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

0 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，由人為工程活動(dòng)、地下工程建設(shè)、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(zhì)環(huán)境條件脆弱，地下空間大規(guī)模開(kāi)發(fā)，地下管線分布密集，地面塌陷災(zāi)害亦時(shí)有發(fā)生，潛在隱患和次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。因此，開(kāi)展地面塌陷調(diào)查與研究工作，提出防治策略，更有針對(duì)性的開(kāi)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(yùn)行。

1 地面塌陷基本情況

1.1 基本情況

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化建設(shè)的飛速發(fā)展，“地面塌陷”成為新的城市災(zāi)害隱患。據(jù)有關(guān)新聞報(bào)導(dǎo)：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(chē)兩個(gè)車(chē)后輪完全陷入，所幸沒(méi)有造成人員傷亡；2019 年12 月，廣州地鐵十一號(hào)線沙河站施工區(qū)域出現(xiàn)地面塌陷，塌陷深度最深達(dá)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(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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?xún)?nèi)的中心城（圖1），從發(fā)生的季節(jié)來(lái)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(lái)各區(qū)地面塌陷數(shù)量

圖2 上海市2003 年以來(lái)發(fā)生地面塌陷數(shù)量與月份的關(guān)系

根據(jù)筆者近年來(lái)參與的科研項(xiàng)目研究探明，上海市地面塌陷的成因主要由內(nèi)因和外因兩個(gè)方面組成：內(nèi)因是由于上海地處長(zhǎng)江三角洲東南前緣，第四紀(jì)松散覆蓋層厚度大，屬于典型的軟土地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境較為脆弱，且大面積存在淺部砂層這一特殊地質(zhì)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(lèi)工程施工導(dǎo)致水土流失，間接誘因是道路荷載過(guò)大、強(qiáng)降雨等引起的地面局部地質(zhì)變化。事實(shí)上地面塌陷發(fā)生的原因往往是多種因素共同作用的結(jié)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(chē)兩個(gè)左后輪磕在了塌陷地面的邊緣，導(dǎo)致2 個(gè)輪胎完全脫落，渣土散落一地，所幸未造成人員傷亡。經(jīng)綜合調(diào)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(chǎn)生流砂及液化導(dǎo)致水土流失，土體被掏空，在受重車(chē)頻繁碾壓下，導(dǎo)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(diào)查與防治研究

地面塌陷的發(fā)生具有突發(fā)性、隨機(jī)性和復(fù)雜性，地面塌陷防治研究工作雖不能完全杜絕災(zāi)害的發(fā)生，但是通過(guò)地面塌陷隱患風(fēng)險(xiǎn)的分類(lèi)、分級(jí)[6-7]，是可以減少災(zāi)害發(fā)生時(shí)對(duì)人類(lèi)造成的不可接受的危害，最終達(dá)到災(zāi)害防治的目的。

上海市從2012 年起，由相關(guān)部門(mén)組織開(kāi)展了城市道路地面塌陷病害的隱患分布調(diào)查、監(jiān)測(cè)以及預(yù)警研究工作。先后在虹橋商務(wù)核心區(qū)、小陸家嘴區(qū)域、前灘重點(diǎn)建設(shè)區(qū)開(kāi)展典型區(qū)域的隱患預(yù)防監(jiān)測(cè)工作。2016 年開(kāi)展上海市火車(chē)站區(qū)域“地下淺部砂層引發(fā)地面塌陷調(diào)查與監(jiān)測(cè)”工作，對(duì)②3層淺層砂分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患進(jìn)行調(diào)查分析，2017 年起繼續(xù)組織開(kāi)展了“淺部砂層隱患區(qū)調(diào)查與監(jiān)測(cè)”工作，并持續(xù)開(kāi)展成因機(jī)理和防治方法等系統(tǒng)研究。目前，已基本摸清我市地面塌陷城市病害的形成機(jī)理，初步形成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃和隱患調(diào)查監(jiān)測(cè)技術(shù)方法，基于自動(dòng)化和人工監(jiān)測(cè)結(jié)合的技術(shù)手段，持續(xù)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)隱患監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

