賈小斌

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 深圳研究生院，廣東 深圳518055； 2.深圳市房地產(chǎn)評估發(fā)展中心，廣東 深圳518040)

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深圳市地面坍塌災(zāi)害成因分析*

賈小斌

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 深圳研究生院，廣東 深圳518055； 2.深圳市房地產(chǎn)評估發(fā)展中心，廣東 深圳518040)

摘要:近年來，深圳市頻繁發(fā)生地面坍塌事故。在討論深圳市地面坍塌事故的孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子的基礎(chǔ)上，通過對深圳官方實地調(diào)查的事故數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出當前深圳市地面坍塌災(zāi)害發(fā)生的主要原因是城市化進程中的人類活動，具體表現(xiàn)為地下管線及附屬設(shè)施老化破損、工程施工不當、暴雨沖刷、道路荷載過大以及暗渠化河道垮塌等5種基本形式，可為后期地面坍塌防治工作的開展提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞:地面坍塌；孕災(zāi)環(huán)境；致災(zāi)因子；成因分析；深圳

2013年汛期以來，深圳發(fā)生多起地面坍塌事故，尤其是2013年“5.20”龍崗區(qū)地面坍塌事故造成了5人死亡。為此，本研究在討論深圳市地面坍塌事故的孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子的基礎(chǔ)上，對深圳官方實地調(diào)查的事故數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出深圳市地面坍塌災(zāi)害發(fā)生的主要原因是城市化進程中的人類活動，具體表現(xiàn)為地下管線及附屬設(shè)施老化破損、工程施工不當、暴雨沖刷、道路荷載過大以及暗渠化河道垮塌等5種基本形式，可為后期地面坍塌防治工作的開展提供決策依據(jù)。

1深圳市地面坍塌主要類型與特征

本研究選取2013年8月1日-2015年12月31日期間，深圳市發(fā)生的461起地面坍塌事故數(shù)據(jù)進行分析(數(shù)據(jù)為深圳市地面坍塌防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室官方所收集，下文同)，如圖1所示。

圖1　深圳市2013年8月1日-2015年12月31日地面坍塌事故空間分布圖

1.1主要類型

地面坍塌是指地表巖、土體受自然因素作用或人類工程活動影響向下塌落，并在地面形成坍塌坑(洞)而造成災(zāi)害的一種現(xiàn)象或過程，通常主要有巖溶塌陷[1-10]、采空塌陷[11-13]、黃土濕陷[14-23]、工程塌陷等4種類型。在2013年8月1日-2015年12月31日期間深圳市發(fā)生的461起地面坍塌事故中，其類型主要為工程塌陷。工程塌陷是指由于城市化進程的加快，以及城市經(jīng)濟活動和工程強度的加大，地表、地下基礎(chǔ)工程建設(shè)直接誘發(fā)或間接導(dǎo)致的地面坍塌[24]。

1.2基本特征

深圳市地面坍塌事故主要表現(xiàn)出以下4個特征：①隱蔽性，其發(fā)育發(fā)展情況、規(guī)模大小、可能造成地表坍塌的時間及地點具有極大的隱伏性，發(fā)生之前很難預(yù)料；②突發(fā)性，地面坍塌幾乎是在瞬間發(fā)生，在短時間內(nèi)造成財產(chǎn)損失和人員傷亡，使人們措手不及；③群發(fā)性，地面坍塌災(zāi)害往往不是孤立存在的，常在同一地區(qū)或某一時段集中形成災(zāi)害群；④損害比較嚴重，據(jù)統(tǒng)計，2013年8月1日-2015年12月31日期間，深圳市地面坍塌災(zāi)害事故共造成7人死亡、12人受傷、18輛車被困，威脅到2 185位市民的人身安全，潛在經(jīng)濟損失達到7 717.5萬元。

2孕災(zāi)環(huán)境

地面坍塌災(zāi)害實質(zhì)上是致塌力大于抗塌力造成的結(jié)果，但其發(fā)育發(fā)展過程涉及因素復(fù)雜，其中地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、氣象水文條件的多變性以及人類活動對地質(zhì)環(huán)境的劇烈作用構(gòu)成了其基本孕災(zāi)環(huán)境。

