土地沉降，地铁变形？

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？

文章引用了2022年5月发表在期刊《遥感》的一篇论文数据（以下简称《遥感》论文），称北京有6条地铁的平均变形率超过5毫米/年。文章随后延展讨论了北京土地沉降，以及背后的华北地下水漏斗现象。

南方周末记者搜索多篇论文发现，随着雷达干涉测量技术（InSAR）的进步，近年来涌现出大量针对国内城市地铁沉降、变形的研究。

值得注意的是，表层土地沉降不意味着地铁变形，但需要密切关注。相关问题早在20年前就被专家提出，地方性的地铁沉降处置方案和监测体系也陆续出台，而控制地面沉降的核心是控制地下水开采。

1表层土地沉降≠地铁变形

引发讨论的论文题为《InSAR数据揭示北京土地沉降》，通讯作者婉拒了南方周末记者的采访。

雷达干涉测量技术（InSAR）是一种雷达功能的测量方法。论文研究的是北京土地沉降情况。利用北京遥感卫星图像，研究人员选取95万多个参考点，比较了2010-2019年数据。

类似的研究在全国都早已开展。根据原国土资源部、水利部在2012年发布的《2011年-2020年全国地面沉降防治规划》，地面沉降是一种缓变性地质灾害。长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等地区地面沉降灾害日趋严重，并伴生了地裂缝灾害。全国遭受地面沉降灾害的城市超过50个，包括北京、上海等。

上述《遥感》论文显示，在北京的15条地铁线路中，有6条线路沿线的表层土地曾经发生明显沉降，平均变形率超过5毫米/年。这6条线路分别是八通线、6号线、7号线、14号线、15号线和亦庄线。6条线路沉降严重的区域几乎都集中在东段，也就是朝阳、通州的范围内。

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。

2隧道形变既看幅度，也看是否均匀

比起表面土地沉降，影响更直接的是地铁结构的位移。

地铁结构的位移和形变是运营单位重点监测的内容之一。国家住建部2013年发布的《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（下称《规范》）规定，地铁隧道的水平、竖直位移需控制在20毫米以下。

直观来看，前述多项研究提到的土地沉降数字已经超过了20毫米，但这不等于地铁结构也随之沉降了20毫米。

柳林强调，大范围的土地沉降之下，如果地层分布相对均匀，差异沉降相对缓和，即使形变超过20毫米也是相对安全的。

20毫米的标准更多用于隧道附近有工程施工时。此时小范围内的剧烈地层扰动会给隧道造成最大的威胁——不均匀的竖向沉降。

因此，隧道形变既要看幅度，也要看是否均匀。《规范》还提到另一项衡量形变急剧程度的指标——曲率半径，指的是取一段曲线画成圆形后，该圆形的半径长度。曲率半径越大，曲线变化越缓和。因此，《规范》规定隧道变形曲线的曲率半径应控制在15000m以上。

3二十年前已开启治理

地铁在隧道中穿行，而隧道的基本结构是管片，一般六个管片组成环形，其间用螺栓连接。

柳林表示，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。

在中国，尚未有地铁线路在运营期间因土地沉降而发生严重事故。但这一风险早已被关注。

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2023年4月，在一处修建中的地铁站内，工作人员在进行弱电系统通信专业电（光）缆支架安装作业。（新华社记者 郭绪雷 / 图）

早在1920年代，上海就出现了土地沉降。因此在上海地铁1号线竣工之后，上海地铁运营公司从1993年起，就对隧道进行长期的沉降测量。

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，目前的沉降程度还未影响结构安全，只是造成了个别车站、部位的漏水。这是由于地铁隧道管片因沉降而出现裂缝或张开导致的。孙钧表示，不必对地铁大修，但要注意监测。

同样在2011年，《上海市地面沉降“十二五”防治规划》出台。作为其中提出的重要举措之一，2012年，上海建成了全球首个轨道交通沉降监测基准网，根据41个基岩点（以坚硬、稳固的岩石层作为基准），监测地铁管网。除了前文提到的形变幅度和曲率，监测人员还要关注管片接缝的张开量、隧道的收敛变形情况等。

柳林介绍，如果地层内有基岩，隧道穿越基岩和土体的交界时，土会沉降而基岩不会沉降，这种情况交界处会有较大的不均匀沉降，对隧道结构不利。上海的地质相对均匀，而其他城市可能需要额外关注。

对投入运营的隧道进行大修昂贵且困难。作为上海地铁的运营方，2012年，上海申通地铁集团一篇论文中介绍了一种微扰动注浆治理方法：自隧道底部少量、多次向下注浆，抬升沉降隧道，在高含水量软土地层中同样适用。

4控制地下水开采

柳林表示，近几年上海的地面沉降情况都“控制在几毫米之内”，对地铁的影响已十分轻微。和前述《遥感》论文的结论一样，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。

建在湖床上的墨西哥首都墨西哥城，由于超量开采地下水供居民使用，这座城市的土地以每年三十多厘米的速度下沉，给地面和地铁轨道系统造成严重破坏。

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。

一语成谶，2021年5月，墨西哥城轻轨12号线因桥梁断裂而发生脱轨，造成26人死亡。虽然事故主因是桥梁的偷工减料和维护不当，但公开资料显示，12号线在完工后就曾被查出有多根立柱发生了沉降。

在国内，上述《遥感》探讨了土地沉降和抽取地下水之间的关系。根据北京市水利局的数据，在2014年之前，北京市供水结构中有六成以上来自地下水。大量抽取的结果就是地下水位逐年下降，这与沉降典型区域加速沉降的发生时间相吻合。例如，2013年，北京朝阳区东部三间房乡的土地较上一年形变了173.8毫米，是该区域最为严重的一年。

2015年以来，随着南水北调工程的实施以及循环用水占比上升，北京市的供水结构得到优化，地下水水位逐年回升。《遥感》论文中引用的北京市水利局数据显示，北京市平均地下水位埋深从2015年的25.75米上升至2019年的22.71米。土地沉降的速度也随之改善。

《遥感》论文中，三间房乡2019年的土地形变程度为56.3毫米，是报告期间最轻微的一年。

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