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土地沉降?北京地铁有6条线变形?辟谣!

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近日,一篇关于土地沉降和地铁变形的文章在社交媒体上广泛传播,有公众担忧,城市要下沉?地铁要变形了吗?
2022年华北理工大学联合武汉大学发表了一篇论文《InSAR数据揭示北京土地沉降》提到:
据数据统计,北京15条地铁线中有6条平均变形率超过5毫米/年;其中1号线上的八通线平均变形率最大,达到22.5毫米/年;6号线和7号线,最大变形率分别为70.4毫米/年和115.1毫米/年。
地面沉降的风险正在北京的一些地区蔓延,其中朝阳区黑庄户地铁站位于最大变形区。
所谓的地面沉降,指的是地球表面海拔标高在一定时期内不断降低的现象,这种现象发生于全球各个地区,北京也不例外。近期,国际科学期刊《遥测》(《Remote Sensing》)在6月发表了一份由首都师范大学副教授陈蜜等人进行的一项研究,指出由于北京长年对地下水资源进行过量开采,导致局部地区出现地面沉降现象。尤其以北京东部地区的地面沉陷加速趋势最为显著。
这份研究,是运用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR),通过比对北京从2003年到2011年的卫星成像,和据其转换所得的地形高程数据发现:在北京东部的部分地区,发生了每年平均超过10厘米的地面沉降;而地下水超采、地质构造等因素,均与北京的地面沉降有一定关系。
该研究发现,北京的沉降区主要分布在朝阳区、通州区,还有昌平区及顺义区的部分地区。其中,又以朝阳区境内的咸宁侯─双桥地区的沉降现象最为严重;该研究发现,咸宁侯─双桥地区在2003–2010 年间的最大沉降速率,达到每年约11厘米左右。

该研究发现,北京各沉降区的沉降速率,在2003年到2011年之间逐渐加快。北京东部以及北部地区的沉降速率,又明显高于北京的其他地区,而这些地区的地下水都存在过度开采的情况。

据北京市水文地质工程地质大队工程师王蓉研究,截至2012年底,北京平原区的地面年沉降量大于5厘米的面积达到4323平方公里;年沉降量大于10厘米的面积为3957平方公里。在通州区的台湖-黑庄户地区,年沉降量更超过15厘米。
而北京地面沉降的主因,和地下水过度开采密不可分。作为世界上少有的以地下水为主要水源的城市,北京有超过一半的用水来自地下水;且北京市的人均水资源量,远远低于世界平均水平。

表层土地沉降≠地铁变形

南方周末记者检索发现,近几年来,有大量国内学者结合卫星数据对城市地铁的表层土地沉降现象进行分析。
南京大学团队在2023年2月的《遥感》杂志上发表研究称,2013-2020年间,上海新通车的郊区地铁线路沿线地面出现不小的变形。例如5号线和浦江线的最大累积变形量分别达到-66.4毫米和-44.5毫米。中南大学团队则发现,2007-2011年,广州地铁2号线、3号线、6号线、广佛线都存在区域沉降,平均沉降率超过了8毫米/年。
需要说明的是,这些论文提到的沉降,是卫星观测到的地铁沿线表层土地形变,并不直接等同于地铁隧道的形变。
不过前者能一定程度上反映后者的变化。
柳林(化名)是一位岩土与地下工程系教授,长期从事盾构隧道变形机理及控制研究。她对南方周末记者介绍,因为隧道属于相对柔软的线性结构,会“跟着”周边地层一同沉降。因此在排除地表浅层降水影响的情况下,通过卫星观测到的表层土地沉降,能够一定程度上反映下方隧道的沉降。
公开资料显示,北京地铁6号线与7号线所采用的施工方式都是盾构机开掘隧道。这一工艺的应用虽然已经成熟,但施工中不可避免会造成土体损失,对周围土层的结构稳定造成扰动,从而出现表层土地的沉降现象。
隧道形变会导致接缝处开裂,随即渗水。轻微的渗水会加速设施老化,严重的话可能造成大量泥土涌入隧道,发生垮塌。
据上海市房地资源管理局统计数据显示,1966~2011年的45年间,上海市地面累计沉降量约为29cm。

后来由于上方施工扰动、地铁长期运营带来的“震陷”效应,以及上海的整体土地沉降,地铁沿线还是形成了若干个沉降漏斗。当时的上海地铁运营有限公司的总工程师王如路等人就在2001年发布的《近年来上海地铁监护发现的问题及对策》一文中提到,截至当年,位于市中心的2号线人民公园站至陆家嘴站之间形成了一个直径3公里、沉降量最深达到2.5米的巨型漏斗。

2011年,著名隧道专家孙钧在谈到上海地铁沉降问题时对媒体表示,不必对地铁大修,但要注意监测。上海地铁自1995年1号线开通后,针对地下线路每年2次沉降监测,高架区间每年1次沉降监测,1995-2011年不定期的收敛变形监测,2011年开始每年1次全网每五环一个断面的收敛监测。

同样在2011年上海市地调院和上海申通地铁集团有限公司合作,建立了上海轨道交通沉降监测高程基准网,是全球第一个轨道交通沉降监测基准网。自建立以来,随着轨道交通新线不断地投入运营,该基准网也在不断扩大和完善,2022年上半年上海轨道交通沉降监测基准网主要由58座基岩标、300多座车站深标点和1400多座城市水准点组成。

控制地下水开采
与北京相同,源头的治理还是控制地下水开采。
历史上,美国、墨西哥、印度尼西亚等国都经历过大范围的土地沉降。土地沉降与抽取地下水之间的联系很早就为科学家所揭示。

2015年,墨西哥城一列火车在行驶时撞上另一列车,导致12人受伤。美国迈阿密大学研究团队2017年的研究显示,事故发生的原因是该市铁轨坡度原本设计的倾斜度是3%,因土地沉降,事故发生时已超过7%。这超出了列车的刹车能力上限。研究团队还警告未来会发生更多事故。

北京大学政府管理学院副院长李国平告诉财新记者,对地下水的过度开采,会导致地下水水位明显下降。自1999年到2013年间,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,就会导致地面沉降。如果地下水位明显下降,也会对建筑物产生一些影响─包括引发局部地区的塌方等地质结构方面的问题。但是,地面沉降还跟当地的地质情况等因素有关;所以有时地面沉降的速率,在一定范围之内仍是不均衡的。

编辑:卓卓

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