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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,有公眾擔憂,城市要下沉?地鐵要變形了嗎?
2022年華北理工大學聯合武漢大學發表了一篇論文《InSAR數據揭示北京土地沉降》提到:
據數據統計,北京15條地鐵線中有6條平均變形率超過5毫米/年;其中1號線上的八通線平均變形率最大,達到22.5毫米/年;6號線和7號線,最大變形率分別為70.4毫米/年和115.1毫米/年。
地面沉降的風險正在北京的一些地區蔓延,其中朝陽區黑莊戶地鐵站位于最大變形區。
所謂的地面沉降,指的是地球表面海拔標高在一定時期內不斷降低的現象,這種現象發生于全球各個地區,北京也不例外。近期,國際科學期刊《遙測》(《Remote Sensing》)在6月發表了一份由首都師范大學副教授陳蜜等人進行的一項研究,指出由于北京長年對地下水資源進行過量開采,導致局部地區出現地面沉降現象。尤其以北京東部地區的地面沉陷加速趨勢最為顯著。
這份研究,是運用合成孔徑雷達干涉測量技術(InSAR),通過比對北京從2003年到2011年的衛星成像,和據其轉換所得的地形高程數據發現:在北京東部的部分地區,發生了每年平均超過10厘米的地面沉降;而地下水超采、地質構造等因素,均與北京的地面沉降有一定關系。
該研究發現,北京的沉降區主要分布在朝陽區、通州區,還有昌平區及順義區的部分地區。其中,又以朝陽區境內的咸寧侯─雙橋地區的沉降現象最為嚴重;該研究發現,咸寧侯─雙橋地區在2003–2010 年間的最大沉降速率,達到每年約11厘米左右。

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

據北京市水文地質工程地質大隊工程師王蓉研究,截至2012年底,北京平原區的地面年沉降量大于5厘米的面積達到4323平方公里;年沉降量大于10厘米的面積為3957平方公里。在通州區的臺湖-黑莊戶地區,年沉降量更超過15厘米。
而北京地面沉降的主因,和地下水過度開采密不可分。作為世界上少有的以地下水為主要水源的城市,北京有超過一半的用水來自地下水;且北京市的人均水資源量,遠遠低于世界平均水平。

表層土地沉降≠地鐵變形

南方周末記者檢索發現,近幾年來,有大量國內學者結合衛星數據對城市地鐵的表層土地沉降現象進行分析。
南京大學團隊在2023年2月的《遙感》雜志上發表研究稱,2013-2020年間,上海新通車的郊區地鐵線路沿線地面出現不小的變形。例如5號線和浦江線的最大累積變形量分別達到-66.4毫米和-44.5毫米。中南大學團隊則發現,2007-2011年,廣州地鐵2號線、3號線、6號線、廣佛線都存在區域沉降,平均沉降率超過了8毫米/年。
需要說明的是,這些論文提到的沉降,是衛星觀測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,長期從事盾構隧道變形機理及控制研究。她對南方周末記者介紹,因為隧道屬于相對柔軟的線性結構,會“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,通過衛星觀測到的表層土地沉降,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號線與7號線所采用的施工方式都是盾構機開掘隧道。這一工藝的應用雖然已經成熟,但施工中不可避免會造成土體損失,對周圍土層的結構穩定造成擾動,從而出現表層土地的沉降現象。
隧道形變會導致接縫處開裂,隨即滲水。輕微的滲水會加速設施老化,嚴重的話可能造成大量泥土涌入隧道,發生垮塌。
據上海市房地資源管理局統計數據顯示,1966~2011年的45年間,上海市地面累計沉降量約為29cm。

后來由于上方施工擾動、地鐵長期運營帶來的“震陷”效應,以及上海的整體土地沉降,地鐵沿線還是形成了若干個沉降漏斗。當時的上海地鐵運營有限公司的總工程師王如路等人就在2001年發布的《近年來上海地鐵監護發現的問題及對策》一文中提到,截至當年,位于市中心的2號線人民公園站至陸家嘴站之間形成了一個直徑3公里、沉降量最深達到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題時對媒體表示,不必對地鐵大修,但要注意監測。上海地鐵自1995年1號線開通后,針對地下線路每年2次沉降監測,高架區間每年1次沉降監測,1995-2011年不定期的收斂變形監測,2011年開始每年1次全網每五環一個斷面的收斂監測。

同樣在2011年上海市地調院和上海申通地鐵集團有限公司合作,建立了上海軌道交通沉降監測高程基準網,是全球第一個軌道交通沉降監測基準網。自建立以來,隨著軌道交通新線不斷地投入運營,該基準網也在不斷擴大和完善,2022年上半年上海軌道交通沉降監測基準網主要由58座基巖標、300多座車站深標點和1400多座城市水準點組成。

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、墨西哥、印度尼西亞等國都經歷過大范圍的土地沉降。土地沉降與抽取地下水之間的聯系很早就為科學家所揭示。

2015年,墨西哥城一列火車在行駛時撞上另一列車,導致12人受傷。美國邁阿密大學研究團隊2017年的研究顯示,事故發生的原因是該市鐵軌坡度原本設計的傾斜度是3%,因土地沉降,事故發生時已超過7%。這超出了列車的剎車能力上限。研究團隊還警告未來會發生更多事故。

北京大學政府管理學院副院長李國平告訴財新記者,對地下水的過度開采,會導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,就會導致地面沉降。如果地下水位明顯下降,也會對建筑物產生一些影響─包括引發局部地區的塌方等地質結構方面的問題。但是,地面沉降還跟當地的地質情況等因素有關;所以有時地面沉降的速率,在一定范圍之內仍是不均衡的。

編輯:卓卓
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