城市路面塌陷类型与防治对策.pdf

第32 卷增刊12023年6 月文章编号：10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0117-04中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230298Vol.32,Suppl 1June2023城市路面塌陷类型与防治对策吴远斌1.2，殷仁朝1.2（1中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室/中国地质调查局岩溶塌陷防治技术创新中心，广西桂林5410 0 4；2.联合国教育科学及文化组织国际岩溶研究中心，广西桂林5410 0 4)摘要：近年来，随着城市建设的发展，城市路面塌陷已经成为各城市地质灾害的主要类型之一，日益引起人们的关注。城市路面塌陷一般规模不大且多为单点式塌陷，但一旦发生则成为影响城市生活的突发公共事件。通过对全国各地公开报道的塌陷案例进行总结分析，结果表明：城市路面塌陷一般可分为岩溶型、管道型、工程施工质量型、防空洞型等四种；城市路面塌陷与城市发展程度密切相关，与岩溶发育程度的相关性反而不明显；暴雨是路面塌陷的主要诱发因素之一；路面塌陷以单点式塌陷为主，规模不一。进一步地，从前期塌陷隐患识别、中期应急预案、后期工程处置角度出发，对四种城市路面塌陷分别提出了相应的处置方案，为今后城市路面塌陷相关研究以及塌陷预防、应急、处置方案提供参考。关键词：城市路面塌陷；地下管线；防空洞；潜蚀作用；防治对策中图分类号：P642.26Types and countermeasures of urban pavement collapse(1.Institute of Karst Geology,Chinese Academy of Geological Sciencs/Key Laboratory of Karst Dynamics,MNR&.GZAR/Innovation Center of Karst Collapse Prevention,China Geological Survey,Guilin 541004,China;Abstract:In recent years,with the development of urban construction,the collapse of urban pavement hasbecome one of the main types of urban geological disasters,which attracts peoples attention increasingly.Urban pavement collapse is generally small in scale and mostly single point collapse,but once it occurs,itwill become an emergency affecting urban life.This paper summarizes and analyzes the collapse casespublicly reported throughout the country,and the results show that urban pavement collapse can begenerally divided into four types:karst type,pipeline type,construction quality type and air-raid shelter type.The subsidence of urban pavement is closely related to the degree of urban development,but the correlationwith the degree of karst development is not obvious.Rainstorm is one of the main inducing factors ofpavement collapse.Pavement collapse is mainly single point collapse with different scales.Further,from theperspective of early collapse hidden danger identification,mid-term emergency plan and late projecttreatment,the corresponding disposal schemes for the four types of urban pavement collapse are respectivelyproposed,providing reference for future urban pavement collapse related research and collapse prevention,emergency and disposal schemes.文献标识码：AWU Yuanbin2,YIN Renchaol.?2.International Research Center on Karst Under the Auspices of UNESCO，G u ilin 5410 0 4,C h in a)收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 3基金项目：中国地质调查局地质调查项目资助（编号：DD20230441)；中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目资助（编号：2015017)第一作者简介：吴远斌（198 7 一），男，高级工程师，主要从事岩溶地质灾害监测预警与风险防控工作，E-mail：w u y b 8 6 q q.c o m。