2.1復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境

(1)地質(zhì)構(gòu)造背景。深圳市地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，以斷裂構(gòu)造為主。五華——深圳斷裂帶斜貫全區(qū)，是區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)構(gòu)造。其他斷裂主要有：發(fā)育于泥盆系-石炭系中的北東向——龍崗向斜、葵涌向斜、吊神山向斜、排牙山背斜，發(fā)育于上三疊統(tǒng)-下保羅統(tǒng)的東西向——橫瀝向斜，北西向——蛇口、楊柳崗、沙灣、太和坪及大鵬等諸斷裂束等。

(2)工程地質(zhì)條件。深圳市工程地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，巖體類型以巖漿巖、變質(zhì)巖、碳酸鹽巖和碎屑巖為主，土體類型主要包括沉積土體、殘積土體和人工填土3大類型。在大規(guī)模的城市化進程中，在建成區(qū)表部形成大面積人工填土層。另外深圳市存在大量的軟土，主要為濱海平原地帶的沖洪積、沖積～海積、海積淤泥及淤泥質(zhì)土，山前平原及河谷平原地帶湖沼相淤泥及淤泥質(zhì)土。這些土質(zhì)結(jié)構(gòu)松軟，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低，具有靈敏度較高、觸變性、流變性和不均性，所以該類土體承載力低。

2.2多變的氣候條件

深圳市地處低緯地區(qū)，太陽總輻射量較高；位于東亞季風(fēng)區(qū)，因受季風(fēng)環(huán)流的控制，冬半年和夏半年氣流明顯交替。這里降水量豐沛，地區(qū)差異明顯。降水量的分布是從東南向西北遞減。東南部南澳、葵涌等地年降水量在2 000 mm以上，中部為1 700～2 000 mm，西部為1 700 mm以下。降水季節(jié)分配不均，干、濕季分明。雨季長達5個月(5-9月)，雨季降水量為1 516.1 mm，占年降水量的78%。深圳位于珠江口臺風(fēng)登陸頻繁地段(臺山至惠東)的中部，所以臺風(fēng)活動的次數(shù)多，臺風(fēng)季節(jié)長。7-9月為臺風(fēng)活動盛期，平均每月有1.6～2.0次，占全年次數(shù)的70%。夏、秋多臺風(fēng)，受臺風(fēng)影響(含登陸)平均每年7.3次，暴雨(日降水量>80 mm)平均每年3.7次，日最大暴雨量303～412 mm。

2.3劇烈的人類活動

深圳在1980年建市，經(jīng)過38年的持續(xù)高速發(fā)展后，由原來幾萬人的小漁村發(fā)展成為具有1 000多萬人口的現(xiàn)代化超級大都市，需要大量土地資源、建筑材料等，因此深圳市的人為地質(zhì)作用尤為強烈，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)人為剝蝕地質(zhì)作用。深圳市采礦和工程活動十分活躍。礦山剝離蓋層，工程挖掘土石、平整土地等，都在很大程度上破壞地表組成物質(zhì)，改變地表形態(tài)，其所帶來的地質(zhì)效應(yīng)，比天然外動力引起的剝蝕作用要強大得多。大氣和水體的污染強化了這些地區(qū)的天然剝蝕能力，表現(xiàn)為另一種形式的人為剝蝕作用。

(2)人為搬運地質(zhì)作用。在工程經(jīng)濟活動中，每年要移動許多地質(zhì)物質(zhì)，如填筑工程基礎(chǔ)，采掘有用礦產(chǎn)，工程場地開挖等，通過運輸工具加以搬運。深圳的填海造地工程活動每年搬運的物質(zhì)總量很大，遠遠超過了自然水流的搬運強度。而且人為搬運作用可以把物質(zhì)從低處運到高處，其物質(zhì)大小和流向一般隨需要和人的意志而變化。

