鄭州西三環(huán)道路頻繁塌陷成因探討

摘 要：鄭州西三環(huán)建成通車以來，道路頻繁塌陷，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。在歸納統(tǒng)計(jì)分析塌陷數(shù)據(jù)及其特征的基礎(chǔ)上，對(duì)塌陷成因進(jìn)行了深入探討。研究表明：道路交通壓力大、地下管線復(fù)雜及滲水、新舊路基的結(jié)合問題等因素為塌陷的主要原因，并根據(jù)鄭州西三環(huán)的道路特點(diǎn)提出相應(yīng)的改進(jìn)對(duì)策，可為鄭州西三環(huán)道路塌陷的治理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鄭州；西三環(huán)；道路塌陷；成因；對(duì)策

引言

鄭州西三環(huán)，于2014年4月至12月，短短八個(gè)月的時(shí)間內(nèi)塌陷達(dá)18次，多次塌陷的后果不僅導(dǎo)致道路堵塞，行車不便，更是嚴(yán)重影響了人們的生活，造成了人們對(duì)政府整治道路能力的不信任。就目前已有的對(duì)西三環(huán)的研究來說，尚未有對(duì)鄭州西三環(huán)道路塌陷原因的深入的綜合分析，在各大媒體和專家的報(bào)道上，也主要是道路塌陷時(shí)對(duì)鄭州西三環(huán)的關(guān)注度較高，對(duì)鄭州西三環(huán)的道路塌陷也大多處于猜測和推斷的過程中。文章基于現(xiàn)有對(duì)鄭州西三環(huán)的研究文獻(xiàn)，主要針對(duì)鄭州西三環(huán)的塌陷成因進(jìn)行深入分析，并在現(xiàn)有的對(duì)道路塌陷整治的基礎(chǔ)上，針對(duì)鄭州西三環(huán)的道路特點(diǎn)提出相關(guān)切實(shí)可行的對(duì)策，為鄭州西三環(huán)道路的整治提供建議。

1 鄭州西三環(huán)塌陷情況

1.1 鄭州西三環(huán)塌陷統(tǒng)計(jì)

文章通過西三環(huán)屢次塌陷的資料整理，對(duì)鄭州西三環(huán)道路18次塌陷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（如表1所示）。

1.2 鄭州西三環(huán)18次道路塌陷特點(diǎn)

1.2.1 塌陷地點(diǎn)集中

據(jù)塌陷事故概況的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，中原路口處12次，建設(shè)路立交橋3次，沁河路口1次，長江路1次，化工路1次。地點(diǎn)主要集中在中原路和建設(shè)路，據(jù)調(diào)查均屬于老路段。

1.2.2 受暴雨天氣的影響

據(jù)塌陷時(shí)間進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)4月份塌陷1次，5月份塌陷4次，6月份塌陷1次，7月份塌陷2次，8月份塌陷1次，9月份塌陷7次，12月份塌陷2次。其中，2014年9月份為暴雨集中月份，平均每2天下一場雨，部分雨勢很大，雨量集中造成地表積水嚴(yán)重，地面塌陷頻發(fā)。

1.2.3 地下管道復(fù)雜

在鄭州西三環(huán)的塌陷中，由于是空洞的影響導(dǎo)致塌陷頻發(fā)，而不管是暴雨還是碾壓都在很大程度上源于地下管道的密集和復(fù)雜程度，在鄭州西三環(huán)4月份通車后的不滿一個(gè)月就出現(xiàn)了兩次的管道斷裂引發(fā)的道路塌陷，在暴雨集中的9月份，在暴雨的侵蝕下，地下滲水情況差，塌陷的塌坑更是暴露出地下管道。而在現(xiàn)有文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，在鄭州西三環(huán)的路段1～10m的地下都布滿了管道，而且部分管道是在文革時(shí)期建造的[1]，部分管道是鄭州西三環(huán)現(xiàn)在仍然在修建的，新老不一的管道和年份的差異，地下空間分布的復(fù)雜導(dǎo)致鄭州西三環(huán)道路頻繁塌陷。