引用格式：吴远斌，殷仁朝.城市路面塌陷类型与防治对策 JI.中国矿业，2 0 2 3，32（S1)：117-12 0.WU Yuanbin,YIN Renchao.Types and countermeasures of urban pavement collapseJJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):117-120.责任编辑：赵奎涛1180引言目前，塌陷一般指岩溶塌陷，岩溶学词典里将其定义为因岩溶作用而产生的地面塌陷现象。而城市路面塌陷多与岩溶作用无关，目前还未有一个确切的定义。暂且将城市路面塌陷定义为：因人类工程活动扰动或岩溶作用而形成的发生在城市交通道路及其附近的地面塌陷或沉陷现象。随着城市地下空间的开发、人类工程活动强度增大、极端降雨事件的频繁出现以及以往铺设的地下管线达到设计寿命或破损，城市路面塌陷日益增多。城市路面塌陷不仅是一种特殊的城市地质灾害，更是一个影响城市生活的公共安全事件，严重危害市民生命财产安全、城市形象以及城市发展。1城市路面塌陷现状近年来，国内各城市屡发城市路面塌陷事故，车辆严重损毁，人员伤亡惨重，社会影响恶劣，群众反响很大，仅2 0 2 2 年全年国内公开报道的城市路面塌陷就有10 13起。1.1空间分布特征与岩溶塌陷相比，城市路面塌陷分布范围极广，没有明确的地域范围，全国各省（区、市)均有发生。但这些城市路面塌陷与城市发展程度密切相关，与岩溶发育程度的相关性反而不明显。以广东省2006一2 0 15年发生的城市路面塌陷为例，这些塌陷广泛分布于广东省的13个地级市，其中广州、深圳、东莞、佛山塌陷数量占总塌陷的7 5.5%，与四市GDP占广东省总GDP的占比高度一致 2 。1.2时间分布特征我国城市路面塌陷事故频数总体呈上升态势，以广东省2 0 0 6 一2 0 15年间发生塌陷事件为例，十年间呈明显的波浪状上升趋势（图1）。这主要与两个原因有关：一是与城市化进程加快密切相关，尤其是基坑、地铁等地下工程的施工建设；二是与强降雨尤其是极端强降雨密切相关，强降雨极大地增大了道路积水厚度及积水人渗过程中的潜蚀作用。塌陷在各个月份皆有发生且发生数量相差并不明显，但雨季（5一7 月份）发生频率要略高于其他月份，说明城市路面塌陷主要为人类工程活动诱发，同时，降雨对其有一个促进、放大作用（图2）。因为这一时期单次降雨量大，地表积水量大，水力梯度大，潜蚀作用强烈，所以路面塌陷尤其严重。12 月与1月塌陷数量也相对较高，其原因为枯季水位下降，土中国矿业Keywords:urban pavement collapse;underground pipeline;bomb shelter;subduction;prevention andcontrol measuresGuangdong Province from 2006 to 20151611412/10864201223456789101112月份图2 广东省城市路面塌陷各月份统计Fig.2Statistics of urban pavement collapse inGuangdong Province in each month1.3形态和规模特征与岩溶塌陷多群发的特点明显不同，城市路面塌陷以单点式塌陷为主，塌陷群少见。塌陷坑形态以圆形、椭圆形、不规则形为主，剖面形态以坛状、漏斗状为主。圆形塌陷坑直径一般0.6 15.0 m，深度0.210.0 m。不规则形塌陷坑多呈长条形，长1.0 60.0m,宽0.1 15.0 m,深度0.4 4.0 m（图3)。2城市路面塌陷类型分类城市路面塌陷根据诱发因素可分为四类：管道型塌陷、地下工程施工型塌陷、岩溶型塌陷、防空洞型塌陷。其中，又以管道型塌陷、地下工程施工型塌陷最为常见。2.1管道型塌陷由于地下管线施工工艺、施工质量以及年久失第32 卷体裂隙发育规模及深度均增大，潜蚀作用更加容易发生，同时，这也说明了城市路面塌陷与常规岩溶塌陷不同，多为人为因素诱发。3072520/15105+0+2002007200820092010201201201320142015年图12 0 0 6 一2 0 15年广东省城市路面塌陷统计Fig.1 Statistics of urban pavement collapse in增刊1图3广州金沙洲塌陷（直径15m，深5m）Fig.3Collapse of Jinshazhou,Guangzhou(15 m in diameter and 5 m in depth)（资料来源：大洋网）修（尤其以前自来水水管采用水泥管而非钢管)等问题，管道渗漏造成水土流失、进而形成路面塌陷，这给城市交通安全运营和人身安全留有隐患，同时也严重影响了地下给排水管线的正常运行。管道渗漏型塌陷可分为有压型和无压型管道渗漏塌陷以及管道检查井塌陷。有压型管道渗漏塌陷主要为自来水供水管道破损渗漏，导致回填土沿管道回填处进行潜蚀形成空洞；无压型管道渗漏塌陷主要为排水管道（包括雨水管、污水管等）破损，导致回填土沿管道破损处向管道内潜蚀漏失形成空洞；检查井潜蚀塌陷为检查井周边回填不严实或者与道路之间不协调沉降形成空洞进而在降雨条件下潜蚀形成空洞。据统计，广东省2 0 0 6 一2 0 15年间6 0.6%为管道型塌陷，其中50.0%为无压型管道渗漏塌陷，8.3%为检查井潜蚀塌陷。2.2地下工程施工型塌陷地下工程施工型塌陷分为直接诱发塌陷和间接诱发塌陷。其中直接诱发塌陷表现为工程施工质量问题导致土体漏失，或工程施工导致岩溶管道水气压力突变进而诱发塌陷；间接诱发塌陷表现为地下工程施工导致土体扰动，土体中的管道不均匀沉降导致破损。据统计，地铁或地下隧道施工诱发塌陷占工程施工型塌陷56.0%值得一提的是，岩溶区桩基施工诱发塌陷一般形成塌陷群，不仅危害道路，甚至破坏建筑物，不容忽视。