以上海市淺層砂分布區(qū)為研究對(duì)象，結(jié)合上海市地質(zhì)環(huán)境條件、氣象條件、人為地質(zhì)活動(dòng)等危險(xiǎn)性要素和人為抵御風(fēng)險(xiǎn)能力、社會(huì)易損性、物質(zhì)易損性等易損性要素，通過(guò)對(duì)要素指標(biāo)分級(jí)、權(quán)重計(jì)算，最終得到了淺部砂層分布區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃（圖3），將上海市地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分為I 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）、II級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）、III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）、IV級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）四個(gè)區(qū)劃等級(jí)，為地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)、分級(jí)和分區(qū)管控提供技術(shù)支撐。

圖3 上海市淺層砂分布區(qū)地面塌陷隱患風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

2.2 隱患調(diào)查

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃成果，對(duì)上海市地面塌陷隱患進(jìn)行分級(jí)，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)I、II 級(jí)劃分為重點(diǎn)調(diào)查區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)III、IV 級(jí)劃分為一般調(diào)查區(qū)。一般調(diào)查區(qū)主要采用排查手段，針對(duì)排查疑似隱患相對(duì)集中區(qū)域采用車(chē)載3D 雷達(dá)普查手段進(jìn)行排查；而對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的I、II 級(jí)重點(diǎn)調(diào)查區(qū)綜合應(yīng)用排查、普查、詳查等多種手段進(jìn)行調(diào)查，最終形成較適宜隱患調(diào)查方法流程（圖4）。

圖4 地面塌陷隱患調(diào)查流程圖

2.3 監(jiān)測(cè)預(yù)警

根據(jù)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(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃成果，開(kāi)展重點(diǎn)隱患區(qū)域監(jiān)測(cè)預(yù)警試點(diǎn)工作，對(duì)淺部砂層分布區(qū)、老舊管網(wǎng)、大型地下空間分布區(qū)域等，采用排查、物探、管道檢測(cè)、鉆孔驗(yàn)證等綜合調(diào)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(jìn)行地表、填土層、淺部砂層等土體位移監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析隱患變形趨勢(shì)，建立地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)防控監(jiān)測(cè)預(yù)警方法和防治措施，提高重點(diǎn)隱患區(qū)域地面塌陷預(yù)警能力。

3 存在問(wèn)題

3.1 風(fēng)險(xiǎn)隱患發(fā)現(xiàn)調(diào)查機(jī)制有待進(jìn)一步完善

全市隱患點(diǎn)的巡查和調(diào)查工作取得了一定成效，但對(duì)于調(diào)查的針對(duì)性（如管道、路政等信息的整合）和高效性仍需逐步完善，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)效性及其處理精度，均在一定程度上影響塌陷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)精度；在典型隱患致災(zāi)程度評(píng)價(jià)方面，數(shù)據(jù)調(diào)查、收集與統(tǒng)計(jì)分析需更全面、深入。

3.2 隱患監(jiān)測(cè)預(yù)警方式有待進(jìn)一步探索

地面塌陷的發(fā)生因地下情況復(fù)雜而具有較強(qiáng)的隱蔽性，且誘發(fā)地面塌陷的因素復(fù)雜多樣，預(yù)報(bào)預(yù)警難度大。目前，上海市地面塌陷監(jiān)測(cè)預(yù)警工作還處在探索階段，主要是在重點(diǎn)隱患區(qū)域開(kāi)展定期巡查、監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)隱患后及時(shí)與相關(guān)權(quán)屬管理單位反饋。由于巡查頻次和范圍的限制，導(dǎo)致隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此，后續(xù)在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)應(yīng)用方面還有待進(jìn)一步完善與加強(qiáng)。

3.3 數(shù)據(jù)信息共享有待進(jìn)一步加強(qiáng)

根據(jù)分級(jí)結(jié)果，為了實(shí)時(shí)評(píng)估地面塌陷隱患點(diǎn)的后續(xù)處置情況，確保隱患綜合調(diào)查與防控的時(shí)效性，擬與市住建委、市水務(wù)局和市交通委等部門(mén)建立信息共享機(jī)制，依托基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及隱患信息入庫(kù)的管理方法，基于數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，將歷年隱患調(diào)查成果、典型隱患路段致災(zāi)程度評(píng)價(jià)成果進(jìn)行管理，及時(shí)將相關(guān)信息反饋至地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃更新成果中，這也是下一步需解決的問(wèn)題。

