淺層地面坍塌成因及分析

熊建友

摘 要：近年來，深圳市淺層地面坍塌頻發(fā)，各個(gè)區(qū)域制定地面坍塌應(yīng)急預(yù)案，在應(yīng)急坍塌成因分析中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，資料收集等得出深圳市淺層地面坍塌頻發(fā)主要成因?yàn)槿祟惢顒?dòng)因素引起，主要分為排水管道存在缺陷、給水管道存在缺陷、其他管線存在缺陷異常引起、道路路基土體松散或未夯實(shí)、地下有限空間開采、工程特殊工藝引發(fā)、工程質(zhì)量問題等等，為后續(xù)地面坍塌隱患治理提供有效依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地面坍塌；坍塌成因；致塌因子；淺層坍塌；成因分析

引言

隨著城市快速發(fā)展，地下有限空間不斷開采，引發(fā)的一系列地面坍塌安全隱患逐年遞增，隨之帶來不必要的損失也在逐年增加。在研究城市淺層地面坍塌安全隱患成因方面，越來顯得尤為重要，對(duì)淺層地面坍塌應(yīng)急處置治理起到?jīng)Q定性的作用，對(duì)地下基礎(chǔ)建設(shè)管養(yǎng)、維護(hù)、運(yùn)行有著關(guān)鍵性的作用，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供有效保障。

1 淺層地面坍塌成因及主要表征特點(diǎn)

1.1地面坍塌成因

地面坍塌隱患成因的先決條件包含空洞、土體不密實(shí)、土體脫空等等。

地下空洞分為兩大類，人為空洞、天然洞穴。人為空洞，人類活動(dòng)所形成的，包括人防工程、地鐵、隧道、涵洞和采礦形成的地下巷道系統(tǒng)。天然空洞，由自然地質(zhì)作用形成，包括巖溶洞穴、土洞等等。

淺層地面坍塌隱患成因大部分都與水有關(guān)，因此隱患成因又可分為含水因素與非含水因素。含水因子，通過水的作用使得地下土體、土層形成空洞、不密實(shí)、脫空等不良地質(zhì)現(xiàn)象。非含水因子，通過力的作用使得地下土體形成空洞、不密實(shí)、脫空等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

引發(fā)地面坍塌成因分為兩大類：一是自然因素，二是人類活動(dòng)因素。

自然因素，是通過大自然的作用，形成地面坍塌；人類活動(dòng)因素，是通過人類活動(dòng)，如基礎(chǔ)建設(shè)、開采地下有限空間，造成的地面坍塌因子。

1.2城市地面坍塌表征特點(diǎn)

城市地面坍塌：地面剛性受到破壞，地面以下土體局部被掏空或地面已懸空，地面處于失穩(wěn)狀態(tài)，這種現(xiàn)象可視為“淺層地面坍塌”。主要囊括“淺層地面沉降”、“淺層地裂縫”等現(xiàn)象，它具有隱蔽性、瞬時(shí)性、隨機(jī)性、復(fù)雜性、多面性、系統(tǒng)性。

地面坍塌剖面形態(tài)具有壇狀、井狀、漏斗狀、碟狀及不規(guī)則狀等，主要與塌層的性質(zhì)有關(guān)，粘性土層塌陷多呈壇狀 或井狀，砂土層塌陷多具漏斗狀，松散土層塌陷常呈碟狀，基巖塌陷 剖面常呈不規(guī)則的梯狀。

城市地面坍塌在地面主要表現(xiàn)：地面裂縫、地面不均勻沉降、地下空洞、路面脫空、地面滲水（突泥）、建筑物變形、地下水位升降。

2 地面坍塌案例分析

2.1排水管道存在缺陷引起

2017年9月3日，接到群眾舉報(bào)，深圳市大鵬新區(qū)某道路路面發(fā)現(xiàn)地面坍塌，通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)地面坍塌區(qū)域中心污水井室已下沉約0.6m，地面坍塌范圍大約為：長(zhǎng)9.7米、寬3.8米、深度1.4米，地面坍塌走向是沿著污水管道方向，坍塌中心點(diǎn)離給水管道距離約1.7米。尚未造成人員傷亡情況。

