郑州西三环道路频繁塌陷成因探讨

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摘 要：郑州西三环建成通车以来，道路频繁塌陷，引起了社会的广泛关注。在归纳统计分析塌陷数据及其特征的基础上，对塌陷成因进行了深入探讨。研究表明：道路交通压力大、地下管线复杂及渗水、新旧路基的结合问题等因素为塌陷的主要原因，并根据郑州西三环的道路特点提出相应的改进对策，可为郑州西三环道路塌陷的治理提供借鉴。

关键词：郑州；西三环；道路塌陷；成因；对策

引言

郑州西三环，于2014年4月至12月，短短八个月的时间内塌陷达18次，多次塌陷的后果不仅导致道路堵塞，行车不便，更是严重影响了人们的生活，造成了人们对政府整治道路能力的不信任。就目前已有的对西三环的研究来说，尚未有对郑州西三环道路塌陷原因的深入的综合分析，在各大媒体和专家的报道上，也主要是道路塌陷时对郑州西三环的关注度较高，对郑州西三环的道路塌陷也大多处于猜测和推断的过程中。文章基于现有对郑州西三环的研究文献，主要针对郑州西三环的塌陷成因进行深入分析，并在现有的对道路塌陷整治的基础上，针对郑州西三环的道路特点提出相关切实可行的对策，为郑州西三环道路的整治提供建议。

1 郑州西三环塌陷情况

1.1 郑州西三环塌陷统计

文章通过西三环屡次塌陷的资料整理，对郑州西三环道路18次塌陷进行了统计（如表1所示）。

1.2 郑州西三环18次道路塌陷特点

1.2.1 塌陷地点集中

据塌陷事故概况的统计发现，中原路口处12次，建设路立交桥3次，沁河路口1次，长江路1次，化工路1次。地点主要集中在中原路和建设路，据调查均属于老路段。

1.2.2 受暴雨天气的影响

据塌陷时间进行研究，发现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月份为暴雨集中月份，平均每2天下一场雨，部分雨势很大，雨量集中造成地表积水严重，地面塌陷频发。

1.2.3 地下管道复杂

在郑州西三环的塌陷中，由于是空洞的影响导致塌陷频发，而不管是暴雨还是碾压都在很大程度上源于地下管道的密集和复杂程度，在郑州西三环4月份通车后的不满一个月就出现了两次的管道断裂引发的道路塌陷，在暴雨集中的9月份，在暴雨的侵蚀下，地下渗水情况差，塌陷的塌坑更是暴露出地下管道。而在现有文献的统计中发现，在郑州西三环的路段1～10m的地下都布满了管道，而且部分管道是在时期建造的[1]，部分管道是郑州西三环现在仍然在修建的，新老不一的管道和年份的差异，地下空间分布的复杂导致郑州西三环道路频繁塌陷。

1.2.4 塌陷事故后果的随机性和规律性

郑州西三环的屡次塌陷中，每次都会有塌坑的出现，且车辆被卡和仅出现塌坑的情况各占50%，在车辆被卡的情形中有6次是由于施工车（渣土车、翻斗车、压路机等），3次是由于公交车，1次是由于货车。由此可见，塌陷后车辆被卡的事故是随机的，但由于每次塌陷都伴有塌坑的产生，势必对西三环的道路交通造成影响，其后果不仅是交通拥堵，还会导致人们内心对安全得到的担忧，引起恐慌。

2 郑州西三环道路塌陷的成因

2.1 道路交通压力大

近年来，郑州城市发展迅速，穿越三环线的交通需求增长迅猛。截止2010年底，郑州市西三环高峰小时流量约6500pcu，主线双向6车道车流量趋于饱和；路口也经常堵塞。如图1所示，表征的是郑州西三环跨铁路与交通时间分布。

图1 西三环跨铁路交通时间分布

在郑州三环快速化工程中，西三环的设计时速为80km/h，设计主线高架和地面道路双向6车道，地面辅道双向6车道，全线新建定向及上下桥匝道13条[2]。根据资料，西三环路段通行能力如表2所示。

