結論

通過監測數據綜合統計分析，可以大致判斷虹橋商務區核心區域地面沉降發展趨勢、地質災害隱患的演變情況。

（1）虹橋商務區核心區域由于區域內基坑工程的大面積施工已成為一個大型的施工區域，監測數據顯示，區域內未施工區域或施工區域外圍地面沉降情況與施工區域相比同樣突出；

（2）與2013年監測數據相比，2014年監測數據累計沉降量離散程度逐漸減小，數據關聯程度逐漸增強，大部分測點累計沉降量與區域平均累計沉降量基本一致，這表明隨著區域大面積施工的進行，監測數據的內在聯動性逐漸增強，區域地面沉降呈現同一性變化規律；

（3）基坑開挖影響范圍及程度與基坑大小、開挖深度密切相關，申長路受到東西兩側基坑開挖影響，監測斷面剖面形態大多呈現“碗式”，表明超大超深基坑開挖，對周邊環境的影響程度大、周期長。

［1］王新朝. 城市地質災害分析與防治規劃［J］. 山西建筑， 2009，35（20）：85～86.

［2］劉傳正. 重大地質災害防治理論與實踐［M］. 北京：科學出版社，2009：4～6.

［3］龍邦成. 地質災害的監測與預防［J］. 中外企業家，2014，31（17）：239.

［4］王軍，張東煥. 城市地質災害防治對策［J］. 城市管理與科技，2003，5（3）：133～134.

［5］汪清忠. 小陸家嘴典型區域地質災害隱患預防監測研究［J］. 中外建筑，2015，21（5）：170～171.

［6］易喆，楊名，劉建章. 天津市城市地質災害中人為因素分析及預防措施［J］. 山西建筑，2015，41（13）：93～95.

［7］陳紅權，孫軍榮，郭威. 區域地面沉降監測與分析［J］. 現代測繪，2015，38（3）：55～57.

Geological Disaster Preventive Monitoring and Analysis for Core Area in Hongqiao Business District

ZHANG Dongjie1， QIN Zhenwei2
（1.Shanghai Geological & Mineral Engineering Investigation Co.，Ltd， Shanghai 200072； 2.Shanghai Shenyuan Geotechnical Engineering Co.，Ltd.， Shanghai 200040）

The important positions in Shanghai like deep foundation pits， rail transit， CBD and urban function centers are prone to geological disasters. Preventive monitoring on the areas which are with high degree of development， complicated project types， deep underground space and frequent artificial activities， is essential to get development trend and laws of geological disasters and to take preventive measures in those areas. Based on monitoring data， especially the ground settlement data of core area of Hongqiao business district from 2012 to 2014， this article get simultaneous construction of underground project that leads to great ground settlement and brings negative effects on geological environment in this area.

Geological disaster in typical area； Core area of Hongqiao business district； Preventive monitoring law

P694

A

1007-1903（2016）02-0078-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.016

張東杰（1987- ）男，從事監測與測量等相關工作。E-mail：374021849@qq.com