分析香港沙中線各站的沉降影響
沉降成因大致可分為三類:
- 自然引致的沉降 (如:天然地殼移動)
- 填海引致的沉降
- 工程引致的沉降 (如:挖掘工程)
一. 關於第1類沉降,我們可以做的比較少,現代的建築工程技術已考慮有關沉降,打樁會到達石層。如果位於地震帶,建築設計會加入抗震考慮。
沙中線各站的沉降並非自然沉降,工程界議員的講法沒有事實根據。
二. 關於第2類沉降,過去香港的經驗很多,其中以1990年代的將軍澳沉降最廣為人知,沉降幅度驚人,2000年的將軍澳不正常沉降報告列出了填海工程和地下水流失所造成的大規模沉降。
立法會 (2000) 將軍澳不正常沉降報告 [檔號:L/M(3) in WB (CR) 38/01/15(00)] 節錄如下:
https://www.legco.gov.hk/yr00-01/chinese/panels/plw/papers/legcobrf.pdf
『4. 不同的地區沉降幅度不同。在調景嶺和唐明街以北的一部分市中心沉降
幅度甚小,自 1999 年年初至今只錄得 70 至 80 毫米的沉降。但南下位於唐明街
與唐德街之間的一部分市中心,自 1999 年年初至今的沉降幅度為 150 至 270 毫
米。至於將軍澳填海區其他地方(包括第 86 區及將軍澳工業 ),沉降幅度則由
50 至大約 800 毫米不等。...
7. 調查發現,不正常沉降的成因可能有 3 個:
(a) 填海土地的正常沉降幅度較預期為大;
(b) 地下水被抽去,以致地下土壤層固結;以及
(c) 填海後的建築工程影響所致。』
最近港鐵灣仔站沉降可歸納為此類因填海引起的沉降,由於建築物都建於填海地上,興建時已預計有沉降可能,所以樓宇和建築物的設計多數有充分考慮沉降,故此,因填海造地而引起沉降,造成建築物結構問題的可能性是相對比較少,相反,在這些區域,地面裂痕和喉管斷裂較為普遍。
關於填海引起的沉降,拓展署有指引:CEO (2002) Port Works Design Manual Part 3 - Guide to Design of Reclamation, HKSAR Govt. https://www.cedd.gov.hk/eng/publications/ceo/doc/p3_txt.pdf
第4章 (37頁起) 介紹沉降評估 (Settlement Assessment)。填海引起的沉降一般時間比較長,而且持續,如欲加快沉降速度可預加負載及裝設排水 (surcharge preloading and vertical drains)。第5章介紹監測沉降方法。
若填海區已出售予私人業權,土地上凡建築物受建築物條例監管,詳情可參考作業備考 APP-103 Structures on Grade on Newly Reclaimed Land, https://www.bd.gov.hk/english/documents/pnap/APP/APP103.pdf
三. 關於第三類沉降屬工程引起的沉降,最常見為挖掘工程或抽地下水工程所引起的沉降。事實上,將軍澳的沉降也發現與地下水有關。
過去香港亦有不少挖掘工程引致沉降,包括第一代的港島地鐵工程 (Island Line, ISL),Thorley, C.B.B. and Forth, R.A. (1995) Ground and building settlement due to tunnelling in Hong Kong, Land Subsidence, IAHS Publ. no.. 234, http://hydrologie.org/redbooks/a234/iahs_234_0149.pdf 有詳細報告。
當中關注到樓宇比挖掘工程早存在,不同年代的建築物因地基設計和建築設計不同,受沉降影響亦會不同。報告顯示地面沉降和樓宇沉降最高達到接近20毫米。這與現時屋宇署用作須要停工的標準相當接近 (參考 https://sosreader.com/n/@ecyY/5b6d0d8efd89780001f1303a, 屋宇署 (2004, 2012) Ground-borne Vibrations and Ground Settlements Arising from Pile Driving and Similar Operations, https://www.bd.gov.hk/english/documents/pnap/APP/APP137.pdf)
報告提及樓宇沉降可比地面沉降多70%,可見因工程引致沉降對舊樓的影響與填海引致沉降可以非常不一樣,舊樓的設計本身沒有預計沉降,早年的地基更可能沒有到達石層 (譬如 Spread Footing),後來才挖走泥土或地下水,對樓宇的結構可以帶來難以適應的影響。這是沙中線土瓜灣站與灣仔站沉降對周邊樓宇的結構影響不一樣的原因。
"It is of interest that building settlement and ground settlement troughs are approximately the same width but with the building suffering approximately 70% greater settlement at the centre-line. This suggests that the ground movement at tunnel level and just above may be greater than indicated by surface movement and therefore the downward force extended on the piles, or the pile-tip movement, results in a larger settlement. The similar width troughs may be a result of similar development of strain
patterns close to the tunnel as at the surface, which suggests that the bands of maximum strain achieve their maximum width in the area just above the tunnel, or alternatively the building has redistributed some load across its width." (p. 11)
1 ISL 報告中的四類樓宇地基情況
當然,第三類沉降亦會引致地面沉降,地面裂痕和喉管斷裂會在這些區域出現的可能性同時存在。