天津市津南區(qū)地面沉降影響因素及防控管理

羅立紅，邵 興，牛 毅，呂瀟文

（天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，天津 300191）

天津市津南區(qū)地面沉降影響因素及防控管理

羅立紅，邵 興，牛 毅，呂瀟文

（天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，天津 300191）

天津市津南區(qū)是四個環(huán)城區(qū)之一，近年來該區(qū)地面沉降形勢嚴峻，開采地下水及工程建設活動為主要的人為加劇地面沉降的因素。地下水位漏斗與沉降漏斗在該區(qū)重疊，在地下水資源管理方面，天津已經(jīng)實行嚴格的禁采、限采條例，地下水資源開采呈逐年減少趨勢；隨城市化進程的加速，工程建設對區(qū)域地面沉降的影響不斷累積，以工程實例分析周邊區(qū)域水準監(jiān)測點遭受工程建設影響程度，正確認識了工程建設對區(qū)域地面沉降的影響，在區(qū)域地面沉降管理方面，應在大型工程建設區(qū)建立專項地面沉降監(jiān)測體系。

地面沉降；防控管理；地下水；工程建設

1 天津市津南區(qū)概況

津南區(qū)是天津市四個環(huán)城區(qū)之一，位于天津市東南部，海河下游南岸，素有天津“金三角”之稱。主要為沖積平原和海積、沖積平原，海拔2～4m之間。津南區(qū)處于天津市經(jīng)濟發(fā)展的主軸上，是承接中心城區(qū)城市功能和濱海新區(qū)產(chǎn)業(yè)功能的重要地區(qū)，東部的葛沽鎮(zhèn)是濱海新區(qū)的重要組成部分。津南區(qū)2015年累計建成還遷安置房1157萬m2，6.77萬戶群眾遷入新居，全面打造了8個新型城鎮(zhèn)，初步形成了統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、各具特色的現(xiàn)代化新型城鎮(zhèn)體系。2015年，城鎮(zhèn)化率達到90%以上，城鄉(xiāng)一體化發(fā)展走在全市前列。

該區(qū)屬溫帶季風型大陸性氣候，春季干旱多風、夏季炎熱多雨、秋季晴朗氣爽、冬季寒冷干燥，6～9月份為豐水期，12月～次年3月為枯水期。

津南區(qū)河流均屬海河水系，區(qū)內(nèi)一級河道一條為海河，二級河道16條。各河道的主要作用為排洪、排污河調(diào)節(jié)水源。這樣津南區(qū)河網(wǎng)密布、縱橫交錯，為農(nóng)灌提供了便利的條件。該區(qū)設施農(nóng)業(yè)園具有較大規(guī)模，名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品較多。

2 天津市津南區(qū)沉降漏斗現(xiàn)狀及原因分析

天津市地面沉降始于1923年，據(jù)歷史水準點資料，伴隨著地下水的開發(fā)，地面沉降相應發(fā)生。天津市中心市區(qū)地面沉降大致分為四個階段：1923～1957年為地面沉降初期階段，地面沉降萌芽期；1958～1966年地面沉降中心初步形成階段，形成了天津北站、河北大街、大直沽、陳塘莊等沉降中心；1967～1985年為地面沉降急劇持續(xù)發(fā)展階段，已形成的沉降中心進一步發(fā)展擴大；1986年至今為地面沉降治理階段[1]。截至2015年，中心城區(qū)地下水形成水位反漏斗。津南區(qū)臨近中心市區(qū)，地面沉降發(fā)展歷程略有差異，該區(qū)地面沉降災害發(fā)展目前處于治理控制階段，其中津南雙橋河鎮(zhèn)、葛沽鎮(zhèn)地面沉降問題較嚴重，2010～2015年漏斗發(fā)展變化趨勢見圖1。

引起地面沉降的因素主要分為欠固結(jié)軟土、構(gòu)造因素、地下水開采、地熱及油氣資源開采、人類工程活動。據(jù)天津市控制地面沉降工作辦公室對天津市地面沉降影響因素定量研究顯示，2008～2009年天津津南區(qū)地下水開采、人類工程活動因素對區(qū)域地面沉降影響比例分別為63.57%、12.39%[2]。