1.2.4 塌陷事故后果的隨機(jī)性和規(guī)律性

鄭州西三環(huán)的屢次塌陷中，每次都會(huì)有塌坑的出現(xiàn)，且車輛被卡和僅出現(xiàn)塌坑的情況各占50%，在車輛被卡的情形中有6次是由于施工車（渣土車、翻斗車、壓路機(jī)等），3次是由于公交車，1次是由于貨車。由此可見，塌陷后車輛被卡的事故是隨機(jī)的，但由于每次塌陷都伴有塌坑的產(chǎn)生，勢必對(duì)西三環(huán)的道路交通造成影響，其后果不僅是交通擁堵，還會(huì)導(dǎo)致人們內(nèi)心對(duì)安全得到的擔(dān)憂，引起恐慌。

2 鄭州西三環(huán)道路塌陷的成因

2.1 道路交通壓力大

近年來，鄭州城市外圍發(fā)展迅速，穿越三環(huán)線的交通需求增長迅猛。截止2010年底，鄭州市西三環(huán)高峰小時(shí)流量約6500pcu，主線雙向6車道車流量趨于飽和；路口也經(jīng)常堵塞。如圖1所示，表征的是鄭州西三環(huán)跨鐵路與交通時(shí)間分布。

圖1 西三環(huán)跨鐵路交通時(shí)間分布

在鄭州三環(huán)快速化工程中，西三環(huán)的設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，設(shè)計(jì)主線高架和地面道路雙向6車道，地面輔道雙向6車道，全線新建定向及上下橋匝道13條[2]。根據(jù)資料，西三環(huán)路段通行能力如表2所示。

表2 路段通行能力

由表2數(shù)據(jù)分析可知，在現(xiàn)有的西三環(huán)通行能力下，西三環(huán)的道路的交通壓力依然很大。此外，中原路口、鄭上路口等塌陷頻繁地段承載鄭州市西部出入城近一半的通行壓力。由于西三環(huán)載荷超標(biāo)，造成路面承載力不足，極易引起地面塌陷的事故。

2.2 地下管線復(fù)雜及滲水

根據(jù)鄭州西三環(huán)的塌陷18次統(tǒng)計(jì)，鄭州西三環(huán)于5月8日和11日分別由雨水管道和消火栓管道破裂引起路面的塌陷。除此外，其中有2次塌陷地點(diǎn)在中原環(huán)保公司修建管道的上方，而且據(jù)現(xiàn)場報(bào)道多次西三環(huán)的路段塌陷都有看到暴露出來的管道。因此，管道破裂及滲水是導(dǎo)致塌陷事故的重要原因之一。

鄭州西三環(huán)的地下管道復(fù)雜，新舊交替、深淺不一。而西三環(huán)施工時(shí)，道路工程、橋梁工程、互通立交工程、排水工程、污水工程、照明工程、交通工程、綠化工程、臨時(shí)工程等均在其工程范圍內(nèi)。大量的新建管道是必然的，但新建管道的修建不可避免的會(huì)擾動(dòng)土體，造成地基失穩(wěn)。對(duì)于之前的舊管道，一方面鄭州地下水巷道一般是文革時(shí)期建造的，管道埋得較淺，接近于地下水管道，且區(qū)段襯砌不均勻，質(zhì)量較差，已生成裂縫；除此還存在施工、掩埋、水管等開挖后回填寫不實(shí)等，有著不少的質(zhì)量問題；另一方面，鄭州市區(qū)地下管道，大多建于20世紀(jì)50年代，年久失修，漏水嚴(yán)重，長期如此，水流潛蝕管道周圍的土體，形成地下空洞；發(fā)生暴雨時(shí)，地面積水深入地下巷道或空洞，使得巷道積水以及空洞擴(kuò)大，而引起地面塌陷。

另外，雖然一些道路經(jīng)過改建，但地下的管線并沒改造，在重型載荷壓力下，破壞管線設(shè)施，道路出現(xiàn)塌陷幾率大幅度提高。除此塌陷期間熱力管道的修建，對(duì)西三環(huán)道路地下土體造成了一定程度的擾動(dòng)，破壞了地基的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，形成塌陷隱患。

