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，引起了社會的廣泛關注。在歸納統(tǒng)計分析塌陷數(shù)據及其特征的基礎上，對塌陷成因進行了深入探討。研究表明：道路交通壓力大、地下管線復雜及滲水、新舊路基的結合問題等因素為塌陷的主要原因，并根據鄭州西三環(huán)的道路特點提出相應的改進對策，可為鄭州西三環(huán)道路塌陷的治理提供借鑒。

關鍵詞：鄭州；西三環(huán)；道路塌陷；成因；對策

引言

鄭州西三環(huán)，于2014年4月至12月，短短八個月的時間內塌陷達18次，多次塌陷的后果不僅導致道路堵塞，行車不便，更是嚴重影響了人們的生活，造成了人們對政府整治道路能力的不信任。就目前已有的對西三環(huán)的研究來說，尚未有對鄭州西三環(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道上，也主要是道路塌陷時對鄭州西三環(huán)的關注度較高，對鄭州西三環(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)有對鄭州西三環(huán)的研究文獻，主要針對鄭州西三環(huán)的塌陷成因進行深入分析，并在現(xiàn)有的對道路塌陷整治的基礎上，針對鄭州西三環(huán)的道路特點提出相關切實可行的對策，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

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

1.2 鄭州西三環(huán)18次道路塌陷特點

1.2.1 塌陷地點集中

據塌陷事故概況的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，中原路口處12次，建設路立交橋3次，沁河路口1次，長江路1次，化工路1次。地點主要集中在中原路和建設路，據調查均屬于老路段。

1.2.2 受暴雨天氣的影響

據塌陷時間進行研究，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重，地面塌陷頻發(fā)。

1.2.3 地下管道復雜

在鄭州西三環(huán)的塌陷中，由于是空洞的影響導致塌陷頻發(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雜程度，在鄭州西三環(huán)4月份通車后的不滿一個月就出現(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)有文獻的統(tǒng)計中發(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，地下空間分布的復雜導致鄭州西三環(huán)道路頻繁塌陷。

1.2.4 塌陷事故后果的隨機性和規(guī)律性

鄭州西三環(huán)的屢次塌陷中，每次都會有塌坑的出現(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的，但由于每次塌陷都伴有塌坑的產生，勢必對西三環(huán)的道路交通造成影響，其后果不僅是交通擁堵，還會導致人們內心對安全得到的擔憂，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)高峰小時流量約6500pcu，主線雙向6車道車流量趨于飽和；路口也經常堵塞。如圖1所示，表征的是鄭州西三環(huán)跨鐵路與交通時間分布。

圖1 西三環(huán)跨鐵路交通時間分布

在鄭州三環(huán)快速化工程中，西三環(huán)的設計時速為80km/h，設計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，造成路面承載力不足，極易引起地面塌陷的事故。

2.2 地下管線復雜及滲水

根據鄭州西三環(huán)的塌陷18次統(tǒng)計，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次塌陷地點在中原環(huán)保公司修建管道的上方，而且據現(xiàn)場報道多次西三環(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致塌陷事故的重要原因之一。

鄭州西三環(huán)的地下管道復雜，新舊交替、深淺不一。而西三環(huán)施工時，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、臨時工程等均在其工程范圍內。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擾動土體，造成地基失穩(wěn)。對于之前的舊管道，一方面鄭州地下水巷道一般是文革時期建造的，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等，有著不少的質量問題；另一方面，鄭州市區(qū)地下管道，大多建于20世紀50年代，年久失修，漏水嚴重，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，地面積水深入地下巷道或空洞，使得巷道積水以及空洞擴大，而引起地面塌陷。

另外，雖然一些道路經過改建，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，對西三環(huán)道路地下土體造成了一定程度的擾動，破壞了地基的穩(wěn)定結構，形成塌陷隱患。

2.3 新舊路基結合問題

在鄭州西三環(huán)屢次塌陷的18次中，有15次發(fā)生在中原路和建設路等老路段，這一現(xiàn)象表明新老路基的交替是對鄭州西三環(huán)道路質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，于是進行了一次全面的升級改造，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行了升級改造建設。2011年，鄭州市委、市政府提出三環(huán)快速化[3]，并因此對鄭州西三環(huán)道路進行優(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)道路情況復雜，除各工程的年代不同外，各工程分屬的建設單位（城建部門和公路部門）也不一樣，設計標準不盡統(tǒng)一，全線沒有進行系統(tǒng)有效地梳理。

對于老路基，長期受到碾壓、沖擊、振動，同時飽經自然環(huán)境作用，路基已接近最大密實度，狀況穩(wěn)定。在此基礎上若進行施工的話，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，當附加沉降較大時會出現(xiàn)縱向裂縫；對于新路基，由于土層比較松散，且與老路基的建筑材料不盡相同，極易產生差異沉降。

2.4 地質、地下水的作用

2.4.1 地質作用

道路的地質與工程質量密切相關，西三環(huán)的屢次塌陷與當?shù)氐牡刭|脫不開關系。地質作用不僅會對施工造成影響；還與地下管道影響密切，因此，西三環(huán)的地質作用是導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]，其主要巖性為中細砂、粉砂和粉質粘土，局部見粉土及砂礫膠結物。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，在長期的地質運動下形成一定的裂隙，受到地下水沖刷時，裂隙擴大，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度被開采，已經在局部地區(qū)引起地面不均勻沉降，同時地下水過度使用，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，由地下水的波動造成的粘性土流失，長此以往，逐步形成空洞，當路面載荷過大時，上部土層就會支撐力不足，從而引起地面塌陷。

3 鄭州西三環(huán)頻繁塌陷的治理對策

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

3.1 對已形成的塌陷

對于已形成的塌陷，首先要對塌陷地點進行及時地封鎖，并設置警示標志，防止過往行人和車輛因為地面塌陷發(fā)生交通事故；其次，邀請專家，對塌陷情況進行深入的研究分析，總結塌陷經驗；最后，根據不同地點的塌陷的情況不同，針對性的進行施工，修復好塌陷的路段。另外，對已形成的塌陷的施工進行備案，為以后道路的修建提供基礎的可借鑒的資料。

3.2 對可能發(fā)生的塌陷

對于可能發(fā)生的塌陷，由于塌陷地點和塌陷時間的未知性，建議采取先探查再預防的方式進行處理。在對西三環(huán)道路探查時，考慮到交通壓力大、地下管線復雜、新老路基結合、地質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合的地段。在對可能發(fā)生塌陷進行預防時，建議采取管理和施工相結合的方式。所謂管理即在制度和行動上加強監(jiān)督檢查以保證道路安全；對于施工，要提高道路安全的可靠性、減少人為失誤、保證工程質量。另外，不管是對地面的探查還是對塌陷的預防，都要遵循系統(tǒng)整體性原則和安全第一的原則。

4 結束語

（1）自2015年4月到12月以來，鄭州西三環(huán)頻繁塌陷及修復多達18次，在歸納統(tǒng)計的基礎上，分析了塌陷事故的主要特征，以期對道路設計和施工有所借鑒。

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

（3）根據鄭州西三環(huán)道路塌陷原因，提出了相應的塌陷修復對策，對重大的塌陷隱患進行預警，以期能夠減少道路塌陷和損失的產生。

參考文獻

[1]王珊珊.地下排水管道狀態(tài)評價理論研究[D].北京：中國地質大學，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)快速化工程設計方案優(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策研究[D].青島：中國海洋大學，2003.

[5]商真平，姚蘭蘭.鄭州市區(qū)地質災害現(xiàn)狀分析[J].河南省地質調查與研究通報，2007（下）：413-419.