表2 路段通行能力

由表2数据分析可知，在现有的西三环通行能力下，西三环的道路的交通压力依然很大。此外，中原路口、郑上路口等塌陷频繁地段承载郑州市西部出入城近一半的通行压力。由于西三环载荷超标，造成路面承载力不足，极易引起地面塌陷的事故。

2.2 地下管线复杂及渗水

根据郑州西三环的塌陷18次统计，郑州西三环于5月8日和11日分别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次塌陷地点在中原环保公司修建管道的上方，而且据现场报道多次西三环的路段塌陷都有看到暴露出来的管道。因此，管道破裂及渗水是导致塌陷事故的重要原因之一。

郑州西三环的地下管道复杂，新旧交替、深浅不一。而西三环施工时，道路工程、桥梁工程、互通立交工程、排水工程、污水工程、照明工程、交通工程、绿化工程、临时工程等均在其工程范围内。大量的新建管道是必然的，但新建管道的修建不可避免的会扰动土体，造成地基失稳。对于之前的旧管道，一方面郑州地下水巷道一般是时期建造的，管道埋得较浅，接近于地下水管道，且区段衬砌不均匀，质量较差，已生成裂缝；除此还存在施工、掩埋、水管等开挖后回填写不实等，有着不少的质量问题；另一方面，郑州市区地下管道，大多建于20世纪50年代，年久失修，漏水严重，长期如此，水流潜蚀管道周围的土体，形成地下空洞；发生暴雨时，地面积水深入地下巷道或空洞，使得巷道积水以及空洞扩大，而引起地面塌陷。

另外，虽然一些道路经过改建，但地下的管线并没改造，在重型载荷压力下，破坏管线设施，道路出现塌陷几率大幅度提高。除此塌陷期间热力管道的修建，对西三环道路地下土体造成了一定程度的扰动，破坏了地基的稳定结构，形成塌陷隐患。

2.3 新旧路基结合问题

在郑州西三环屡次塌陷的18次中，有15次发生在中原路和建设路等老路段，这一现象表明新老路基的交替是对郑州西三环道路质量的影响的重要原因之一。

研究郑州西三环的修建历史发现，西三环的老路线建于1993年，此时郑州市三环线土地尚未开发，仅有少数几条主干路与土地平面交叉，主要是为了解决过境交通而修建的。2001年郑州市三环线土地逐渐开始被开发，交通量需求猛增，于是进行了一次全面的升级改造，西三环控制用地线宽100m（其中道路红线70m），主车道双向6车道，辅道宽10m，除此，三环线沿线有多处平交路口进行了升级改造建设。2011年，郑州市委、市政府提出三环快速化[3]，并因此对郑州西三环道路进行优化改造，现在的郑州西三环的道路就是2011年提出修建的。西三环道路情况复杂，除各工程的年代不同外，各工程分属的建设单位（城建部门和公路部门）也不一样，设计标准不尽统一，全线没有进行系统有效地梳理。

对于老路基，长期受到碾压、冲击、振动，同时饱经自然环境作用，路基已接近最大密实度，状况稳定。在此基础上若进行施工的话，在新填土方和汽车载荷的作用下，造成既有路基附加沉降，由于不同位置的附加沉降不同，造成老路表面的横坡比的改变，当附加沉降较大时会出现纵向裂缝；对于新路基，由于土层比较松散，且与老路基的建筑材料不尽相同，极易产生差异沉降。

2.4 地质、地下水的作用

2.4.1 地质作用

道路的地质与工程质量密切相关，西三环的屡次塌陷与当地的地质脱不开关系。地质作用不仅会对施工造成影响；还与地下管道影响密切，因此，西三环的地质作用是导致道路塌陷的重要原因之一。

