上海市地面塌陷現狀及防治策略

■ 范 玨 FAN Jue 李 眾 LI Zhong 祁伏成 QI Fucheng

0 前言

近年來，隨著我國城市現代化建設的高速發(fā)展，由人為工程活動、地下工程建設、城市管線的老齡化因素等引發(fā)的城市地面塌陷事故頻發(fā)[1-5]。上海屬特大型城市，地質環(huán)境條件脆弱，地下空間大規(guī)模開發(fā)，地下管線分布密集，地面塌陷災害亦時有發(fā)生，潛在隱患和次生災害風險不容忽視。因此，開展地面塌陷調查與研究工作，提出防治策略，更有針對性的開展地面塌陷防治工作，有利于提升城市管理水平，保障城市安全運行。

1 地面塌陷基本情況

1.1 基本情況

隨著社會經濟和城市化建設的飛速發(fā)展，“地面塌陷”成為新的城市災害隱患。據有關新聞報導：2019 年7 月，深圳南山區(qū)工業(yè)八路沿山路口突發(fā)路面塌陷，形成直徑2m，深度3m 的大坑，一輛公交車兩個車后輪完全陷入，所幸沒有造成人員傷亡；2019 年12 月，廣州地鐵十一號線沙河站施工區(qū)域出現地面塌陷，塌陷深度最深達38m，造成3 人遇難；2020年12 月，杭州西溪路人行道突發(fā)地面塌陷，造成1 人遇難，1 人受重傷。據不完全統計，上海市從2003 年至今，共發(fā)生地面塌陷90 余起，從地域分布看，87%的塌陷發(fā)生在外環(huán)以內的中心城（圖1），從發(fā)生的季節(jié)來看，45%的塌陷集中在夏季汛期（圖2）。

1.2 發(fā)生原因

圖1 上海市2003 年以來各區(qū)地面塌陷數量

圖2 上海市2003 年以來發(fā)生地面塌陷數量與月份的關系

根據筆者近年來參與的科研項目研究探明，上海市地面塌陷的成因主要由內因和外因兩個方面組成：內因是由于上海地處長江三角洲東南前緣，第四紀松散覆蓋層厚度大，屬于典型的軟土地區(qū)，地質環(huán)境較為脆弱，且大面積存在淺部砂層這一特殊地質條件；外因分直接誘因和間接誘因，直接誘因是供排水管線滲漏和各類工程施工導致水土流失，間接誘因是道路荷載過大、強降雨等引起的地面局部地質變化。事實上地面塌陷發(fā)生的原因往往是多種因素共同作用的結果。例如2018 年5 月，青浦區(qū)某路段上發(fā)生的一起地面塌陷，一輛渣土車兩個左后輪磕在了塌陷地面的邊緣，導致2 個輪胎完全脫落，渣土散落一地，所幸未造成人員傷亡。經綜合調查分析，道路下方為淺部砂層分布區(qū)，地下排水管線滲漏產生流砂及液化導致水土流失，土體被掏空，在受重車頻繁碾壓下，導致路面承載力不夠而引發(fā)的地面塌陷。

2 上海市地面塌陷調查與防治研究

地面塌陷的發(fā)生具有突發(fā)性、隨機性和復雜性，地面塌陷防治研究工作雖不能完全杜絕災害的發(fā)生，但是通過地面塌陷隱患風險的分類、分級[6-7]，是可以減少災害發(fā)生時對人類造成的不可接受的危害，最終達到災害防治的目的。

上海市從2012 年起，由相關部門組織開展了城市道路地面塌陷病害的隱患分布調查、監(jiān)測以及預警研究工作。先后在虹橋商務核心區(qū)、小陸家嘴區(qū)域、前灘重點建設區(qū)開展典型區(qū)域的隱患預防監(jiān)測工作。2016 年開展上海市火車站區(qū)域“地下淺部砂層引發(fā)地面塌陷調查與監(jiān)測”工作，對②3層淺層砂分布區(qū)地質災害隱患進行調查分析，2017 年起繼續(xù)組織開展了“淺部砂層隱患區(qū)調查與監(jiān)測”工作，并持續(xù)開展成因機理和防治方法等系統研究。目前，已基本摸清我市地面塌陷城市病害的形成機理，初步形成風險等級區(qū)劃和隱患調查監(jiān)測技術方法，基于自動化和人工監(jiān)測結合的技術手段，持續(xù)開展地質災害重點隱患監(jiān)測預警工作。

2.1 風險區(qū)劃

以上海市淺層砂分布區(qū)為研究對象，結合上海市地質環(huán)境條件、氣象條件、人為地質活動等危險性要素和人為抵御風險能力、社會易損性、物質易損性等易損性要素，通過對要素指標分級、權重計算，最終得到了淺部砂層分布區(qū)地面塌陷地質災害的風險區(qū)劃（圖3），將上海市地面塌陷風險區(qū)劃分為I 級風險區(qū)（高風險區(qū)）、II級風險區(qū)（中高風險區(qū)）、III級風險區(qū)（中低風險區(qū)）、IV級風險區(qū)（低風險區(qū)）四個區(qū)劃等級，為地面塌陷風險分類、分級和分區(qū)管控提供技術支撐。

圖3 上海市淺層砂分布區(qū)地面塌陷隱患風險區(qū)劃圖

2.2 隱患調查

根據風險等級區(qū)劃成果，對上海市地面塌陷隱患進行分級，將風險等級I、II 級劃分為重點調查區(qū)，風險等級III、IV 級劃分為一般調查區(qū)。一般調查區(qū)主要采用排查手段，針對排查疑似隱患相對集中區(qū)域采用車載3D 雷達普查手段進行排查；而對風險等級較高的I、II 級重點調查區(qū)綜合應用排查、普查、詳查等多種手段進行調查，最終形成較適宜隱患調查方法流程（圖4）。