(3)人為堆積地質(zhì)作用。人類活動在地球上形成了許多人工堆積土，特別是在深圳灣、大鵬灣等地，這種人工堆積土的分布面積和厚度，可以達到相當大的規(guī)模。人工堆積土一般固結(jié)程度較差，具有復(fù)雜的特性，如固體生活垃圾堆積土，含有許多的機物質(zhì)，分解后產(chǎn)生甲烷氣體，可能構(gòu)成易爆炸的危險環(huán)境。

(4)人為塑造地形作用。經(jīng)濟建設(shè)和工程活動使地表形態(tài)發(fā)了很大變化，形成了許多人為地貌景觀，如水利建設(shè)修建的水庫、灌溉渠系；采礦堆積的尾礦、廢石堆，挖掘的采礦場陡壁斜坡、礦坑；工程與道路建設(shè)削平高地，填平低地，修筑路堤、路塹；海岸地帶修建長堤，人工島，圍海、圍湖造地等等，其規(guī)模和速率，比天然外動力作用對地形的塑造還要巨大。

人為地質(zhì)作用必然破壞地質(zhì)環(huán)境在天然地質(zhì)作用下的平衡條件，形成新的平衡關(guān)系。隨著深圳市人口的增長，社會生產(chǎn)力的發(fā)展和科技的進步、土地資源供需矛盾的增加，人為地質(zhì)作用力將越加越大，它們對地質(zhì)環(huán)境的沖擊亦將更加強烈。

3致災(zāi)因子及典型案例分析

導(dǎo)致深圳市2013年8月1日-2015年12月31日期間發(fā)生的461處地面坍塌的主要原因有：地下管線及附屬設(shè)施老化破損、工程施工不當、道路荷載過大、暴雨沖刷以及暗渠化河道垮塌，如圖2和表1所示。

圖2　深圳市地面坍塌事故原因分布

地下管線及附屬設(shè)施老化破損施工不當?shù)缆泛奢d過大暴雨沖刷暗渠化河道垮塌數(shù)量291117251711

3.1地下管線及附屬設(shè)施老化破損

深圳市地下管網(wǎng)眾多，分布廣泛。由于深圳市初期建設(shè)的排水管道存在建設(shè)標準較低、結(jié)構(gòu)強度不足、維護管理不到位等諸多問題，導(dǎo)致部分排水管道年久失修而老化、破裂，進而雨水沖刷掏空土層，引發(fā)地面坍塌。在深圳市2013年8月1日-2015年12月31日期間發(fā)生的461起地面坍塌事故中，地下管線及附屬設(shè)施老化破損引起地面坍塌的有291例，占比63%，這些地下管線及附屬設(shè)施主要包括排水管線、污水管線、雨水管線、給水管線、通訊管線和電力管線等，如圖2和表2所示。

表2　深圳市地下管線及附屬設(shè)施老化破損引起的

3.1.1排水箱涵破裂導(dǎo)致地面坍塌

(1)圖3a所示為福田區(qū)某道路交界轉(zhuǎn)彎處發(fā)生的地面坍塌，形成了直徑約5 m、深約4 m的坍塌坑，面積約20 m2，一輛載滿乘客的公交車后左輪陷入深坑中，事故中無人受傷。主要原因是地下4 m深處有一排水涵渠(涵渠寬2.2 m，高1.6 m)坍塌，長度達7 m，淘蝕上部路基土體導(dǎo)致地面坍塌。

(2)圖3b和3c所示為某路輔道發(fā)生路面坍塌，一輛的士因來不及繞過坍塌坑，致使車輪爆胎斷軸，事故中1名司機受輕傷。主要原因是地面下5 m處有一條寬1.5 m的排水箱涵，其與檢查井交接處發(fā)生破損，淘蝕上部路基土體形成空洞導(dǎo)致路面坍塌。