2.3 新舊路基結(jié)合問題

在鄭州西三環(huán)屢次塌陷的18次中，有15次發(fā)生在中原路和建設(shè)路等老路段，這一現(xiàn)象表明新老路基的交替是對(duì)鄭州西三環(huán)道路質(zhì)量的影響的重要原因之一。

研究鄭州西三環(huán)的修建歷史發(fā)現(xiàn)，西三環(huán)的老路線建于1993年，此時(shí)鄭州市三環(huán)線外圍土地尚未開發(fā)，僅有少數(shù)幾條主干路與外圍土地平面交叉，主要是為了解決過境交通而修建的。2001年鄭州市三環(huán)線外圍土地逐漸開始被開發(fā)，交通量需求猛增，于是進(jìn)行了一次全面的升級(jí)改造，西三環(huán)控制用地線寬100m（其中道路紅線70m），主車道雙向6車道，輔道寬10m，除此，三環(huán)線沿線有多處平交路口進(jìn)行了升級(jí)改造建設(shè)。2011年，鄭州市委、市政府提出三環(huán)快速化[3]，并因此對(duì)鄭州西三環(huán)道路進(jìn)行優(yōu)化改造，現(xiàn)在的鄭州西三環(huán)的道路就是2011年提出修建的。西三環(huán)道路情況復(fù)雜，除各工程的年代不同外，各工程分屬的建設(shè)單位（城建部門和公路部門）也不一樣，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不盡統(tǒng)一，全線沒有進(jìn)行系統(tǒng)有效地梳理。

對(duì)于老路基，長期受到碾壓、沖擊、振動(dòng)，同時(shí)飽經(jīng)自然環(huán)境作用，路基已接近最大密實(shí)度，狀況穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上若進(jìn)行施工的話，在新填土方和汽車載荷的作用下，造成既有路基附加沉降，由于不同位置的附加沉降不同，造成老路表面的橫坡比的改變，當(dāng)附加沉降較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫；對(duì)于新路基，由于土層比較松散，且與老路基的建筑材料不盡相同，極易產(chǎn)生差異沉降。

2.4 地質(zhì)、地下水的作用

2.4.1 地質(zhì)作用

道路的地質(zhì)與工程質(zhì)量密切相關(guān)，西三環(huán)的屢次塌陷與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)脫不開關(guān)系。地質(zhì)作用不僅會(huì)對(duì)施工造成影響；還與地下管道影響密切，因此，西三環(huán)的地質(zhì)作用是導(dǎo)致道路塌陷的重要原因之一。

鄭州西三環(huán)位于沖洪積平原[4]，其主要巖性為中細(xì)砂、粉砂和粉質(zhì)粘土，局部見粉土及砂礫膠結(jié)物。在地貌上屬丘陵崗地區(qū)，地表沖溝發(fā)育，地形破碎變寬，溝蝕、溝底常發(fā)育小沖溝，形成溝中溝地貌景觀，原有沖溝不斷加長溝壁兩側(cè)坍塌較頻面蝕現(xiàn)象發(fā)育，層為中一低等壓縮性。地下為第四系土層（包括粘土、沙土等）覆蓋，且厚度較厚，在長期的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)下形成一定的裂隙，受到地下水沖刷時(shí)，裂隙擴(kuò)大，形成空洞或大面積松散土層，引起路面塌陷事故。

2.4.2 地下水的作用

鄭州西三環(huán)地下有不少地下空洞，而這些空洞的產(chǎn)生原因，大都是由于地下水的作用。

鄭州市市區(qū)地下水劃分為三種類型[5]：松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。多年來鄭州市地下水超強(qiáng)度被開采，已經(jīng)在局部地區(qū)引起地面不均勻沉降，同時(shí)地下水過度使用，地下水位大幅度下降，造成地表承載力不足。除此，在粘性土（或回填土）與粗顆粒土接觸面處，由地下水的波動(dòng)造成的粘性土流失，長此以往，逐步形成空洞，當(dāng)路面載荷過大時(shí)，上部土層就會(huì)支撐力不足，從而引起地面塌陷。

