長沙的三種人造“天坑”

童潛明

長沙市近年來年年都發(fā)生地面塌陷，似有愈演愈烈之勢，在國內(nèi)稱得上是嚴(yán)重地區(qū)。究竟是什么樣的自然原因和人為因素將長沙變成了一座“偽天坑”之城？

近年來，不少媒體對各地發(fā)生的地面塌陷大都以“天坑”報道，但是天坑在巖溶學(xué)上有嚴(yán)格的界定，是指自然作用使溶洞塌陷形成的桶狀負(fù)地貌，可分為溶蝕天坑和塌陷天坑兩類，其深度在60—100米以上，寬度與深度之比一般為1。據(jù)此媒體紛紛報道的所謂“天坑”，沒有一個是真正的天坑。

地面塌陷是指地表巖、土體在自然或人為因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質(zhì)現(xiàn)象，當(dāng)這種現(xiàn)象在有人類活動的地區(qū)，便可能成為一種地質(zhì)災(zāi)害。

長沙市近年來年年都發(fā)生地面塌陷，似有愈演愈烈之勢，在國內(nèi)稱得上是嚴(yán)重地區(qū)。究竟是什么樣的自然原因和人為因素將長沙變成了一座“偽天坑”之城？

人造的三種塌陷

地面塌陷發(fā)生的背景分自然背景和人為背景，前者是指能夠形成洞（孔）穴的巖土體，后者是指人類的生產(chǎn)活動。長沙市地面塌陷的特定自然背景包括兩方面，一是有石灰?guī)r等碳酸鹽巖層，主要分布在寧鄉(xiāng)縣，其次在望城區(qū)的坪塘鎮(zhèn)和雷鋒鎮(zhèn)、長沙縣的跳馬鎮(zhèn)、瀏陽市的官渡至市區(qū)一帶，長沙市區(qū)的石灰?guī)r則賦存于地下不同深度處，如天心區(qū)人民路省地質(zhì)勘查開發(fā)局院內(nèi)203.5m以下為石灰?guī)r、天心區(qū)毛粟坡省經(jīng)濟管理干部學(xué)院院內(nèi)314.09m以下為石灰?guī)r、五一廣場在修建湘江一橋工程地質(zhì)勘查及近年為修建地鐵時見到的石灰?guī)r；二是第四系松散沙泥質(zhì)沉積，特別是在長沙市區(qū)內(nèi)的人工填土。地面塌陷的特定人為背景，一是礦產(chǎn)開采和抽排地下水；二是城區(qū)市政建設(shè)中反復(fù)進行的人工填土。

從長沙歷來年的塌陷形成原理來看，主要有以下三種類型。

類型一：采礦抽排地下水的地面塌陷。以寧鄉(xiāng)縣開采煤礦最嚴(yán)重，該縣煤炭壩煤礦的煤為優(yōu)質(zhì)動力用煤，頂、底都為石灰?guī)r。1980年代中期產(chǎn)量達150萬噸/年，本世紀(jì)以來產(chǎn)量達180萬噸/年，隨著開采深度的加大，排水量增大，地下水降落漏斗加大。例如1971年采深為—120m水平，水位降深187m，平均排水量6683噸/小時，地下水降落漏斗范圍為300平方公里；到2007年采深達到—350m水平，水位降深達417m，平均排水量11727噸/小時，地下水降落漏斗擴大到510平方公里。

排水引起的地面塌陷的機制，目前比較公認(rèn)的主要是“潛蝕論”和“真空吸蝕論”。潛蝕論是說由于抽排地下水引起地下水位大幅度降落，使石灰?guī)r含水層上覆的土層中水力坡度和流速增大，水的動能帶走泥沙的潛蝕力增強，當(dāng)水力坡度超過臨界值時，土體中形成土洞，土洞進一步發(fā)展便產(chǎn)生地面塌陷。“真空吸蝕論”是指具有良好隔水性的上部土層使其下的石灰?guī)r含水層處于封閉狀態(tài)，抽排地下水當(dāng)水位快速下降到土層界面以下時，便在石灰?guī)r層的地下水位與土層面之間形成“真空”，它具有強大的抽吸性，使上覆土層受到吸蝕形成土洞而進一步發(fā)展成塌陷。煤炭壩地區(qū)廣泛分布在田土中的塌陷主要是抽排地下水由“潛蝕”和“真空吸蝕”形成的土洞進一步發(fā)展成地面塌陷，而由于溶洞垮落的塌陷不是不可能，但為數(shù)不會多。