4 地面塌陷防治策略

4.1 提高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃精度

隨著案例調(diào)研及地面塌陷成因機(jī)理研究和基礎(chǔ)要素調(diào)查的不斷深入，通過(guò)更新淺層砂分布范圍、人為工程活動(dòng)、地下管線信息、地下空間分布、市政路網(wǎng)信息、軌道交通等資料，結(jié)合第一次上海市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)體系中危險(xiǎn)性和易損性要素進(jìn)行調(diào)整和完善，將歷年區(qū)劃成果進(jìn)行系統(tǒng)管理和對(duì)比分析，進(jìn)一步明確隱患防治重點(diǎn)區(qū)域，為各區(qū)地面塌陷防治相關(guān)權(quán)屬單位提供針對(duì)性防控措施。

4.2 完善防治責(zé)任體系

隨著城市的發(fā)展，地下空間大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，地下軌道交通、地下空間、地下管線體量已經(jīng)非常龐大，各部門(mén)分類(lèi)治理的機(jī)制已經(jīng)與城市的發(fā)展不相匹配，因此，需完善市區(qū)聯(lián)動(dòng)、部門(mén)協(xié)同的防治責(zé)任體系，結(jié)合各區(qū)網(wǎng)格化巡查，將地面塌陷隱患巡查納入城市安全運(yùn)行綜合管理，市交通委、市水務(wù)局、市住建委等多部門(mén)，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，落實(shí)各自職責(zé)和各方安全主體責(zé)任，明確處置原則和程序，建立跨行業(yè)、跨部門(mén)的市級(jí)協(xié)調(diào)平臺(tái)，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，通過(guò)多措并舉和聯(lián)防聯(lián)控，構(gòu)建長(zhǎng)效常態(tài)機(jī)制，全面推進(jìn)地面塌陷防治工作。

4.3 加強(qiáng)數(shù)據(jù)信息共享

收集城市建設(shè)、城市地質(zhì)、市政設(shè)施運(yùn)營(yíng)維護(hù)等資料，建立信息管理平臺(tái)和信息共享機(jī)制，并對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)、更新、比對(duì)和整合，提高數(shù)據(jù)的有效利用率，得到基于大數(shù)據(jù)的地面塌陷隱患評(píng)估方法，為未來(lái)利用大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)等方式進(jìn)行地面塌陷調(diào)查工作和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作的有機(jī)結(jié)合搭建橋梁，當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)征兆時(shí)，使相關(guān)管理部門(mén)能第一時(shí)間掌握隱患風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)，獲取一手資料，以便及時(shí)安排救治、排險(xiǎn)工作等有效措施進(jìn)行隱患處置，避免事故發(fā)生。

4.4 強(qiáng)化防治能力建設(shè)

繼續(xù)加強(qiáng)地面塌陷基礎(chǔ)調(diào)查評(píng)價(jià)、隱患排查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、監(jiān)測(cè)預(yù)警等工作，建立網(wǎng)格化巡查機(jī)制，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，加強(qiáng)實(shí)時(shí)感知智能監(jiān)測(cè)設(shè)施布置，加強(qiáng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、隨時(shí)應(yīng)急、化解隱患，提升常態(tài)化防治能力；組織開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)急專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)和專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急演練及市級(jí)多災(zāi)種的綜合演練，提升應(yīng)急救援能力。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展地面塌陷防治研究，形成了上海市地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)劃和隱患調(diào)查工作流程，初步建立了監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，研究成果和相關(guān)防治策略為本市開(kāi)展差異化防控工作提供技術(shù)依據(jù)，為城市規(guī)劃和決策提供技術(shù)支撐，也能為其他城市開(kāi)展地面塌陷防治工作提供啟示和借鑒，在服務(wù)于城市精細(xì)化管理和城市安全運(yùn)行方面具有重要意義。