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土地沉降?北京地鐵有6條線變形?辟謠!

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近日,一篇關(guān)于土地沉降和地鐵變形的文章在社交媒體上廣泛傳播,有公眾擔(dān)憂,城市要下沉?地鐵要變形了嗎?
2022年華北理工大學(xué)聯(lián)合武漢大學(xué)發(fā)表了一篇論文《InSAR數(shù)據(jù)揭示北京土地沉降》提到:
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),北京15條地鐵線中有6條平均變形率超過(guò)5毫米/年;其中1號(hào)線上的八通線平均變形率最大,達(dá)到22.5毫米/年;6號(hào)線和7號(hào)線,最大變形率分別為70.4毫米/年和115.1毫米/年。
地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)正在北京的一些地區(qū)蔓延,其中朝陽(yáng)區(qū)黑莊戶地鐵站位于最大變形區(qū)。
所謂的地面沉降,指的是地球表面海拔標(biāo)高在一定時(shí)期內(nèi)不斷降低的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象發(fā)生于全球各個(gè)地區(qū),北京也不例外。近期,國(guó)際科學(xué)期刊《遙測(cè)》(《Remote Sensing》)在6月發(fā)表了一份由首都師范大學(xué)副教授陳蜜等人進(jìn)行的一項(xiàng)研究,指出由于北京長(zhǎng)年對(duì)地下水資源進(jìn)行過(guò)量開采,導(dǎo)致局部地區(qū)出現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象。尤其以北京東部地區(qū)的地面沉陷加速趨勢(shì)最為顯著。
這份研究,是運(yùn)用合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)(InSAR),通過(guò)比對(duì)北京從2003年到2011年的衛(wèi)星成像,和據(jù)其轉(zhuǎn)換所得的地形高程數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):在北京東部的部分地區(qū),發(fā)生了每年平均超過(guò)10厘米的地面沉降;而地下水超采、地質(zhì)構(gòu)造等因素,均與北京的地面沉降有一定關(guān)系。
該研究發(fā)現(xiàn),北京的沉降區(qū)主要分布在朝陽(yáng)區(qū)、通州區(qū),還有昌平區(qū)及順義區(qū)的部分地區(qū)。其中,又以朝陽(yáng)區(qū)境內(nèi)的咸寧侯─雙橋地區(qū)的沉降現(xiàn)象最為嚴(yán)重;該研究發(fā)現(xiàn),咸寧侯─雙橋地區(qū)在2003–2010 年間的最大沉降速率,達(dá)到每年約11厘米左右。

該研究發(fā)現(xiàn),北京各沉降區(qū)的沉降速率,在2003年到2011年之間逐漸加快。北京東部以及北部地區(qū)的沉降速率,又明顯高于北京的其他地區(qū),而這些地區(qū)的地下水都存在過(guò)度開采的情況。

據(jù)北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)工程師王蓉研究,截至2012年底,北京平原區(qū)的地面年沉降量大于5厘米的面積達(dá)到4323平方公里;年沉降量大于10厘米的面積為3957平方公里。在通州區(qū)的臺(tái)湖-黑莊戶地區(qū),年沉降量更超過(guò)15厘米。
而北京地面沉降的主因,和地下水過(guò)度開采密不可分。作為世界上少有的以地下水為主要水源的城市,北京有超過(guò)一半的用水來(lái)自地下水;且北京市的人均水資源量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。

