致灾因子分析

珠江二角洲经济区地面塌陷的致灾因子，按其成因类型可分为两种:自然因素致灾因子和人为因素致灾因子。自然因素致灾因子包括溶发育的隐伏碳酸盐岩区、覆盖层特征、有利地形地貌、强降雨或重干旱气候特征等;人为因素致灾因子主要指人类活动剧烈导致的因素，如加载和排水等。

(一)自然因素致灾因子

1. 岩溶发育的隐伏碳酸盐岩区地面塌陷多发

区内所发生的岩溶塌陷主要分布在岩溶强烈发育的隐伏碳酸盐岩区，据《深圳市龙岗区岩溶塌陷灾害勘查报告》，龙岗区已发现的岩溶塌陷均分布在物探圈定的岩溶强发育带内。在大量抽排地下水的地区，浅部岩溶愈发育，富水性愈强，地面塌陷就愈多，规模愈大，岩溶塌陷与岩溶发育率具有较好的正相关关系。

以广州市荔湾区大坦沙塌陷群为例。研究区下伏基岩主要岩性为灰岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、泥灰岩、砾岩、砂砾岩、含砾细砂岩—粗砂岩及白云质灰岩。基岩岩溶发育，据广东省地质调查院977个钻孔资料统计，见溶洞钻孔111个，见溶洞202个，钻孔见洞率11.36%，见土洞钻孔6个，见土洞8 个。其中有43个钻孔见多层溶洞，占全部钻孔的4.40%，占见溶洞钻孔总数的38.74%，见两层溶洞的有20个，占比2.05%，见二层溶洞的有12个，占比1.23%，见二层以上溶洞的有11个，占比1.13%，见溶洞最多的一个钻孔在垂向21m范围发育有11层溶洞，其中有2个溶洞是串珠状溶洞。具体见表3-23。

表3-23 岩溶发育强度统计表

2. 覆盖层特征对地面塌陷的发生也产生重要影响

覆盖层是指覆盖于基岩面之上的第四系松散土层。覆盖层特征在一定程度上起着控制作用，成为岩溶塌陷形成的基本条件之一。

1)覆盖层岩土性状对岩溶塌陷的影响

岩土性状泛指覆盖层土体的各种物理力学性质及状态等。广州地区覆盖层为上更新统和全新统，上更新统岩性主要为残积、冲积和洪积相的黏土、亚黏土，局部含砂砾层，全新统岩性主要为冲洪积相、海积相的黏土、亚黏土、砂层、砾层和淤泥层。从本区岩溶塌陷发育情况来看，在级配良好的松散砂土和含砾砂土覆盖层地区，土洞和塌陷较级配不好且密实的砂砾土覆盖层地区发育，这是因为前者易产生潜蚀和管涌破坏，临界水力坡度相对较低，易产生渗透变形，形成土洞和塌陷;后者则不容易产生渗透变形，不容易形成土洞和塌陷。在覆盖层以黏土层为主地区，呈软塑状态且粘粒含量低的黏性土，岩溶塌陷较发育，这是因为该类黏性土c、φ值较小、抗剪强度较低，抵抗渗透变形及塌陷的能力较低;而坚硬态且黏粒含量高的黏性土分布地区，岩溶塌陷较不发育，因为该类黏性土c、φ值较大，抗剪强度较高，不易产生渗透变形，不易产生土洞与塌陷。因此，岩土物理力学性质及状态影响土体产生渗透破坏的形式及抵抗渗透变形的能力，对岩溶塌陷的产生有重要影响。

2)覆盖层厚度对地面塌陷的影响

覆盖层厚度对土洞顶板的抗塌能力有重要影响。覆盖层厚度越小，岩溶塌陷越发育。由表3-24可看出，广州地区厚度小于8m区域的塌陷个数占总塌陷个数的91.7%，覆盖层厚度大于10m的塌陷个数占总塌陷个数的8.3%。国内外研究表明:岩溶塌陷区覆盖层厚度大于10m占极少比例。此外，勘察资料分析表明:覆盖层厚度对岩溶塌陷的规模和形态也有较大影响。一般厚度较大，塌陷平面形态多呈圆形或椭圆形。