3.1.2雨水井破裂導(dǎo)致地面坍塌

圖3d所示為龍崗區(qū)某道路交匯處發(fā)生地面坍塌，坍塌面積約20 m2，深約5 m，一輛混凝土攪拌汽車后半車身陷入地面，無人員傷亡。主要原因為坍塌處地下約5 m處有一條1990年代修建的直徑1 m的雨水管及檢查井，底部沉沙池蓋板老化出現(xiàn)破損，雨水長期沖刷造成周邊土體流失、掏空，并逐漸形成“空洞”，在重車碾壓下發(fā)現(xiàn)坍塌。

3.1.3污水管線破裂導(dǎo)致地面坍塌

圖3e所示為龍華街道某路排污管排放口發(fā)生坍塌，坍塌長約30 m，寬2～3 m，深1～2 m。坍塌原因為排污管線老化、破損、開裂，破損的排污管發(fā)生滲漏，造成排污管周邊土體流失，形成空洞，從而發(fā)生坍塌。

3.1.4供水管爆裂導(dǎo)致地面坍塌

圖3f所示為文錦中路某大廈前路面發(fā)生坍塌，長30 m，深1～2 m。坍塌原因為供水管道爆管，產(chǎn)生水壓，導(dǎo)致水管周邊土體流失，發(fā)生坍塌。

3.1.5電纜溝垮塌造成坍塌

圖3g和3h所示為福田區(qū)某道路出現(xiàn)地面坍塌，坍塌區(qū)域呈長條形，長約15 m，寬約3 m，最深處達4.0 m，坍塌區(qū)域覆蓋整個人行道。坍塌原因為地面下方的電纜溝側(cè)墻發(fā)生倒塌，從而引發(fā)坍塌。

3.1.6電信井破裂造成坍塌

圖3i所示為福田區(qū)某道路交匯處出現(xiàn)地面坍塌，坍塌呈方形，長、寬均為1.5 m，深約1.0 m。坍塌原因為電信井蓋遭受破壞出現(xiàn)垮塌，從而導(dǎo)致地面出現(xiàn)坍塌。

圖3　地下管線及附屬設(shè)施老化破損引起地面坍塌示例

3.2工程施工不當

深圳市地質(zhì)條件復(fù)雜，土地資源緊缺，地下空間開發(fā)及地鐵站點繁多，開發(fā)強度日益增加。這導(dǎo)致基坑(尤其是深基坑)開挖呈現(xiàn)距離建(構(gòu))筑物近、深度深、尺寸大、場地緊張等特點。軌道區(qū)間段施工以及截污干管等工程中大量采用暗挖隧道施工方式，暗挖施工具有影響區(qū)域廣、地質(zhì)條件多樣、埋設(shè)較深等特點。在管道頂進、暗挖隧道、盾構(gòu)施工等作業(yè)時，受地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、給排水管道滲漏、施工人員不了解地質(zhì)情況等多種因素影響，地面有可能坍塌。在深圳市2013年8月1日-2015年12月31日期間發(fā)生的461起地面坍塌事故中，工程施工不當引起的地面坍塌有117例，占比25%，主要有管線施工、深基坑施工和軌道施工3種形式，如圖2和表3所示。

表3　深圳市工程施工不當引起地面坍塌詳細原因分析

3.2.1軌道施工不當引發(fā)的地面坍塌

(1)圖4a所示為羅湖區(qū)某地地面坍塌，坍塌長7 m、寬5 m、深3 m。坍塌造成2輛小轎車掉入坍塌坑中，無人員傷亡。地下正在施工的地鐵9號線采用隧道施工(礦山法)施工，施工造成的失水或超挖導(dǎo)致坍塌的發(fā)生。

(2)圖4b和圖4c所示為羅湖區(qū)某地發(fā)生的地面坍塌，坍塌區(qū)域長約12 m，寬10 m，深5 m。原因為地下正在施工的地鐵9號線施工擾動周邊土體，地質(zhì)不穩(wěn)定，以及弱電電纜管道檢查井內(nèi)積水下滲。

