通過對城市道路塌陷歷史事件的回顧和分析，總結城市道路塌陷事故成因可概括為以下四個方面：一是施工擾動，包括深基坑施工、地鐵施工擾動、施工降水、地下管線施工等；二是管線因素，包括地下管線及檢查井老化滲漏、斷裂坍塌；暗渠、管溝蓋板斷裂、墻體坍塌滲漏；人防等設施老化等；三是水文地質條件，包括地面不均勻沉降、城市內澇、濕陷性黃土與地下水波動、軟土地基、溶洞、古墓垮塌、斷裂破碎帶等；四是道路荷載，機動車保有量快速增長、道路改擴建導致非機動車道變機動車道、施工占壓等。城市道路塌陷災害的現場調查表明，一般城市道路的塌陷災害與城市地下管線直接相關并在空間上緊密伴生，城市道路塌陷事故與地下管線事故相伴相生，如影隨形！

城市道路塌陷事故為什么反復發(fā)生

（1）城市地下管線與城市道路相伴相生，如同魚水關系（圖1）。城市道路作為地下管線載體，兩者相互依存，相互影響，無論誰發(fā)生病害均會給對方造成不利影響。地下管線一般處于道路結構層下，當道路承載力不足、路基失穩(wěn)、沉降、位移、塌陷可以引發(fā)或加劇管線病害。反之，地下管線病害，例如：帶水帶壓管線跑冒滴漏；雨污水管線發(fā)生破損、暗渠化河道老化；管道溝蓋板斷裂、檢查井滲漏等都會導致路基土體流失，形成疏松、富水、空洞等情況。    

圖1 城市道路示意圖

（2）城市道路地下空洞探測，車載探地雷達探測因其快速高效是目前城市道路地下空洞探測的首選方法，能夠發(fā)現埋藏深度較淺，有一定規(guī)模的地下空洞體，對于大型社會活動前道路安全保障意義重大。受城市道路復雜地球物理條件的影響，探地雷達有效探測深度和分辨率具有一定局限性，對埋藏較深、規(guī)模較小，或是導致地下空洞體形成的其他病害（如地下管道病害、地下空間設施病害）在發(fā)育初期難以發(fā)現。在檢測周期之間，在各類施工擾動、道路荷載和水位升降、流動等多種因素影響下，這些病害不斷發(fā)育、發(fā)展，積累到一定程度就會再次發(fā)生道路塌陷。

城市道路病害對地下管線的影響 

道路結構可簡單分為路基和路面。路面分為剛性路面和柔性路面兩大類，前者以水泥混凝土路面為代表，后者以瀝青路面為代表。路基的斷面型式有路堤路基（圖2）、路塹（圖3）、半填半挖路基（圖4），從材料方面路基可分為土路基、石路基、土石路基三種。    

圖2 路堤

圖3 路塹

圖4 半填半挖

道路結構層作用及病害成因分析  

1.道路結構層作用  

（1）面層是直接同行車和大氣相接觸的層位，承受行車荷載引起的豎向力、水平力和沖擊力的作用，同時又受降水的侵蝕作用和溫度變化的影響，因此面層應具有較高的強度、剛度、耐磨、不透水和高低溫穩(wěn)定性，并且其表面層還應具有良好的平整度和粗糙度。    

（2）基層是介于面層和墊層之間的層位，基層是路面結構中的承重層，主要承受車輛荷載的豎向力，并把由面層下傳的應力擴散到墊層和路基。基層應具有足夠的抗沖刷能力、較大的剛度，抗變形能力強且堅實、平整、整體性好。同時，基層還應有足夠的水穩(wěn)定性，以防止?jié)褴涀冃?，導致面層損壞。 

（3）墊層的作用為改善土基的濕度和溫度狀況，保證基層的強度穩(wěn)定性和抗凍脹能力，擴散由基層傳來的荷載應力，以減小路基所產生的不均勻變形，在路基濕度、溫度狀況不良時設置。

2.道路病害成因  

（1）當車輛荷載作用在路面上，使路面結構內產生應力和應變，如果路面結構整體或某一結構層的強度或抗變形能力不足以抵抗這些應力和應變時，面層便出現開裂或變形。同時，面層暴露在大氣中，受到溫度和濕度的周期性影響，會出現老化，加劇面層開裂或變形。面層開裂、變形可致使路面的使用功能逐漸喪失，面層開裂透水還會影響路基含水量，導致路基富水和土體流失。