除自然因素外，天津津南區(qū)地面沉降的主要原因為地下水開采，2010年津南區(qū)地下水開采量1773萬m3，開采強度每年每平房米3.38萬m3，比臨近東麗區(qū)、塘沽區(qū)開采強度大，2015年津南區(qū)地下水開采量有了大幅壓縮至1083萬m3。2015年津南區(qū)淺層咸水為主，較少開采利用，淺層地下水水位動態(tài)基本穩(wěn)定；深層地下水補給條件差，深層地下水年內(nèi)變幅較大，多年水位以下降為主，高水位期與降水期明顯滯后是主要動態(tài)特征。三組、四組地下水開采在津南區(qū)地下水漏斗與地面沉降漏斗區(qū)重疊出現(xiàn)（圖2）。

近年來，天津城市化進程加快，工程建設對區(qū)域地面沉降的影響越來越顯著，建筑密度越大，建筑容積率越高，地面沉降越顯著[3]；然而，工程建設影響在時間、空間有一定范圍，工程建設對區(qū)域地面沉降影響需要具體工程具體分析。

圖1 2011～2015年沉降漏斗變遷Fig.1 2011～2015 subsidence funnel change

圖2 水位與沉降漏斗疊加Fig.2 Water level and subsidence center superimposed

3 工程建設周邊水準點變化分析

十二五期間，津南區(qū)雙橋河鎮(zhèn)、葛沽鎮(zhèn)沉降中心，周邊大型工程項目包括高層住宅、教育基地、軌道交通等工程，對區(qū)域地面沉降有一定的影響，工程建設影響的本質(zhì)原因為建設期抽汲地下水、荷載增加、工后期動荷載等因素。本次選取三個工程片區(qū)進行詳細分析。

（1）海河教育園區(qū)、津南新城片區(qū)

本工程建設施工期降水及荷載對周邊地層壓縮影響有一定的影響范圍，區(qū)域水準監(jiān)測點與工程建設場地有一定的距離，雖然不能準確的反映工程建設對區(qū)域地面沉降的影響程度，但區(qū)域水準點作為區(qū)域地面沉降發(fā)育情況的衡量指標，在指導地面沉降控制工作中起決定性作用，分析工程建設對周邊水準點影響程度，對正確認識地面沉降發(fā)育形勢起積極作用。

2011～2013年地面沉降速率大于70mm的漏斗中心出現(xiàn)較大偏移，與海河教育片區(qū)、津南新城建設有較大關系。工程建設在特定地點、特定時段發(fā)生，對周邊已有水準點影響程度差異較大，津南新城工程區(qū)周邊臨近水準點較少，施工場地周邊1公里范圍內(nèi)水準點JC816、JN006 (圖3)，水準點平面位置見圖1，在2011年沉降速率較其它年份有明顯的增大現(xiàn)象，點JC816的監(jiān)測數(shù)據(jù)較連續(xù)，該水準點因周邊工程建設導致該點沉降值較2009年、2012年增大15.3mm、15.52mm，2013年津南新城高層建設期間該點沉降增大0.92mm。水準點JN006埋設時間較短，自建成以來一直呈遞減趨勢，2011年較2012年沉降值大38.24mm，該點距津南合安園工程場地1km左右，周邊未發(fā)現(xiàn)其他大型工程建設（圖4）。

圖3 水準點監(jiān)測情況Fig.3 Leveling point Monitor situation

圖4 2011年8月工程施工狀況Fig.4 Construction of the project in August 2011

（2）雙橋河示范小鎮(zhèn)工程

天津市津南區(qū)雙橋河示范小城鎮(zhèn)用房工程區(qū)，該工程區(qū)體量大，2010年1月發(fā)布公開招標，一標段～三標段，建筑面積合計313669m2，地上26、16、10層，地下1層；四標段：商場工程,建筑面積34247m2，地上5層；地下1層。工期為2010年2月11日至2011年10月11日，從影像圖可以直觀顯示2011年工程場地建設規(guī)模。該工程區(qū)周邊后續(xù)又建設了祥水馨苑、兆和園工程項目，兆和園農(nóng)民安置用房建筑面積311592.54m2，2014年基本完成工程地基降水工程（圖6）。

