天津八里台大面積沉降事件，大家怎麼看？_風聞

轉自微信公眾號“岩土沿途Geotech”：

“連小孩子都看出來了。”

 

近日，在天津碧桂園鳳錦庭院小區出現的大面積地面沉降持續引起關注。在小區內部及附近路面，多處肉眼可見的裂縫令人無法忽視。

小區內外出現的多處沉陷與裂縫

從鳥瞰圖來看，沉降涉及了多棟建築，其中受損最嚴重的39號高層已出現傾斜。約4000名小區住户被緊急疏散撤離。

沉降涉及多棟建築

最嚴重的39號高層已出現傾斜

緊急撤離的通知

一開始，擔憂的住户懷疑是否房屋質量不過關所導致。然而，房屋自身質量引起的事故多為“非傳染性疾病”，即僅限於自身的損壞，並不會明顯連累其他臨近建築。

 

類似鳳錦庭院小區累及多棟建築的大面積沉陷受損，更可能是外部因素所引起。

 

因此，人們逐漸將懷疑的眼光轉到了小區隔壁的工程項目上。事發數日後，很多人開始認為是小區對面在進行地熱井施工出了事故導致的，因為有住户拍到了疑似鑽井的井架躺在地上。

疑似鑽井井架

眾説紛紜，沒有定論。

 

無論如何，數千住户最關心的問題只有兩個，這關係到他們什麼時候能重返家園，還能不能重返家園：

 

1.導致這麼大面積沉降的原因是什麼，真的是地熱井施工嗎？

2.沉降還會變得越來越嚴重嗎？

 

懷揣着這兩項關切，我們利用網上收集到的資料一步一步嘗試進行推理。

對面是否為地熱井施工？

天津有着豐富的地熱資源，很久以前就已經利用地熱井技術用於供暖。截至現在，天津市各區大約分佈有700多口地熱井，並持續在探測地熱資源和新建。

 

事發的小區位於津南區八里台鎮，沉降比較明顯的區域大致位於下圖紅圈範圍。

小區的地理位置

在網上找到的資料顯示，八里台鎮多處探明有地熱資源，其中鳳錦庭院小區正好位於津52區塊內。

小區與地熱區塊的關係

津52地塊2022年12月完成了一起探礦權成交，值得注意的是，這次探礦須佈置2對地熱井，鑽至薊縣系霧迷山組取熱。這個信息很重要。

2022年12月成交的52區塊探礦權

薊縣系（Jx）地層是一個非常古老的地層，距今約10億年，比我們常看的侏羅紀公園還要老很多倍。霧迷山組（Wumishan Fm）則是薊縣系地層的一部分，距離地面大約2000~3500m。這與上述探礦權公告中的熱儲層埋深3000m是對應的。

薊縣系霧迷山組（Jw）在天津的地質剖面

也就是説，在52區塊打地熱井的最終深度將會超過3000m，屬於深層鑽井。（平時建房子前打的地勘鑽井很少超過100m）

 

在普通房建工程前期的地勘鑽井施工時，我們經常看到下面左圖中的鑽機。這種鑽機的鑽桿長度大約4米有餘，隨着鑽進加深要一根一根接駁上去。對於大深度的地熱鑽井而言，工效將會十分低下。所以，一般地熱鑽井都會採用下面右圖中比較高的設備，單根鑽桿長達9~10m。

普通鑽機（左）與地熱鑽井鑽機（右）

倒下的井架比較接近上圖中地熱鑽井的設備形式。

 

另外，可以留意到公告中提及的地熱井單位為“對”。一套完整的地熱系統要包含兩口井，一口是採熱井，一口是回灌井。採熱井負責把地下深層的熱水抽上來採集熱能，長期抽取的話後導致地下水位降低引發沉降，因此旁邊還要佈置一口回灌井往地下補水。

包含兩口井的地熱系統（示意）

不過需要特別注意，兩口井間距不能離得太近。回灌井往地層中注入的是常温冷水，如果離得太近，容易導致所謂的“熱突破”現象，即不斷將冷水倒入熱水中，造成熱能損失。

熱突破類似冷水不斷倒入熱水中混合

研究發現，回灌井距離採熱井超過400m後，回灌注入的冷水幾乎不會影響採熱井熱水的温度，即兩井的最優間隔在400m左右。

採熱井與回灌井間距對温度的影響

回到事故現場。碰巧的是，從其他角度拍攝的現場照片中，可以發現不遠處還有另一個井架。

現場附近的另一個井架

在地圖上測量兩者的距離，剛好也是400m左右。

兩個井架之間的距離

綜合上述觀察所得，井架處為地熱井施工的可能性極大。

根據小區的居民所述，地熱井是約半個月前施工的。按照一般地熱井的正常鑽進速度推算，事發前井位應該鑽到了1500~1800m深度的位置。

地熱井大約半個月前開工

沉降是否與地熱井施工有關？

在此之前，要先探討以下兩個先行問題：

 

