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城市建设 ▎城市道路塌陷分析及防治对策

2020-4-29 14:46:57 6 来源:转载

一  城市道路塌陷现状

近年来,国内屡发城市道路塌陷事故,车辆严重损毁,人员伤亡惨重,社会影响恶劣,群众反响很大。2009年仅北京一地就发生了129起,其他城市如大连、哈尔滨、南京、深圳、广州、南宁也是事故频发,其中哈尔滨在9天内竟然连续发生7起路面塌陷事件,2死2伤、2车坠坑,引起了市民恐慌。针对这种情况,原国土资源部、水利部于2012年3月印发了 《全国地面沉降防治规划(2011-2020年)》,指出:目前全国遭受地面沉降灾害的城市超过50个,分布于北京、天津、上海等20个省区市,需要统筹规划,综合治理。路面塌陷相关数据见表1~表3。2018年10月~2019年9月,中国城市规划协会地下管线专业委员会收集了路面塌陷事故114起,数据显示:事故发生较多的3个省份分别为山东省、河南省、浙江省,其事故数量分别为14起、11起、8起,占比分别为12.28%、9.65%和7.02%,如图所示。

                                           

                                                         全国路面塌陷事故各省市分布情况图

表 1 2007 年~ 2014 年全国各大城市道路塌陷不完全统计

表 2 典型路面塌陷事故

表 3 塌陷事故诱因、次数


从目前出现的塌陷事故来看,其成因主要有三:

一是地下给排水管网渗漏,水土流失,掏空路基,导致塌陷,以粉土地质最为严重。分析详见案例一。二是城市地下工程施工不规范,扰动周边环境,导致地下结构破坏,水土流失,造成塌陷。分析详见案例二。三是采空区或岩溶地区地基塌陷变形导致路面坍塌。分析详见案例三。

前两者相对而言更为常见,后者多发生于传统采矿区、岩溶地区。

二  案例分析

(一)管侧土体抗力失效,管道受力变形

1.工程概况

某市污水收集管网工程全长约9000m,所用HDPE管规格为De300~1200mm,管道基础采用20cm碎石 (砾石砂)垫层基础,管道间采用卡箍式弹性密封件接口,埋深5.5m,场地土类型主要为粉土和粉质黏土,属中软土,地下水位平均埋深为5.06m,丰水期最小地下水位埋深为2.50m。工程竣工两年后管道附近局部路面突然下陷,面层断裂,深度最大处约2m,面积约40㎡,且检查井内发现水流夹杂泥沙较多。无人员伤亡。

2.应对措施

(1)紧急封闭事故路段交通,设立警示标志,疏散无关人员。(2)道路管理部门协调排水等相关各方组织技术人员现场踏勘确定管道变形坍塌范围,实施管道内窥、探地雷达相关检测,形成情况调查报告,确定处理方案。(3)对塌陷路段进行开挖,为确保开挖时周围地层稳定,采用钢板桩加内撑进行工作坑围护,坑内明排降水。(4)对附近路面设点监测,防止二次坍塌。(5)更换破坏管道,道路按原设计予以恢复。(6)附近路段雷达检测发现疏松不密实区域采用注浆处理。

3.原因分析

从承载机理上来讲,HDPE管道属于柔性管道,其上覆荷载由管道和管道周围土体共同承担,因此沟槽侧原状土力学性质、沟槽回填材料种类和压实质量直接影响到管道的受力状态。现场勘查检测发现管侧回填材料及压实质量不符合设计要求;管道结构复核验算发现沟槽侧原状土变形模量设计取值不合理;场地地下水位较高,在管道沟槽开挖过程中需要降水至基础底面以下以利于施工,沟槽回填后,地下水位回升,管侧土体受到浸泡,变形模量下降,对管道侧向约束变小。受以上因素的综合影响,管侧土体不能按设计预期有效地提供水平抗力,上覆荷载大部分由HDPE管道承担,从而产生较大变形直至发生破坏。管道周边填土冲刷流失加快了上述过程。