圖5 水準點監(jiān)測情況Fig.5 Leveling point monitor situation

圖6 2011年8月工程施工狀況Fig.6 Construction of the project in August 2011

2010～2013年該工程場地均劃定在年沉降速率70mm的沉降區(qū)內(nèi)，周邊現(xiàn)存水準點監(jiān)測情況如圖5，監(jiān)測時間較連續(xù)的JC755變化情況在2011年出現(xiàn)年沉降大值與工程建設影響吻合，2011年較2010年、2012年年沉降量差值分別為18.07mm、16.29mm，2010年較2009年沉降量增加4.91mm。其余監(jiān)測點埋設時間短，JN005監(jiān)測點2011年沉降變形量較2012年大40.97mm，從水準點與工程建設場地距離分析，該點沉降量增加不僅僅是因工程建設影響。

（3）地鐵1號線雙橋河車輛段工程

沉降漏斗區(qū)包含在建的天津地鐵1號線東延伸兩個車站，一個區(qū)間段，一個車輛段。天津地鐵1號線東延長線雙橋河車輛段，主要工程量總建筑面積176000m2，其中停車列檢庫56387m2，廢水處理廠253.4m2，附屬用房807.3m2，跟隨式變電所411.8m2，工程車庫2497m2，聯(lián)合檢修庫44537.6m2，門衛(wèi)房2個117.3m2，物資總庫9271.6m2，洗車庫1137.2m2，易燃品間426.9m2，綜合樓11000m2，綜合維修中心8794.4m2。鋪軌輔助線長1.28km，正線單線長30.48km，雙橋河車輛段場區(qū)軌道及出入段線長22.08km。其建設規(guī)模如圖7，平面位置見圖1。

圖7 2015年9月工程施工狀況Fig.7 Construction of the project in September 2015

圖8 水準點監(jiān)測情況Fig.8 Leveling point monitor situation

根據(jù)上海市城市化進程引起的地面沉降因素分析顯示,盾構(gòu)隧道施工引起橫向地表變形接近土體的破壞棱體，下沉影響范圍為60～75m；上海基坑降水影響范圍可達30～80m[4]。天津地鐵建設影響范圍較少研究。本次編制工程線路周邊較近的水準點JC309、JN006（平面位置見圖1）歷時曲線（圖8），由此可見兩水準監(jiān)測點在工程建設期未發(fā)現(xiàn)明顯的異常變化；天津地鐵建設對周邊環(huán)境影響研究較少，已有水準點與工程線路距離在100m以外，因此，地鐵建設影響已有水準點的監(jiān)測成果未能及時反映。

本次研究區(qū)工程建設區(qū)內(nèi)監(jiān)測點JC816 JC755 JC309具有相似的變化趨勢，三個監(jiān)測點周邊工程建設有較大差異，工程建設對區(qū)域水準點監(jiān)測成果不同工程規(guī)模、不同工程類型、不同水準點距影響程度差異較大，在控制地面沉降管理方面應有相關工程的具體監(jiān)測數(shù)據(jù)。本次選取的監(jiān)測點數(shù)量有限、分析范圍有限，上述結(jié)論僅適用于2010～2015年津南區(qū)雙橋河鎮(zhèn)周邊區(qū)域監(jiān)測成果分析。

4 區(qū)域地面沉降預防性控制方法

天津市目前已實施嚴格的水資源管理辦法，地下水壓采成效明顯，區(qū)域地面沉降得到有效的控制，然而地面沉降問題依然嚴峻。工程建設對區(qū)域地面沉降的影響在不同水準監(jiān)測點影響程度差異較大，影響隨時間推移慢慢減少。

區(qū)域水準點主要用于掌握區(qū)域地面沉降發(fā)育形勢，目前天津市域內(nèi)已有水準點在重點沉降區(qū)平均間隔2～3km其它沉降區(qū)平均間隔3～4km，近年來，已建水準監(jiān)測點損壞較多，后續(xù)新建更替點，造成連續(xù)記錄缺失。因此，工程建設影響并未在區(qū)域地面沉降監(jiān)測成果中完全顯示出來。

工程建設管理方面，2014年2月《天津市控制地面沉降管理辦法》[5]正式頒布實施，該辦法明確了開挖深度超過5m的建設項目，建設單位應對施工影響范圍區(qū)域的地面沉降進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時報告水行政主管部門和建設管理部門，在確保施工安全的同時，采取有效防止地面沉降措施。

以往對工程建設影響研究，主要關注高層建筑群的影響范圍，不同規(guī)模影響差異較大，很難給出一個明確的結(jié)論。高層建筑監(jiān)測方面在天津濱海新區(qū)做過類似大型工程區(qū)地面沉降監(jiān)測實例[6]，建立了水準監(jiān)測點與分層標點的聯(lián)合監(jiān)測體系，監(jiān)測點密度大，監(jiān)測頻率高，對不同工程時段區(qū)域地面沉降有了可靠的認識。