3.2.2深基坑施工不當引發(fā)地面坍塌

圖4d所示為某地一處地面坍塌，坍塌區(qū)域呈長方形，長約90 m，寬約7 m，坍塌區(qū)域覆蓋整個人行道及中航一路半側(cè)道路?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，地面坍塌導(dǎo)致樓梯開裂，裂縫超過5 cm。地面坍塌導(dǎo)致道路錯開，并在道路中間形成貫穿裂縫，裂縫長度約18 m，上下錯動約4 cm。地面坍塌導(dǎo)致人行道發(fā)生3處嚴重損壞，最嚴重處人行道下沉達40 cm，形成約3.5 m2的坍塌凹坑。坍塌原因為某商場基坑回填時，填土未夯實，在降雨作用以及周邊基坑施工的影響下加速了填土的固結(jié)，導(dǎo)致填土下沉，形成地面坍塌。

圖4　工程施工不當引起地面坍塌示例

3.2.3管線施工不當造成地面坍塌

(1)圖4e所示為深圳市某道路輔道地面出現(xiàn)變形裂縫和地下空洞，空洞直經(jīng)約3 m，深0.3～0.5 m。空洞形成原因為路面下6 m處有一直經(jīng)為2.2 m的排水涵管，在排水涵管頂管施工中擾動了上部土體，雨水沿綠化帶接縫處入滲到松散土體中，使土體下沉逐步形成空洞。

(2)圖4f所示為深圳市某地天然氣高壓管道施工導(dǎo)致地面坍塌，坍塌坑洞長為6.0 m，寬5.75 m，深2.8 m。事故造成行駛該段的2輛車發(fā)生刮碰，由于兩車處置得當，未造成人員傷亡。坍塌原因為下穿水官高速的天然氣高壓管道坍塌造成路基沉陷，并導(dǎo)致路面坍塌。

圖5　道路荷載過大與暴雨沖刷以及暗渠化河道垮塌引起地面坍塌示例

3.3道路荷載過大及路基沉降

在深圳市2013年8月1日-2015年12月31日期間發(fā)生的461起地面坍塌事故中，路面長期荷載過大原因引發(fā)地面坍塌或者地面沉降共25處，占比6%。

(1)道路荷載過大。圖5a所示為龍崗區(qū)某高速交匯處出現(xiàn)沉降裂縫和地面沉陷，沉陷區(qū)域呈長條形，長約30 m，寬約1 m，最深沉陷處約0.3 m。出現(xiàn)裂縫和沉陷原因為重型車輛長期碾壓，導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫和沉陷。

(2)路基沉降導(dǎo)致地面坍塌。圖5b和圖5c所示為南山區(qū)某道路交匯處發(fā)現(xiàn)數(shù)處路面開裂和下沉，路面沉降區(qū)域占右側(cè)兩條車道，長約90 m，沉降深度約20 cm，沉降導(dǎo)致道路開裂約5 cm，花壇也有明顯的沉降現(xiàn)象。路面沉降影響道路交通，未造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。下沉原因為主要是道路路基填土不密實導(dǎo)致不均勻沉降。

3.4暴雨沖刷

在深圳市2013年8月1日-2015年12月31日期間發(fā)生的461起地面坍塌事故中，暴雨直接沖刷原因引發(fā)的地面坍塌有17處，占比4%。圖5d所示為龍華新區(qū)某道路人行道上發(fā)生坍塌，坍塌區(qū)域呈橢圓形，長軸長約4.0 m，短軸2.0 m，深0.5～1.5 m。形成原因該位置較為低洼，受強降雨的影響，雨水匯集，集中沖刷，將路面沖出一大坑，從而引發(fā)地面坍塌。