3 鄭州西三環(huán)頻繁塌陷的治理對(duì)策

事故的發(fā)生是在事故原因及其原因相互作用下的結(jié)果。由于塌陷事故發(fā)生的隨機(jī)性、潛在性、復(fù)雜性和再現(xiàn)性，為了更好地對(duì)付鄭州西三環(huán)的道路塌陷。文章建議采取兩種方法，一方面是對(duì)已形成的塌陷的修復(fù)、總結(jié)和分析；另一方面是對(duì)可能發(fā)生的塌陷的預(yù)防。

3.1 對(duì)已形成的塌陷

對(duì)于已形成的塌陷，首先要對(duì)塌陷地點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)地封鎖，并設(shè)置警示標(biāo)志，防止過往行人和車輛因?yàn)榈孛嫠莅l(fā)生交通事故；其次，邀請專家，對(duì)塌陷情況進(jìn)行深入的研究分析，總結(jié)塌陷經(jīng)驗(yàn)；最后，根據(jù)不同地點(diǎn)的塌陷的情況不同，針對(duì)性的進(jìn)行施工，修復(fù)好塌陷的路段。另外，對(duì)已形成的塌陷的施工進(jìn)行備案，為以后道路的修建提供基礎(chǔ)的可借鑒的資料。

3.2 對(duì)可能發(fā)生的塌陷

對(duì)于可能發(fā)生的塌陷，由于塌陷地點(diǎn)和塌陷時(shí)間的未知性，建議采取先探查再預(yù)防的方式進(jìn)行處理。在對(duì)西三環(huán)道路探查時(shí)，考慮到交通壓力大、地下管線復(fù)雜、新老路基結(jié)合、地質(zhì)地下水的作用等是造成西三環(huán)道路塌陷的主要原因，因此，探查目標(biāo)為地下管線和地下空洞，范圍限制在交通壓力大以及新老路基結(jié)合的地段。在對(duì)可能發(fā)生塌陷進(jìn)行預(yù)防時(shí)，建議采取管理和施工相結(jié)合的方式。所謂管理即在制度和行動(dòng)上加強(qiáng)監(jiān)督檢查以保證道路安全；對(duì)于施工，要提高道路安全的可靠性、減少人為失誤、保證工程質(zhì)量。另外，不管是對(duì)地面的探查還是對(duì)塌陷的預(yù)防，都要遵循系統(tǒng)整體性原則和安全第一的原則。

4 結(jié)束語

（1）自2015年4月到12月以來，鄭州西三環(huán)頻繁塌陷及修復(fù)多達(dá)18次，在歸納統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，分析了塌陷事故的主要特征，以期對(duì)道路設(shè)計(jì)和施工有所借鑒。

（2）研究表明，道路交通壓力大、地下管線復(fù)雜及滲水、新舊路基的結(jié)合問題、地質(zhì)及地下水作用等因素是西三環(huán)屢次塌陷的主要原因。

（3）根據(jù)鄭州西三環(huán)道路塌陷原因，提出了相應(yīng)的塌陷修復(fù)對(duì)策，對(duì)重大的塌陷隱患進(jìn)行預(yù)警，以期能夠減少道路塌陷和損失的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1]王珊珊.地下排水管道狀態(tài)評(píng)價(jià)理論研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2014.

[2]何潞薇，劉凱旋.鄭州西三環(huán)快速化工程合理規(guī)模研究[J].黑龍江交通科技，2013，228（2）：6-7.

[3]申國朝，崔亞新，邢瑞新.鄭州市三環(huán)快速化工程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化研究[J].城市道橋與防洪，2012（3）：3-9.

[4]劉立兵.鄭州市巖土工程特征及對(duì)策研究[D].青島：中國海洋大學(xué)，2003.

[5]商真平，姚蘭蘭.鄭州市區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分析[J].河南省地質(zhì)調(diào)查與研究通報(bào)，2007（下）：413-419.