如2 0 14年5月18 日发生在广州夏茂桩基施工诱发塌陷导致10 余栋房屋倒塌、沉陷。2.3岩溶型塌陷碳酸盐岩分布区，岩溶普遍较发育，岩溶形态以溶沟、溶槽、溶洞、溶蚀裂隙为主。土岩界面处的溶槽多充填残积相软塑-流塑状黏土，在自然水位波动吴远斌，等：城市路面塌陷类型与防治对策2.4防空洞型塌陷此外，各城市多修建有防空洞，而防空洞年久失修，土体沿破损处向防空洞内潜蚀漏失形成空洞。由于防空洞的埋深一般较普通地下管线的要深，同时，由于防空洞修建年代久远，知情者较少，此类塌陷一般难以查明原因，导致塌陷反复发生 4。防空洞型塌陷分布范围并不广，但在个别城市多有发现，且占比较大 53防治对策3.1野外识别与自救城市路面塌陷虽然具有突发性、隐蔽性等特点，但同时在路面上表现出一定的识别特征，如路面局部沉陷、小空洞。由于城市路面路基及地下管线的影响，城市路面塌陷的突发性低于普通岩溶塌陷，在路基、地下管线的拉扯下，行人、车辆有一定的自救时间，快速脱离塌陷范围即可获得自救。3.2防治对策根据相关学者的研究成果 3.6 ，城市路面塌陷的主要致塌模式为耦合了地面振动的入渗-潜蚀-失稳，而人渗通道多为人为造成，因此，需要针对人渗通道开展塌陷防治工作。同时，城市路面塌陷不仅仅是影响交通通行，同时涉及电力、水力、天然气管道安全，处置不当容易诱发后续安全事故。因此，应将城市路面塌陷作为一种综合地质灾害体来应对，根据诱发塌陷的潜蚀通道进行重点、针对性排查，可以有效降低塌陷灾害的危害。根据不同类型的城市路面塌陷形成演化过程制定塌陷前期、中期、后期处置方案（表1），以便针对性的开展城市路面塌陷防治工作。城市路面塌陷是可以尽量避免的。根据不同类型塌陷建立定期排查制度，同时，对高危线路区，可在施工时铺设土工格网7，将塌陷的发生过程由突然发生转变为缓慢发展，从而大幅降低塌陷危害。4 结 论1）城市路面塌陷可分为岩溶型、管道型、防空洞型、地下工程施工型等四种类型。2）城市路面塌陷与城市发展程度密切相关，与岩溶发育程度的相关性反而不明显。3）暴雨是路面塌陷的重要触发因素之一。4）路面塌陷以单点式塌陷为主，规模不一。119下，土岩界面处土颗粒逐渐被潜蚀带走，形成土洞，直至塌陷。与其他类型城市路面塌陷相比，岩溶型塌陷占比低于1%3，这说明自然条件下的潜蚀强度远远低于人类工程活动诱发的潜蚀强度。120类型管道型地下工程施工型防空洞型岩溶型向上开口型岩溶管道进一步说，从前期塌陷隐患识别、中期应急预案、后期工程处置角度出发，对四种城市路面塌陷分别提出了相应的处置方案，为今后城市路面塌陷相关研究以及塌陷预防、应急、处置方案提供参考。参考文献1空洞研究院.2 0 2 2 年全国道路塌陷事故报告 R.2023.2 中商产业研究院.2 0 16 年广东各市GDP和人均GDP排行榜R.2017.3陈雨昂，唐荣，方建.2 0 14一2 0 18 年中国城市路面塌陷时空规律与原因分析 J.水利水电技术，2 0 2 0，51（7）：10 8-116.CHEN Yuang,TANG Rong,FANG Jian,et al.Analysis onspatio-temporal law and causation of urban road collapse inChina from 2014 to 2018JJ.Water Resources and Hydro-power Engineering,2020,51(7):108-116.中国矿业表1城市路面塌陷防治对策Table 1Prevention and control measures of urban road collapse人渗通道前期隐患识别无压型：管道破损处机器人探伤、地质雷达，有压型：回填面管线测试仪、排水管道检查井：回填面潜望镜及检测技术地下临空面、道路巡查、围护结构薄弱处渗漏红外仪扫描地质雷达、微重力仪、防空洞破损处内部巡查地质雷达第32 卷中期应急预案后期工程处置通用特有查明管道破损位置，封闭道路，断水，圈定危险范围断电，断气；防范次生灾害；确定塌陷类型及诱发主控因素；进一步确认更探明防空洞范围及深位置是否存在防破损位置空洞、岩溶管道探明下伏岩溶发育特征4熊建南.一段路面塌陷多次处理的探讨 J.江西建设，2 0 0 0(3):34.XIONG Jiannan.Discussion on multiple treatment of a sectionof pavement collapseJJ.Jiangxi Construction,2000(3):34.5顾成永.某城市防空洞引发地面塌陷原因探究及处理方法J.科学技术创新，2 0 18（6）：12 0-12 2.GU Chengyong.Causes and treatment of ground collapsecaused by air raid shelter in a cityLJJ.Scientific and Techno-logical Innovation,2018(6):120-122.6郭林飞，柴仕琦，董静怡.我国城市路面塌陷事故统计分析JI.工程管理学报，2 0 2 0,34（2)：49-54.GUO Linfei,CHAI Shiqi,DONG Jingyi et al.A statisticalanalysis of urban road collapse accidents in ChinaJJ.Journalof Engineering Management,2020,34(2):49-54.7COOPER A H,SAUNDERS J M.Road and bridge construc-tion across gypsum karst in EnglandJJ.Engineering Geolo-gy,2002,65(2):217-223.管道修复、分层夯实回填查明渗水点注浆、分层夯实回填防空洞修复、分层夯实回填清基、钢筋混凝土铺盖、分层夯实回填