4.工作建议

(1)道路管理部门应尽快编制路面塌陷事故处理应急预案,道路、供排水、路灯、燃气、电力等设施管理部门(产权单位)之间应形成联动机制,便于开展工作。(2)既有道路技术状况调查应充分考虑周边排水管道影响,提倡“道排同治,综合研判”。(3)具备条件地区应尽快争取资金开展全面的道路塌陷隐患技术排查工作。(4)新建道路、排水管道工程应加强施工质量控制。

(二)地下工程施工导致掌子面失稳

1.工程概况

某市地下工程施工,穿越地层为全断面强风化闪长岩层,遇水极易松散,节理裂隙发育,地下水丰富,区间纵坡最大7.32‰。该区间在施工过程中地面出现塌陷事故,路面下方出现约有共50m³的空洞。塌坑位置距地面约10m,上覆约7m的强风化安山岩及约3m的填土,地下水位线距地面约3m。有数名人员被困。

2.应对措施

(1)有关单位迅速成立工程抢险组、交通调流组、管线抢修组、工程监测组、综合保障组,开展应急处置工作。对事发路段进行临时交通管制。(2)组织人员现场全力搜救被困人员,采用人工配合机械清淤方式扩大搜救范围。(3)事故现场浇注混凝土,抛填加气块,并对工程本体及周边环境实时监测,防止二次塌陷。(4)邀请专家对现场救援处置工作进行指导。(5)所有在建线路全面停工整顿,暗挖工程严格按规范要求做好掌子面封闭加固,设备停工做好仓内保压,确保掌子面土体稳定和设备安全。停工期间,做好安全值守工作。(6)组织开展事故原因调查。(7)做好舆论宣传工作,回应社会关切。

3.原因分析

(1)设备掘进至某环时,停机状态下转动螺旋输送机出土,渣土超排,导致土舱上、左中、右中土压为0,土舱压力不足以与开挖面的水、土压力相抗衡,导致开挖面释放应力,掌子面失稳,上方土体坍塌。(2)设备掘进地层为强风化闪长岩,岩体呈散体状结构,稳定性较差,该类型地层土压设置偏低,极容易引起掌子面失稳,发生地表沉降超限,进而发生地面塌陷。

4.工作建议

(1) 提高地下隧道、轨道交通、综合管廊等大型地下工程风险意识,开展全面的质量安全检查,加强风险源辨识、风险等级评估及风险防范措施。(2)加强施工监测,建立第三方委托监测制度,明确监测单位报警职责。(3)完善加强项目现场安全质量保证体系(人员、设备、制度、技术管理力量)。(4)加强重要关键工序条件验收。(5)建立健全突发事故应急预案,落实防坍塌抢险实战演练。

(三)地下多处废弃巷道导致地面塌陷

1.工程概况

某城市主干路,双向8车道,全宽28m,路面结构组成为10cm沥青混凝土路面+30cm水泥稳定碎石基层+30cm12%石灰稳定土底基层,交通量大。2015年,K1+450~K1+475段出现路面沉降且局部塌陷损毁形成坑槽,坑槽面积约6㎡,最深处约35cm,无人员伤亡,但构成安全隐患。此地为传统矿区,路面以下30m处有多处废弃巷道。

2.应对措施

(1)封闭事故路段交通,设立警示标志。(2)道路管理部门组织技术人员现场踏勘确定道路沉降范围,实施探地雷达等相关检测,形成情况调查报告,确定处理方案。(3)雷达检测结果显示该段道路下部地层20m范围内波形稳定,同相轴连续,地层分布均匀,无强反射波出现,无明显异常,未发现有明显空洞或不密实区域。通过400MHz天线探测分析,该段道路下部1~3m范围内地层波形紊乱,同相轴断裂,有部分强反射出现,雷达波衰减迅速。推测路面下部1~3m范围内地层松散、不密实或地层饱含水。局部开挖验证结果与雷达检测结果相符。(4)对问题路段全面开挖,将含水量较大,不密实的土层全部挖除至坚实土层,平整压实,然后用级配良好的碎石土分层填筑碾压至路床顶面,严格保证压实质量,压实标准应符合市政道路路基设计、施工规范相关要求。依据原路面结构设计,恢复路面功能。(5)对事故路段设点长期观测,如沉降不收敛,考虑采用注浆法充填巷道等措施根治路面沉降。