天津地面沉降總體形勢嚴峻，在地面沉降形勢嚴重的漏斗區(qū)，且為新興城鎮(zhèn)初期建設地帶，高層建筑、公共交通、新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)，應加密水準監(jiān)測，必要時建立水準點、分層標點監(jiān)測體系，天津也在探索建立長期運營的軌道交通工程的地面沉降監(jiān)測管理辦法。

5 結(jié)束語

人類工程活動是城市發(fā)展的命脈，工程建設加劇地面沉降災害差異性很大，區(qū)域水準點監(jiān)測范圍有限，有些工程致災情況并不能完全顯現(xiàn)，天津城鎮(zhèn)化率已接近90%，為保證人民財產(chǎn)的安全、社會穩(wěn)定，在沉降嚴重區(qū)建立工程分類監(jiān)管體系是目前地面沉降管控的主要發(fā)展方向。

References)

[1] 張云霞.天津市濱海新區(qū)地面沉降防治對策研究[D].天津大學, 2004:4-5.

Zhang Y X.Study on countermeasures of land subsidence prevention in tianjin binhai new area[D].Tianjin University, 2004:4-5.

[2] 朱慶川,王巍,時紹瑋,等.天津市地面沉降影響因素定量分析[J].中國水運,2014,(3):360-363.

Zhu Q C, Wang W, Shi S W, et al.Quantitative analysis of infuencing factors of land subsidence in Tianjin[J].China Water Transport, 2014,(3):360-363.

[3] 介玉新,高燕,李廣信.城市建設對地面沉降影響的原因分析[J].巖土工程技術,2007,(4):78-82.

Jie Y X, Gao Y, Li G X.Analysis of the influence of urban construction on land subsidence[J].Geotechnical Engineering Technology, 2007,(4):78-82.

[4] 許燁霜,馬磊,沈水龍.上海市城市化進程引起的地面沉降因素分析[J].巖土力學,2011,(4):578-581.

Xu Y S, Ma L, Sheng S L.Analysis of land subsidence factors caused by urbanization in Shanghai[J].Geotechnical Mechanics, 2011,(4):578-581.

[5] 天津市水務局.天津市控制地面沉降管理辦法[Z].2014.

Tianjin Water Affairs Bureau.Measures for the control of land subsidence in Tianjin[Z].2014.

[6] 羅立紅,萬廣欣,牛毅,等.天津高層建筑建設對周邊土層影響監(jiān)測工程實例[J].城市地質(zhì),2014,(2):47-50.

Ruo L H, Wan G X, Niu Y, et al.Engineering example of infuence of high-rise building construction on surrounding soil layer in Tianjin[J].Urban Geology, 2014,(2):47-50.

Land subsidence infuencing factors and prevention and control management in the Jinnan district of Tianjin city

LUO Li-Hong, SHAO Xing, NIU Yi, Lü Xiao-Wen
(Tianjin Monitoring Central Station of Geology Enviromental, Tianjin 300191, China)

Jinnan District in Tianjin is one of the four ring cities.In recent years, the situation of land subsidence in the area has become grim, with mining groundwater and construction activities as the main man-made factors that aggravate the ground subsidence.Groundwater and sedimentation funnels in the area overlap.In the management of groundwater resources, Tianjin has implemented a strict mining ban and mining regulations.As a result, groundwater resource mining has decreased year by year.With the acceleration of urbanization process, the construction of the regional ground subsidence The impact of the project construction on the regional ground subsidence, as pertaining to land subsidence management, should be considered in the large-scale construction area by establishing a special ground settlement monitoring system.

land subsidence; the prevention and control management; groundwater; engineering construction

P642.26

A

2095-1329(2017)03-0070-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.03.016

2017-04-01

修回日期: 2017-05-26

羅立紅(1982-),女,碩士,高級工程師,主要從事地面沉降監(jiān)測研究.

電子郵箱: 44534829@qq.com

聯(lián)系電話: 022-23682576

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(水[2014] 02-031-011);天津市國土資源和房屋管理局科研項目“天津市低海拔地區(qū)地面沉降災害調(diào)查及防治對策研究”(國土房任[2015]1號)