郑州西三环位于冲洪积平原[4]，其主要岩性为中细砂、粉砂和粉质粘土，局部见粉土及砂砾胶结物。在地貌上属丘陵岗地区，地表冲沟发育，地形破碎变宽，沟蚀、沟底常发育小冲沟，形成沟中沟地貌景观，原有冲沟不断加长沟壁两侧坍塌较频面蚀现象发育，层为中一低等压缩性。地下为第四系土层（包括粘土、沙土等）覆盖，且厚度较厚，在长期的地质运动下形成一定的裂隙，受到地下水冲刷时，裂隙扩大，形成空洞或大面积松散土层，引起路面塌陷事故。

2.4.2 地下水的作用

郑州西三环地下有不少地下空洞，而这些空洞的产生原因，大都是由于地下水的作用。

郑州市市区地下水划分为三种类型[5]：松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水。多年来郑州市地下水超强度被开采，已经在局部地区引起地面不均匀沉降，同时地下水过度使用，地下水位大幅度下降，造成地表承载力不足。除此，在粘性土（或回填土）与粗颗粒土接触面处，由地下水的波动造成的粘性土流失，长此以往，逐步形成空洞，当路面载荷过大时，上部土层就会支撑力不足，从而引起地面塌陷。

3 郑州西三环频繁塌陷的治理对策

事故的发生是在事故原因及其原因相互作用下的结果。由于塌陷事故发生的随机性、潜在性、复杂性和再现性，为了更好地对付郑州西三环的道路塌陷。文章建议采取两种方法，一方面是对已形成的塌陷的修复、总结和分析；另一方面是对可能发生的塌陷的预防。

3.1 对已形成的塌陷

对于已形成的塌陷，首先要对塌陷地点进行及时地封锁，并设置警示标志，防止过往行人和车辆因为地面塌陷发生交通事故；其次，邀请专家，对塌陷情况进行深入的研究分析，总结塌陷经验；最后，根据不同地点的塌陷的情况不同，针对性的进行施工，修复好塌陷的路段。另外，对已形成的塌陷的施工进行备案，为以后道路的修建提供基础的可借鉴的资料。

3.2 对可能发生的塌陷

对于可能发生的塌陷，由于塌陷地点和塌陷时间的未知性，建议采取先探查再预防的方式进行处理。在对西三环道路探查时，考虑到交通压力大、地下管线复杂、新老路基结合、地质地下水的作用等是造成西三环道路塌陷的主要原因，因此，探查目标为地下管线和地下空洞，范围限制在交通压力大以及新老路基结合的地段。在对可能发生塌陷进行预防时，建议采取管理和施工相结合的方式。所谓管理即在制度和行动上加强监督检查以保证道路安全；对于施工，要提高道路安全的可靠性、减少人为失误、保证工程质量。另外，不管是对地面的探查还是对塌陷的预防，都要遵循系统整体性原则和安全第一的原则。

4 结束语

（1）自2015年4月到12月以来，郑州西三环频繁塌陷及修复多达18次，在归纳统计的基础上，分析了塌陷事故的主要特征，以期对道路设计和施工有所借鉴。

（2）研究表明，道路交通压力大、地下管线复杂及渗水、新旧路基的结合问题、地质及地下水作用等因素是西三环屡次塌陷的主要原因。

（3）根据郑州西三环道路塌陷原因，提出了相应的塌陷修复对策，对重大的塌陷隐患进行预警，以期能够减少道路塌陷和损失的产生。

参考文献

[1]王珊珊.地下排水管道状态评价理论研究[D].北京：中国地质大学，2014.

[2]何潞薇，刘凯旋.郑州西三环快速化工程合理规模研究[J].黑龙江交通科技，2013，228（2）：6-7.

[3]申国朝，崔亚新，邢瑞新.郑州市三环快速化工程设计方案优化研究[J].城市道桥与防洪，2012（3）：3-9.

[4]刘立兵.郑州市岩土工程特征及对策研究[D].青岛：中国海洋大学，2003.

[5]商真平，姚兰兰.郑州市区地质灾害现状分析[J].河南省地质调查与研究通报，2007（下）：413-419.