表3-24 覆盖层厚度与岩溶塌陷关系统计

3)覆盖层结构对地面塌陷的影响

调查表明，珠二角地面塌陷的发生与覆盖层结构也具有一定关系，一般结构越多，塌陷越易发生，尤其发育土洞对塌陷的发生更具相关性。以广州市荔湾区大坦沙塌陷群为例，第四系覆盖层主要为海陆交互相沉积的淤泥质土层及砂层，冲积—洪积形成的砂层及残积土层。根据钻孔资料和现场调查，大坦沙覆盖层厚度10～20m，多为单层结构、双层结构和混杂堆积结构。再如金沙洲塌陷群，其地工程地质条件复杂，既是典型的岩溶地区，又是软土地区。塌陷区工程场地处于珠江二角洲冲积平原地带，原为种植地，地面高程5.05～7.11m。根据勘察报告，场地内土层一般呈双层结构，土层厚度6.9～58.9m。各主要岩土层自上而下分别如下。

(1)人工填土层:①素填土，主要由粉质黏土和少量碎石组成，结构松散，局部分布;②耕植土，湿，松散(软)，主要由粉质黏土组成。

(2)冲积层:①淤泥及淤泥质土，饱和，流塑，含少量腐殖质;②粉砂、淤泥质粉砂，饱和，松散，含少量—较多淤泥质;③粉质黏土，湿，可塑，局部硬塑或软塑。

(3)残积层:可塑—硬塑状粉质黏土，局部分布。

(4)基岩:主要为下石炭统灰岩，局部有砂岩，灰岩中溶洞较发育，见洞率13.8%～28.6%，洞高0.3～10.7m，多呈串珠状分布，充填物为软塑—流塑状黏土，有少量土洞，洞高0.4～3.9m。

白云区嘉禾-白云新城地区，据现场调查和访问，研究区第四系覆盖层主要为海陆交互相沉积的淤泥质土层及砂层，覆盖层厚度约10m，多为单层结构和混杂堆积结构。据地铁二号线459个位于隐伏岩溶区的钻孔中统计，有29个遇上土洞，其中21个位于壶天灰岩中(图3-21)。

图3-21 原白云机场地铁开挖施工揭露的土洞

3. 塌陷多分布在河床两侧及地形低洼地段

调查区岩溶塌陷主要分布于岩溶盆地，大多分布在农田、鱼塘等低洼地段，龙岗区的岩溶塌陷均分布于龙岗河及其支流两侧，2008年荔湾区发生的双桥路和珠江大桥的引桥交界处地面塌陷也发生在珠江边。由于这些地区，地表水和地下水的水力联系密切，两者之间的相互转化比较频繁，如果地表岩溶较发育，在自然条件下就可能发生溶蚀作用，形成土洞，进而产生岩溶塌陷。

4. 强降雨或重干旱环境下地面塌陷更易发生

在隐伏岩溶发育的广花盆地，持续性的强降雨天气或久旱后的暴雨，极易导致地面塌陷。如1996年2月25日，白云区龙归镇南岭村东部农田由于雨后地层自重力加大而下陷，塌陷面积达1134m2，最大塌陷深度2m，经济损失20万元，其致灾因子就是久旱后下雨，雨水迅速下渗，地层自重压力增大失去平衡而塌陷，是纯粹的自然致灾因子所造成。又如，2004年广东省的特大干旱，降雨量偏少导致地下水补给量减少，为了抗旱又加大地下水的开采，引起区域地下水位明显下降，广花盆地地下水位比常年降低了0.08～0.72m。因此，盆地内部多处发生地面塌陷。

(二)人为因素致灾因子

岩溶塌陷的发生、分布与人类工程经济活动密切相关。就本区来看，凡经济发展较快、人类活动剧烈的覆盖型可溶岩分布地段，其发生岩溶地面塌陷灾害较多，损失也较严重。

1. 过量抽取地下水或疏干排水

主要发生在水源地、矿坑、隧道、人防及其他地下工程，由于排疏地下水或突水(突泥)作用，使地下水位快速降低，其上方的地表岩体、土体平衡失调，在有地下空洞存在时，便产生塌陷。