類型二：礦產(chǎn)開采的采空區(qū)塌陷。采空區(qū)塌陷受開采范圍和深度限制，它只發(fā)生在淺部采空區(qū)范圍以內(nèi)，如炭壩地區(qū)在淺部采煤時有采空區(qū)地面塌陷，而目前所發(fā)生的大量地面塌陷不是采空區(qū)塌陷。長沙市近年比較嚴(yán)重的采空區(qū)塌陷發(fā)生在望城縣雷鋒鎮(zhèn)的謝家橋，該處地下開采石灰石，于2011年2月發(fā)生塌陷，直至2011年7月仍有塌陷，范圍1000m2以上，道路毀壞，住戶搬遷。2009年3月21日長沙縣跳馬鎮(zhèn)蘆荻塘村和2005年江背鎮(zhèn)冷水沖因開采石灰石發(fā)生的地面塌陷也屬此類。

類型三：市政工程建設(shè)引起的地面塌陷。主要發(fā)生在長沙市區(qū)內(nèi)，可分5種情況：一是在石灰?guī)r分布處及其附近的工程施工抽排地下水的潛蝕作用形成。如2010年11月29日營盤路毛家飯店附近因修過江隧道出現(xiàn)的直徑10m、深6—7m的塌陷。二是廢棄的地下管道未妥善處理在交通要道地面下形成一個空洞，因不堪重負(fù)而垮塌成坑，如2012年7月5日湘江中路南湖路口一輛寶馬車掉入其中造成三傷一死即是。三是地下管道出現(xiàn)破裂漏水，沖刷地基逐漸有如潛蝕作用形成土洞而發(fā)展為地面塌陷，2012年2月17日長沙縣東升路因地下排水管道漏水形成地面塌陷即是典型一例。四是道路地面硬化時，路基未夯實發(fā)生沉落，若有水流滲入沖刷就造成空洞而垮塌，此類地面塌陷在雨季時有發(fā)生，例如2012年2月17日東塘北、2012年8月9日香樟路女子監(jiān)獄附近、2012年5月13日南湖路口小區(qū)門口等。五是還有一些地面塌陷是“備戰(zhàn)備荒”時期民修防空洞的垮塌，如2010年10月烈士公園紀(jì)念塔東側(cè)的塌陷。

市政建設(shè)尤須防“被坑”

長沙市三類地面塌陷的危害程度在不同地區(qū)是不同的。采礦抽排地下水對寧鄉(xiāng)煤炭壩煤礦地下水降落漏斗范圍內(nèi)，特別是地下水降落漏斗近邊部石灰?guī)r分布區(qū)，只要繼續(xù)強排水采煤，地面塌陷將繼續(xù)發(fā)生，且隨著漏斗范圍的擴大而擴大，要預(yù)防首先要研究地面塌陷的形成機制及發(fā)生規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進行預(yù)防工程措施：其次干旱季節(jié)結(jié)束和雨季來臨要加強監(jiān)測。

至于長沙市郊采石灰石引起的地面塌陷，只影響局部，在進行嚴(yán)格的采礦環(huán)境評估后，其影響可以消除。長沙市區(qū)內(nèi)的地面塌陷因石灰?guī)r含水層埋藏深，地下水不是長沙市供水水源，由潛蝕和真空吸蝕引起的地面塌陷，除一些有石灰?guī)r埋藏淺的局部地區(qū)外基本不會發(fā)生。

重點是市政工程建設(shè)中發(fā)生的地面塌陷。隨著近年來長沙經(jīng)濟飛速發(fā)展，市政工程的建設(shè)日趨頻繁，再加上其與城市居民生活的“零距離”，所以往往最容易形成重大危害，引發(fā)最多的關(guān)注。

對于市政工程建設(shè)中的地面塌陷，預(yù)防最重要的手段一是搞清廢棄的較大型管道的分布；二是工程建筑時填土必須夯實；三是應(yīng)用物探方法的“道路隱患掃描儀”，探測地面以下淺部的脫空區(qū)或虛弱區(qū)，針對不同隱患采取措施，那么市區(qū)經(jīng)常發(fā)生的地面塌陷就可以杜絕。

鏈接

近3年來長沙部分路面塌陷事件

2010年8月，銀盆南路和瀟湘路交叉處的人行道上突現(xiàn)直徑40厘米左右的小坑，很快成了一個直徑3米、深2米的大坑，開始危及機動車道。

2010年7月，溫家寶總理視察寧鄉(xiāng)縣大成橋鎮(zhèn)路面塌陷。

2010年10月，烈士公園紀(jì)念塔東側(cè)塌陷。

2010年11月29日，營盤路毛家飯店附近出現(xiàn)直徑10m、深6—7m的塌陷。

2011年2月，望城區(qū)雷鋒鎮(zhèn)謝家橋發(fā)生塌陷。

2012年2月17日長沙縣東升路因地下排水管道漏水形成地面塌陷即是典型一例。

2012年7月5日，湘江中路南湖路口一輛寶馬車掉入其中造成三傷一死即是

2012年8月9日，香樟路女子監(jiān)獄附近發(fā)生塌陷。