（2）車輛超載、拉鏈馬路對基層、墊層的整體性影響大，導致基層、墊層整體性和承載力不降低，引發(fā)或加劇面層變形開裂、路基不均勻沉降。

（3）城市道路路基多為土路基。土可分為砂性土、粘性土和粉性土。砂性土、粉性土易于水土流失，形成地下疏松、水囊或空洞；粘性土易產生塑性變形和不均勻沉降。當發(fā)生面層透水、基層和墊層整體性降低、地下水位變化、管道破損等，均會導致或加劇路基富水、疏松、沉降或土體流失。    

路基病害對地下管線的影響  

一般城市道路路基以土路基為主，地下管線基本埋設在土基范圍內。面層、基層、墊層病害可引發(fā)或加劇路基病害，路基病害直接作用于地下管線，直接引發(fā)地下管線病害或加劇地下管線病害發(fā)展。

1.路基沉降偏移  

路堤路基、路塹路基易發(fā)生下沉，路基下沉力量巨大，尤其是路基不均勻沉陷，將引起管道縱向偏移、豎向偏移。半填半挖路基還易發(fā)生滑坡，滑坡會導致管道側向偏移。管道偏移包括縱向偏移、豎向偏移、橫向偏移，最常見的是上述三種偏移的復合，稱為復合偏移。沉降和偏移將引起管道縱向、橫向受拉，當拉應力、剪切應力超過管體強度，便使管道發(fā)生脫節(jié)、錯口、斷裂。   

2.路基疏松富水  

管道埋設路基土壤中，理想狀態(tài)下管道與周邊土壤共同作用形成穩(wěn)定結構承載來自于土壤自重、路面荷載的作用力——管土作用。當路基土體疏松、富水、土體流失形成空洞體或土質太差、水位變化等，均會導致管道周邊支撐不足、不均勻，管土作用部分或全部失效，進而導致管道變形、開裂等。    

地下管線病害對道路的影響

地下管線病害成因  

1.管道本體  

（1）鋼管、普通鑄鐵管、砼管在污水等環(huán)境下易腐蝕穿孔、管體強度降低；給排水塑料管線，尤其是排水波紋管強度不高，易變形；陶瓷管、石棉管受沖擊易碎裂。

（2）承插式管道易產生接口材料脫落、脫節(jié)、錯口，對排水管道企口、平口連接尤為明顯。對于焊接、法蘭連接，連接處也是管道的薄弱環(huán)節(jié)。

2.管溝  

管溝多為磚石砌筑，砌筑砂漿強度不高，一般無外抹面，易產生滲漏。蓋板多為預制板，整體性較差、強度不高、接縫處易產生滲漏，遇重載荷蓋板易斷裂。

3.檢查井  

檢查井多為磚石砌筑，病害成因復雜。一方面，砌縫砂漿強度不高，一般無外抹面，易產生滲漏，檢查井內抹面易于腐蝕、脫落；另一方面檢查井受車輛荷載沖擊、檢查井與路面差異沉降易發(fā)生檢查井沉陷以及井周路面破損。通過參考文獻和現場調查可知，檢查井井周路面破損多發(fā)生在井周 500 mm 范圍內（圖5）。  

圖5 井周破損

（1）差異沉降的原因是由于井砌體本身與井周路面路基、井周路面路基與周邊道路路面路基抗壓強度、彈性模量等物理力學性能指標不協調（圖6）。

圖6井周結構

（2）檢查井受汽車荷載沖擊受力分析見圖7 ，汽車荷載作用位置見圖 8 。車輛荷載由 -1 250 mm 位置駛入，沿 X 軸方向向前行駛，到達1 250 mm 位置，車輛荷載移動過程中不同位置應力會發(fā)生變化。

圖7 受力分析點位置圖           

圖8 汽車荷載作用位置示意圖

車輛荷載從進入檢查井周邊到離開的過程中，砌體井身上不同點（ A 、 B 、 C ）的壓應力先由小變大，然后又由大變小，當車輛荷載作用在井座中心位置時， C 點還出現了小幅的拉應力（圖9）。