表層土地沉降≠地鐵變形

南方周末記者檢索發(fā)現(xiàn),近幾年來(lái),有大量國(guó)內(nèi)學(xué)者結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)城市地鐵的表層土地沉降現(xiàn)象進(jìn)行分析。
南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)在2023年2月的《遙感》雜志上發(fā)表研究稱,2013-2020年間,上海新通車的郊區(qū)地鐵線路沿線地面出現(xiàn)不小的變形。例如5號(hào)線和浦江線的最大累積變形量分別達(dá)到-66.4毫米和-44.5毫米。中南大學(xué)團(tuán)隊(duì)則發(fā)現(xiàn),2007-2011年,廣州地鐵2號(hào)線、3號(hào)線、6號(hào)線、廣佛線都存在區(qū)域沉降,平均沉降率超過(guò)了8毫米/年。
需要說(shuō)明的是,這些論文提到的沉降,是衛(wèi)星觀測(cè)到的地鐵沿線表層土地形變,并不直接等同于地鐵隧道的形變。
不過(guò)前者能一定程度上反映后者的變化。
柳林(化名)是一位巖土與地下工程系教授,長(zhǎng)期從事盾構(gòu)隧道變形機(jī)理及控制研究。她對(duì)南方周末記者介紹,因?yàn)樗淼缹儆谙鄬?duì)柔軟的線性結(jié)構(gòu),會(huì)“跟著”周邊地層一同沉降。因此在排除地表淺層降水影響的情況下,通過(guò)衛(wèi)星觀測(cè)到的表層土地沉降,能夠一定程度上反映下方隧道的沉降。
公開資料顯示,北京地鐵6號(hào)線與7號(hào)線所采用的施工方式都是盾構(gòu)機(jī)開掘隧道。這一工藝的應(yīng)用雖然已經(jīng)成熟,但施工中不可避免會(huì)造成土體損失,對(duì)周圍土層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成擾動(dòng),從而出現(xiàn)表層土地的沉降現(xiàn)象。
隧道形變會(huì)導(dǎo)致接縫處開裂,隨即滲水。輕微的滲水會(huì)加速設(shè)施老化,嚴(yán)重的話可能造成大量泥土涌入隧道,發(fā)生垮塌。
據(jù)上海市房地資源管理局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,1966~2011年的45年間,上海市地面累計(jì)沉降量約為29cm。

后來(lái)由于上方施工擾動(dòng)、地鐵長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的“震陷”效應(yīng),以及上海的整體土地沉降,地鐵沿線還是形成了若干個(gè)沉降漏斗。當(dāng)時(shí)的上海地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司的總工程師王如路等人就在2001年發(fā)布的《近年來(lái)上海地鐵監(jiān)護(hù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策》一文中提到,截至當(dāng)年,位于市中心的2號(hào)線人民公園站至陸家嘴站之間形成了一個(gè)直徑3公里、沉降量最深達(dá)到2.5米的巨型漏斗。

2011年,著名隧道專家孫鈞在談到上海地鐵沉降問(wèn)題時(shí)對(duì)媒體表示,不必對(duì)地鐵大修,但要注意監(jiān)測(cè)。上海地鐵自1995年1號(hào)線開通后,針對(duì)地下線路每年2次沉降監(jiān)測(cè),高架區(qū)間每年1次沉降監(jiān)測(cè),1995-2011年不定期的收斂變形監(jiān)測(cè),2011年開始每年1次全網(wǎng)每五環(huán)一個(gè)斷面的收斂監(jiān)測(cè)。

同樣在2011年上海市地調(diào)院和上海申通地鐵集團(tuán)有限公司合作,建立了上海軌道交通沉降監(jiān)測(cè)高程基準(zhǔn)網(wǎng),是全球第一個(gè)軌道交通沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。自建立以來(lái),隨著軌道交通新線不斷地投入運(yùn)營(yíng),該基準(zhǔn)網(wǎng)也在不斷擴(kuò)大和完善,2022年上半年上海軌道交通沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)主要由58座基巖標(biāo)、300多座車站深標(biāo)點(diǎn)和1400多座城市水準(zhǔn)點(diǎn)組成。

控制地下水開采
與北京相同,源頭的治理還是控制地下水開采。
歷史上,美國(guó)、墨西哥、印度尼西亞等國(guó)都經(jīng)歷過(guò)大范圍的土地沉降。土地沉降與抽取地下水之間的聯(lián)系很早就為科學(xué)家所揭示。

2015年,墨西哥城一列火車在行駛時(shí)撞上另一列車,導(dǎo)致12人受傷。美國(guó)邁阿密大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)2017年的研究顯示,事故發(fā)生的原因是該市鐵軌坡度原本設(shè)計(jì)的傾斜度是3%,因土地沉降,事故發(fā)生時(shí)已超過(guò)7%。這超出了列車的剎車能力上限。研究團(tuán)隊(duì)還警告未來(lái)會(huì)發(fā)生更多事故。

北京大學(xué)政府管理學(xué)院副院長(zhǎng)李國(guó)平告訴財(cái)新記者,對(duì)地下水的過(guò)度開采,會(huì)導(dǎo)致地下水水位明顯下降。自1999年到2013年間,北京地下水位平均每年要下降1米;而水位下降到一定程度后,就會(huì)導(dǎo)致地面沉降。如果地下水位明顯下降,也會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生一些影響─包括引發(fā)局部地區(qū)的塌方等地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。但是,地面沉降還跟當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況等因素有關(guān);所以有時(shí)地面沉降的速率,在一定范圍之內(nèi)仍是不均衡的。

編輯:卓卓

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