在隐伏岩溶区开采石灰石抽排地下水和打井供水，均可引发地面塌陷。集中大量抽取地下水，致使地下水位短时间内大幅下降，是引发岩溶地面塌陷的主要原因。广花岩溶盆地由于过量抽取地下水而导致岩溶地面塌陷就是一个典型的例子，该地段由于岩溶发育强烈，蕴藏丰富的岩溶地下水，是一个大型水源地，一段时期曾作为当地居民的生活用水和工业用水。自20世纪60年代初，广花盆地岩溶地下水就成为广州市和周围许多单位的供水水源地，至1983年已建成机井123眼，总开采量达6×104m3/d以上，虽仅占总补给量的14%左右，但大多数井位集中在江村—双网和肖岗、新华一带开采，导致了这些块段的地下水水位急剧下降(表3-25)。经过十多年的开采，盆地出现百余处地面塌陷、地裂及地面下沉。多分布在江村、新华及肖岗二个主要集中开采地段，塌陷直径一般1～2m，最大达7m，深0.3～1.5m，最深达3m。主要分布在生产井附近，且后期的岩溶地面塌陷往往是继承早期的塌陷。如1972年新华水源地SCJ223井抽水过程中，塌陷17处，范围是以SCJ223井为中心，向外扩展400m，呈北东-南西向延伸。又如1970年江村水源地建成的八口生产井抽水时，引起地面塌陷72处，其中62处是在早期塌陷的基础上再次发生，另10处为潜蚀塌陷。

表3-25 广花盆地各开采地段区域地下水下降一览表

在深圳市龙岗区，因过量抽取地下水引发的地面塌陷有4处。由于该区开采地下水多是单井抽水，抽取的水量比广花岩溶盆地小得多，因而其造成的塌陷数量及规模远比广花岩溶盆地小。如龙岗区坑梓镇水厂6号孔抽水时造成1个漏斗状、直径约3m、深约0.5m的塌陷;龙岗区新西村800m开外单孔抽水，导致入村口水泥路中间发生1处塌陷，平面近圆形，直径4m，深3～5m，同时还造成道路局部破坏开裂、民居房墙开裂等不良现象。

1999年8月7日，中山八路33号地段，由于工地施工大量抽取地下水而导致20m多的地面塌陷，造成直接经济损失20余万元。

2. 人工加载

1999年4月6日，起义路115号附近马路由于排水渠长期受到挤压而发生塌陷。2005年7月21日中午12时，海珠区江南大道中某建筑工地地面塌陷主要原因是桩基实际开挖深度超过设计深度411m，造成原支护桩成为吊脚桩，且该处又存在软弱透水夹层，南边坑顶严重超载达140t成为了塌陷的直接导火线。

3. 人工振动

施工而导致的震动使得饱和砂土液化，液化后的砂土呈流塑状态，砂土随着液体流走，进而引起地面塌陷。1996年10月6日，天河区天河路万新大厦南侧附近慢车道及人行道地面塌陷的致灾原因是由于万新大厦工地有厚达4m的呈流塑状淤质黏土，在基建施工持续振动下液化，再加上地下供水管多次断裂，水流冲刷及潜蚀作用等原因最终导致地面塌陷。

4. 地表渗水

输水管路渗漏或场地排水不畅造成地表水下渗或化学污水下渗，也能引起地面塌陷，2001年6月14日，天河区黄浦大道冼村路段由于施工道路箱渠漏水造成长4m、宽2m的地面塌陷，经济损失10余万元。

5. 地铁等地下隧道盾构掘进

盾构掘进过程中，由于不良地质、机械故障等因素引起掌子面的不稳定而坍塌，进而引起地面塌陷。1996年11月9日，华贵路122～13号约50m地面塌陷，经济损失约400万元。致灾原因是由于该处土体为流塑状、太饱和状淤泥、砂层，极其松软，地铁施工掘进，表层土体失稳，导致地陷。2001年2月11日黄浦大道西冼村路段，由于修建地下通道沙土流失导致地面塌陷，直接经济损失达100万元。