圖9 不同汽車荷載位置時井身砌體壓應力圖

車輛荷載從進入檢查井周邊到離開的過程中，砌體身上不同點（ A 、 B 、 C ），砌體邊緣道路面層中豎向分布的不同點（ D 、 E 、 F ）的剪應力變化見圖 10 ，不同點都經歷了 2 次反復剪切的作用。

圖10 不同荷載作用位置時徹體井身剪應力圖  

（3）由于砌塊之間砂漿材料的抗壓強度要遠小于瀝青混凝土的抗剪強度，在車輛荷載的循環(huán)作用下，砂漿材料極易破碎，導致井座下沉，所以砌體井身的破壞將優(yōu)先于瀝青混凝土面層發(fā)生。井座下砌體井身發(fā)生破壞后，井圈周圍的瀝青混凝土面層將成為一個懸臂結構，在車輛荷載的作用下，懸臂結構的瀝青混凝土面層將出現裂縫，裂縫一般沿井周呈圓形或者放射狀。井周路面破損與檢查井沉陷相互影響和伴隨，但絕大多數情況下，井周路面破損的發(fā)生多是由于檢查井自身沉陷引起的后期病害表現形式。

地下管線與檢查井病害對道路的影響  

（1）含水管道出現腐蝕穿孔、變形開裂、接口材料脫落、脫節(jié)、錯口會導致管道周邊路基富水，土體強度降低，水流還會沖刷、淘蝕管道周邊土體。

（2）檢查井產生滲漏、井周路面破損和沉陷之后，井座與路面結合處、井體與管道結合處、井體砌縫等成為薄弱環(huán)節(jié)。雨水、噴淋水、綠化水等通過路面裂縫滲入地基和檢查井，管道水、地下水隨水位變化通過井體裂縫流入流出檢查井，浸泡、淘蝕檢查井周邊路基土體。

（3）排水自流管道、各類管溝與檢查井出現破損、滲漏，為水土流失提供了通道和空間，導致或加劇路基、路面病害，長期發(fā)展就會形成導致道路塌陷的地下空洞體。

地下管線施工與道路病害的關系  

1.地下管線開挖施工  

（1）地下管線開挖施工又稱為拉鏈馬路，其成因主要有三方面：一方面是由于條塊管理，市政道路設施、各類地下管線分屬不同管理部門或權屬，設計、施工、管理運營維護難以協調統(tǒng)一；另一方面，道路設計使用年限、不同管線使用年限不同，維修改建周期不同；還有就是隨著城市快速發(fā)展，原有道路或某些地下管線等基礎設施不能滿足需求需要擴建。    

（2）現狀道路新建、改建、擴建地下管線開挖施工，是“拉鏈馬路”的主要原因。根據相關規(guī)范要求，城市道路開槽應采用坡度開挖，這是因為坡度開挖道路恢復后面層、基層、墊層與原路基部分重合，可以分散路面荷載。但受作業(yè)空間限制，一般均采用直槽開挖，直槽開挖對周邊路基擾動大、回填壓實較困難，道路恢復后的面層、墊層、基層與原路基完全獨立，更易導致新老路基結合部產生差異沉降。

2.地下管線非開挖施工  

（1）地下管線非開挖施工過程中的擾動會造成土體應力重新分布和位移，若土體中含有地下水，還會引起地下水排出，土體顆粒從新排列，如采用頂管施工還會引起前方土體隆起。另外，非開挖施工孔洞直徑大于管道直徑，導致土體損失，如施工不當還會發(fā)生冒頂，形成大小不等的疏松、空洞。

（2）施工后，受擾動和損失的土體會發(fā)生再固結而引起地面沉降或道路塌陷。

（3）非開挖施工沉降程度與土體、地下水損失大小，頂進過程中注漿壓力大小，管徑大小、埋深以及施工結束后是否進行了注漿回填有關。

3.檢查井施工  

現狀道路新建、改建地下管線檢查井施工，受開挖作業(yè)空間限制，井周回填壓實較困難，道路恢復后的檢查井周邊路面、路基抗壓強度與井體、原有道路均有差異，極易產生差異沉降。    