圖4 地面塌陷隱患調查流程圖

2.3 監(jiān)測預警

根據上海市淺部砂層引發(fā)的地面塌陷發(fā)生發(fā)展規(guī)律和風險區(qū)劃成果，開展重點隱患區(qū)域監(jiān)測預警試點工作，對淺部砂層分布區(qū)、老舊管網、大型地下空間分布區(qū)域等，采用排查、物探、管道檢測、鉆孔驗證等綜合調查方法，確定隱患區(qū)大小、深度和地下管線的破損程度，并進行地表、填土層、淺部砂層等土體位移監(jiān)測，通過分析隱患變形趨勢，建立地面塌陷風險防控監(jiān)測預警方法和防治措施，提高重點隱患區(qū)域地面塌陷預警能力。

3 存在問題

3.1 風險隱患發(fā)現調查機制有待進一步完善

全市隱患點的巡查和調查工作取得了一定成效，但對于調查的針對性（如管道、路政等信息的整合）和高效性仍需逐步完善，基礎數據的時效性及其處理精度，均在一定程度上影響塌陷風險評價精度；在典型隱患致災程度評價方面，數據調查、收集與統計分析需更全面、深入。

3.2 隱患監(jiān)測預警方式有待進一步探索

地面塌陷的發(fā)生因地下情況復雜而具有較強的隱蔽性，且誘發(fā)地面塌陷的因素復雜多樣，預報預警難度大。目前，上海市地面塌陷監(jiān)測預警工作還處在探索階段，主要是在重點隱患區(qū)域開展定期巡查、監(jiān)測，發(fā)現隱患后及時與相關權屬管理單位反饋。由于巡查頻次和范圍的限制，導致隱患不能及時發(fā)現，因此，后續(xù)在自動化監(jiān)測預警技術應用方面還有待進一步完善與加強。

3.3 數據信息共享有待進一步加強

根據分級結果，為了實時評估地面塌陷隱患點的后續(xù)處置情況，確保隱患綜合調查與防控的時效性，擬與市住建委、市水務局和市交通委等部門建立信息共享機制，依托基礎數據及隱患信息入庫的管理方法，基于數據管理平臺，將歷年隱患調查成果、典型隱患路段致災程度評價成果進行管理，及時將相關信息反饋至地面塌陷風險區(qū)劃更新成果中，這也是下一步需解決的問題。

4 地面塌陷防治策略

4.1 提高風險區(qū)劃精度

隨著案例調研及地面塌陷成因機理研究和基礎要素調查的不斷深入，通過更新淺層砂分布范圍、人為工程活動、地下管線信息、地下空間分布、市政路網信息、軌道交通等資料，結合第一次上海市自然災害風險普查，對風險區(qū)劃指標體系中危險性和易損性要素進行調整和完善，將歷年區(qū)劃成果進行系統管理和對比分析，進一步明確隱患防治重點區(qū)域，為各區(qū)地面塌陷防治相關權屬單位提供針對性防控措施。

4.2 完善防治責任體系

隨著城市的發(fā)展，地下空間大規(guī)模開發(fā)利用，地下軌道交通、地下空間、地下管線體量已經非常龐大，各部門分類治理的機制已經與城市的發(fā)展不相匹配，因此，需完善市區(qū)聯動、部門協同的防治責任體系，結合各區(qū)網格化巡查，將地面塌陷隱患巡查納入城市安全運行綜合管理，市交通委、市水務局、市住建委等多部門，建立統籌協調聯動機制，落實各自職責和各方安全主體責任，明確處置原則和程序，建立跨行業(yè)、跨部門的市級協調平臺，建立統籌協調機制，通過多措并舉和聯防聯控，構建長效常態(tài)機制，全面推進地面塌陷防治工作。

4.3 加強數據信息共享

收集城市建設、城市地質、市政設施運營維護等資料，建立信息管理平臺和信息共享機制，并對各類數據進行維護、更新、比對和整合，提高數據的有效利用率，得到基于大數據的地面塌陷隱患評估方法，為未來利用大數據和云平臺等方式進行地面塌陷調查工作和風險評價工作的有機結合搭建橋梁，當出現風險征兆時，使相關管理部門能第一時間掌握隱患風險動態(tài)，獲取一手資料，以便及時安排救治、排險工作等有效措施進行隱患處置，避免事故發(fā)生。

4.4 強化防治能力建設

繼續(xù)加強地面塌陷基礎調查評價、隱患排查、風險評估、監(jiān)測預警等工作，建立網格化巡查機制，對高風險區(qū)域，加強實時感知智能監(jiān)測設施布置，加強動態(tài)監(jiān)測、隨時應急、化解隱患，提升常態(tài)化防治能力；組織開展地質災害防治應急專項培訓和專項應急演練及市級多災種的綜合演練，提升應急救援能力。

5 結語

通過開展地面塌陷防治研究，形成了上海市地面塌陷風險等級區(qū)劃和隱患調查工作流程，初步建立了監(jiān)測預警體系，研究成果和相關防治策略為本市開展差異化防控工作提供技術依據，為城市規(guī)劃和決策提供技術支撐，也能為其他城市開展地面塌陷防治工作提供啟示和借鑒，在服務于城市精細化管理和城市安全運行方面具有重要意義。