3.原因分析

雷达检测20m范围内未发现空洞,据道路管养人员反映,路面虽几经维修处理,但变形仍持续发生,故推测与深部巷道有一定关系。长期变形积累、交通荷载等都对路面结构有一定的损伤。

 4.工作建议

(1)加强采空区范围城市道路巡查密度,建立问题路段档案。(2)应尽快查明道路下伏采空区基础数据,收集相关资料,开展采空区稳定性评价,研判其对道路的实际影响。(3)对问题路段加强变形监测,结合道路改造提升予以妥善处理。

三 目前的主要困难

1.受资金不足等问题束缚,不能及早地针对隐患采取措施。笔者在实地调查中发现有很多城市道路下面的排水设施老化,形成了安全隐患,但是由于资金不足,治理工作迟迟未开展。2.路面塌陷事故诱因复杂,往往牵涉到道路、供排水、路灯、燃气、热力、沿线建设单位等多个部门(产权单位),工作难以协调。3.责任难以划分,因此需要专业鉴定机构介入做出准确判断。4.技术手段尚有缺陷。

四 防治对策

(一)全面开展辖区内路面塌陷事故调查摸底工作。以山东省为例,应面向全省各地市,尤其是沿黄粉土、粉质黏 土分布广阔的地市,如东营、滨州、聊城、菏泽等地,组织人员进行塌陷事故的调查统计,调查内容侧重总体数量、事故范围,塌陷深度、水文地质情况、附近管道类型、接口型式、后续处理措施,总结事故发生特点、时空分布规律,分类精准施治。

(二)道路主管单位应尽快向上级部门争取专项资金,组织开展道路地下病害体安全隐患排查,具备条件的应委托专业检测机构开展相关工作。应重点排查部位有:公交车站、路口等重车启停路段;已出现沉降路段、地下采空区路段;轨道交通等地下工程建设影响路段;供排水管涵年代久远、破损渗漏的路段等。要把城市道路地下病害体检测与评价作为一项重要内容纳入到道路养护工作中来,相应的技术规范也要随之更新。

(三)由道路管养部门牵头,各有关部门参与,形成长期协同机制,共享信息,增强综合研判和协同治理能力,落实应急预案的演练。山东省目前正在推动市政基础设施信息管理系统省级平台建设,可专门就此增设板块,系统权限按需分级,把各地地下病害体巡查、检测数据信息建立在3S技术(GPS、RS、GIS)之上,实现多源数据融合,以提高工作效率。此类平台的建设给协同机制的形成提供了技术基础。

(四)关口前移,提高道路排水工程设计水准,加强新建道路排水工程施工质量控制。笔者在追溯多起路面塌陷事故的过程中,发现事故起因与设计、施工均有关联,甚至需负主要责任。如设计中未充分考虑水文地质条件,一味简单套图,选择不合适的管材和工艺等,不尊重当地经验,缺乏客观判断,同时在施工中未能严格控制施工质量,不规范行为屡有发生,给工程埋下了安全隐患。因此需要加强设计方案论证和施工质量监管。

(五)深挖探地雷达等既有技术手段潜力,探索研发新技术,如管内雷达等,更精准地给问题定性,同时新的传感技术如笔者与山东大学合作研发的拉敏式土工格栅等在采空区、岩溶区路基抗变形设计中得以应用,实现了路基塌陷的早期预警。

​​​​​​​(作者:连峰 张旭光 刘治 张广龙 刘近龙)

(作者单位:山东省建筑科学研究院有限公司;山东省淄博市城市管理服务中心)