典型城市道路塌陷事故成因統(tǒng)計

1.鄭州市  

據鄭州市市政工程管理處統(tǒng)計，2013至2018年鄭州市道路塌陷的成因包括污水管道結構性缺陷、雨水管道結構性缺陷、供水管線漏水、管溝蓋板斷裂、人防巷道損毀和路基不實，其中管線因素為主要成因。             

 鄭州市道路塌陷成因統(tǒng)計表

2.深圳市  

據深圳市地質環(huán)境監(jiān)測中心統(tǒng)計，2013年至2017年深圳市道路塌陷成因包括管道、暗渠化河道、地鐵施工、深基坑施工、軟土路基沉降、地下空洞、工程質量和其他不明因素，其中管道與暗渠化河道為主要成因。

深圳市道路塌陷成因統(tǒng)計表 

總結

（1）單一的面層承載力不足、透水，基礎與墊層穩(wěn)定性不足，路基回填不實等，一般不會發(fā)生大面積、大深度的突然塌陷與惡性事故。當城市道路下埋設有暗渠化河道、自流排水、磚石砌筑檢查井、各類管線溝、人防、隧道等有一定規(guī)模的地下空間體，這些空間體結構發(fā)生損壞，在各類擾動作用，尤其是流水沖刷淘蝕下易形成大規(guī)模道路地下空洞體。城市道路塌陷預防檢測應重點關注上述地下空間體與通道周邊道路。就城市一般道路而言，自流排水系統(tǒng)與道路塌陷的相關度最高，是導致道路塌陷的主要成因，抓住了排水問題就抓住了道路塌陷問題的關鍵。

（2）一般情況下，車載雷達地毯式探測可以發(fā)現潛伏于地下埋深不超過3米的已經形成一定規(guī)模的空洞體、疏松體、富水體或脫空。對已經形成塌陷苗頭地下病害體能夠及時發(fā)現，具有重要意義。然而，形成有現實塌陷隱患的病害體是一個由小到大、不斷積累、由量變到質變的過程，探地雷達對于埋深較大、規(guī)模較小的地下病害體，或者引發(fā)這些病害的管道病害難以發(fā)現。因而，采取綜合方法，將道路病害檢測技術與管道檢測技術相結合，可以互為補充、相互驗證，既可以提高資料解釋的準確性，也可以更早的發(fā)現誘發(fā)道路塌陷的管道隱患，進而采取措施將這些隱患消滅在萌芽中。

（3）北京市自2012年開展全市地下管線消隱和道路大修五年滾動計劃項目。其目的是實現地下管線隱患排查消隱與道路大修工程同步實施，工作內容包括管線單位建立五年的結構性隱患排查信息數據、道路部門建立五年的道路大修數據庫，通過進一步落實“管路互隨”理念，動態(tài)提升“管”“路”施工計劃匹配率，促進地下管線消隱工程與道路大修工程同步實施，逐步減少反復開挖道路的“馬路拉鏈”、減少“馬路拉鏈”施工互害。通過該項工作的實施，全市百公里地下管線事故由2011年的8.70起下降至2016年的1.55起；2014年以來，共有66條道路大修與77項地下管線消隱工程同步實施，減少了路面反復開挖的“馬路拉鏈”現象。2012年以來，地下管線自身結構性隱患事故數量下降了69%，由地下管線結構性缺陷引發(fā)的道路塌陷同步大幅減少。

（4）城市道路與地下管線管理是一典型的復雜系統(tǒng)工程、社會工程、科技工程，但長期以來呈現出碎片化的狀態(tài)。北京市的經驗表明，樹立政府部門、管線權屬單位間的“合作治理”理念，系統(tǒng)分析城市道路病害與地下管線病害產生的原因、城市道路病害與地下管線病害的關系，系統(tǒng)的分析城市道路病害檢測技術與地下管線病害檢測技術的優(yōu)缺點與互補關系，統(tǒng)籌道路病害與地下管線病害隱患排查，統(tǒng)籌城市道路病害與地下管線病害治理，可有效降低道路塌陷事故與地下管線事故。

管路互隨、路管互隨，保障城市安全運行，保障人民群眾生命和財產的安全！

【來源：網絡，僅作行業(yè)分享，版權出處歸原作者所有，如有侵權請聯系刪除】