（1）沉降的影響範圍有多大？

（2）沉降的影響深度有多深？

 

綜合小區居民拍攝的視頻信息，小區39號高層的沉降最為明顯，一直到43號高層地面都有發現開裂現象。兩者與地熱井的距離分別為100m與200m左右。沉降延伸到了200m範圍開外。

39號高層與地熱井的距離

43號高層與地熱井的距離

對比兩者視頻中反映的沉降裂縫，43號高層的地表雖然也有破損，但嚴重程度相對較弱。

39號高層（左）與43號高層（右）情況對比

這意味着，地層沉降發生的最大處位於39號高層那一側。當然，這並不代表39號樓是沉降的最大點。

 

現在回到最開頭的事故照片。39號樓出現了傾斜，暗示着可能樁底下面的地層也發生了沉降。如果僅是樁底以上的土層出現沉降，地表與地下室脱空可以理解，但在樁底沒移動的情況下，高層卻出現了明顯的傾斜，兩者似乎並不吻合。

39號樓可能樁底地層也有沉降

那麼39號樓的樁打了有多深呢？

 

在天津的住宅高層中，樁基礎一般不會入巖。因為天津岩石上面覆蓋的土層非常厚，約400~600m。如果將樁打入岩層，既不現實，也不必要。

天津的第四紀土層厚度超過400m

天津地區的慣常做法是將樁端放置於粘土層之間堅實的砂層中，一般可分為第一樁基持力層和第二樁基持力層。第一樁基持力層深度約20m，可支撐一般的中多層房屋；第二樁基持力層深度約40m左右，高層建築的樁基一般坐落於此層。

 

所以，甚至40m以下的地層都可能發生了沉降。

 

什麼外部活動可引起範圍超過200m，深度超過40m的地層發生沉降？

地熱井施工引起的可能性在變大。

地熱井施工如何引起沉降？

地熱井在施工時，井身一般採用多重套管的結構，用於鑽進時支撐孔壁和完工後保障正常出水。一般用的較多的是“二開”和“三開”技術，分別代表着二層或三層套管。

地熱井的套管結構（示意）

需要注意的是，鋼套管是鑽機鑽至指定深度後才放入的，在此之前，孔壁的穩定性要靠鑽井液來維持。

鑽井液（示意）

通常情況下，天津地區地熱井施工第一段套管（即一開）的深度常為400m左右，這恰好也接近土層的厚度。在鑽到400m深度時，下放套管，並用水泥填充鋼套管與鑽孔之間的空隙後，再進行第二段的鑽進。

一開套管與地層關係示意

然而，一開套管並不一定能完全穿越土層，因為天津有些區域的土層深度大於400m。這種情況下，在二開套管安裝完成之前，大於400m深度土層的穩定性和水壓完全依靠鑽井液來保持。

 

一旦鑽井液漏失或指標異常，這些超深土層的穩定性將會受到影響。

 

根據第一節的推測，事發前井位鑽到了1500~1800m左右深度的位置。在此深度範圍，周邊的地層很可能是奧陶系（O）基岩。

1500~1800m深度將遭遇奧陶系基岩

天津奧陶系的基岩主要由灰巖組成。灰巖是一種碳酸鹽巖，被水溶蝕後經常會在巖體內部產生奇形怪狀的溶洞。

典型的溶洞

如果鑽井遇到了溶洞，特別是空的、無填充的，鑽井液很可能一瞬間就會全部漏失掉。相關論文中也有對此現象的描述。

奧陶系岩溶的相關描述

綜合所有信息，以下是地熱井施工如何引起地基沉降的其中一個推測。

01

一開鑽至400m左右，並安裝了鋼套管，但並沒完全穿透土層。

02

繼續進行二開鑽孔，在進入灰巖之前，一切都是正常的。

03

進入灰巖後，遭遇到意料之外的岩溶，鑽井液瞬間漏失，且由於岩溶連通性好，如何補鑽井液也無濟於事。

04

第四紀地層中賦存在砂層中的承壓水失去了鑽井液的保護，在壓力差之下順着鑽孔湧入溶洞。

05

400m以下屬於天津地區的第IV含水組，在砂層中賦存着帶有壓力的地下水。

03

可以想象一個砝碼放在彈簧與水的組合體上。當水壓逐漸被卸掉時，砝碼的重量雖然沒變，但隨着原本水承擔的那部分壓力轉移了給彈簧，砝碼會逐漸下降到達一個新的平衡。這就是承壓水壓力下降對地基沉降的影響。

推 論

（1）可能是第IV含水組中的承壓水壓力下降引起了沉降，即深度400m往下的位置。所以造成的影響範圍如此之廣；

 

（2）如果不能有效阻止第四紀土層中水壓的下降，沉降可能將會繼續緩慢變大。