3.5暗渠化河道垮塌

深圳水系發(fā)達，河網(wǎng)密布，這些河流作為城市排水的主要通道，對城市排水安全起著至關(guān)重要的作用。同時由于深圳土地資源緊缺，在城鎮(zhèn)化過程中(1980和1990年代)，部分鎮(zhèn)(村)、工業(yè)區(qū)過分追求發(fā)展速度，保護河道意識淡薄，為了最大限度地進行開發(fā)建設(shè)，將大量河道改建成暗渠，其上填土建設(shè)道路、廠房或住宅，由于其建設(shè)標準低，年久老化，一旦發(fā)生破裂，上部土層形成空洞，最終形成地面坍塌。在深圳市2013年8月1日-2015年12月31日期間發(fā)生的461起地面坍塌事故中，暗渠化河道垮塌引起有9例，占比2%。圖5e和圖5f所示為2013年5月20日龍崗區(qū)橫崗華茂工業(yè)園路面坍塌，坍塌部位長約12 m，寬約10 m，深約5 m，呈近橢圓形。地面坍塌事故造成6人落入坑中，其中5人死亡，1人獲救。原因分析是該道路坍塌地段多年前為河溝部位，后因工程建設(shè)進行填土整平并修筑道路，道路地下分布有排水箱涵。由于排水箱涵年久失修，局部破壞造成土體垮塌，被箱涵內(nèi)水流沖蝕帶走，從而在箱涵破裂處上部土層中形成空洞，最終產(chǎn)生突然坍塌，地面形成坍塌坑。

4結(jié)論

深圳市地面坍塌災(zāi)害事故的發(fā)生是由城市化進程中人類的劇烈活動引起的，只有弄清楚其發(fā)災(zāi)原因，對其防治才能達到對癥下藥，藥到病除的效果。本文通過對深圳市地面坍塌災(zāi)害事故進行分析，得出以下結(jié)論。

(1)深圳市地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，多變的氣象條件、劇烈的人類活動是構(gòu)成地面坍塌災(zāi)害事故發(fā)生的孕災(zāi)環(huán)境，深圳市地面坍塌災(zāi)害事故主要類型為工程塌陷。

(2)深圳市地面坍塌的致災(zāi)因子主要表現(xiàn)為地下管線及其附屬設(shè)施老化破損、工程施工不當、暴雨沖刷、道路荷載過大以及暗渠化河道垮塌等5種基本形式。

(3)深圳市地面坍塌災(zāi)害防治工作的開展，應(yīng)加強對地下管線及附屬設(shè)施的隱患排查與整治，以及提高工程的施工標準和施工質(zhì)量。

致謝：本文在撰寫的過程中得到了深圳市地面坍塌防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室和深圳市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心各位同事真誠的幫助，在這里表示衷心的感謝！

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*收稿日期：2016-01-28修回日期：2016-03-07

基金項目：國家測繪地理信息局重點實驗室開放研究基金(GCWD201403)

作者簡介：賈小斌(1982-)，男，河南南陽人，博士后，主要從事城市地質(zhì)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)研究. E-mail: jiaxiaobin_123@126.com

中圖分類號：X43

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)03-0114-05

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.019

Analyzing the Reason of Ground Collapse Disaster in Shenzhen

JIA Xiaobin

(1.HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool,Shenzhen518055,China;2.CenterforAssessmentandDevelopmentofRealEstate,Shenzhen518040,China)

Abstract:In recent years, ground collapse occurred frequently in Shenzhen, posed a serious threat to the life and property of citizens. So, we combine with the basic principles of the ground collapse, in the basic of discussion of disaster and hazard environment, then through surveying and analyzing the accident data which from the official institutions in Shenzhen, the main reason for the ground collapse disaster in Shenzhen is the urbanization process human activity, manifested in four basic forms containing aged underground pipelines, improper construction, rain erosion, too serious burden of road and river culverts collapse, and so on. We may provide basis for decision making for carrying out the work of preventingand controlling of the ground collapse disaster in the late stage.

Key words:ground collapse; disaster-pregnant environment; hazard factor; reason analyzing; Shenzhen

賈小斌. 深圳市地面坍塌災(zāi)害成因分析[J].災(zāi)害學(xué), 2016,31(3):114-118.[JIA Xiaobin. Analyzing the Reason of Ground Collapse Disaster in Shenzhen[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(3)：114-118.]