坍塌成因：主要是由本次地面坍塌區(qū)域與排水管道破裂有關(guān)，連續(xù)降水為誘發(fā)因子。污水隨破裂處向管道下方長(zhǎng)期性滲漏，造成污水管道周邊土層水土流失，不斷掏空周邊土體形成空洞，水土流失沿著排水管道方向流向檢查井Y2井室。由于近期強(qiáng)降水較多，使得水土流失加快，空洞完全發(fā)育，無法承載上方土層或建筑設(shè)施，污水管道檢查井W3受自身重力或外力影響向下坍塌。

2.2排水箱涵存在缺陷引起

2018年5月22日，接到群眾舉報(bào)，深圳市大鵬新區(qū)某道路附近地面發(fā)現(xiàn)坍塌隱患點(diǎn)，坍塌區(qū)域以碗狀形式存在，坍塌區(qū)域大約為：長(zhǎng)10米、寬11米、深度5米，坍塌隱患范圍占據(jù)市政道路兩車道，道路部分中央綠化帶完全掉落至坍塌區(qū)域。

坍塌成因：地面坍塌隱患區(qū)域主要與排水箱涵存在缺陷有關(guān)。排水箱涵存在（滲漏、破裂、錯(cuò)位等）缺陷導(dǎo)致箱涵周邊土體經(jīng)長(zhǎng)期性地表水搬運(yùn)的作用而流失；大量水土流失，直接形成地下空洞，道路混泥土路面具有一定剛性，路面以下土體受重力、吸附力等力的作用向下發(fā)生坍塌，形成路面嚴(yán)重脫空現(xiàn)象，逐步發(fā)育成本次地面坍塌隱患點(diǎn)。

2.3給水管道存在缺陷引起

2018年4月13日，接到群眾舉報(bào)，深圳市大鵬新區(qū)某道路附近地面發(fā)現(xiàn)坍塌隱患點(diǎn)，坍塌隱患區(qū)域大約為：長(zhǎng)3.8米、寬1.5米、深度1.18米，坍塌隱患范圍具有向建筑物方向發(fā)展，周邊管線較為復(fù)雜。

坍塌成因：地面坍塌區(qū)域與給水管道滲漏有關(guān)，污水管道系統(tǒng)缺陷存在連帶關(guān)系。給水管道出現(xiàn)滲漏，水流向下土體滲漏，帶走部分土體，造成水土流失，部分土體被掏空，污水管道未見出水口或滲漏造成水土流失。由隱患點(diǎn)長(zhǎng)期性未得到根治，逐步發(fā)育成本次地面坍塌隱患點(diǎn)。

2.4其他管線存在缺陷異常引起

2019年2月13日，接到舉報(bào)，深圳市羅湖區(qū)某道路附近行人道發(fā)現(xiàn)坍塌隱患點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)通過巡查，發(fā)現(xiàn)坍塌點(diǎn)路面已經(jīng)脫空，隱患區(qū)域范圍約：長(zhǎng)1.3m，寬0.75m，深0.8m，坍塌隱患范圍具有沿電力溝方向發(fā)展，占據(jù)市政道路旁整個(gè)人行道。

坍塌成因：地面坍塌隱患是由電力管溝頂板出現(xiàn)破裂引起，重力荷載為誘發(fā)因子。電力管溝頂板出現(xiàn)破裂，板塊剛性受到破壞，彎拉強(qiáng)度達(dá)到極限值，電力板塊無法承受地面重力荷載，向下發(fā)生陷落，隱患點(diǎn)周邊受重力荷載等作用，導(dǎo)致地面局部出現(xiàn)不均勻沉降。

2.5道路路基土未夯實(shí)引起

2018年8月13日，接到群眾舉報(bào)，深圳市大鵬新區(qū)某道路附近路面發(fā)現(xiàn)坍塌隱患點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)通過巡查發(fā)現(xiàn)坍塌隱患區(qū)域路面出現(xiàn)不均勻沉降等現(xiàn)象，坍塌隱患區(qū)域約為：長(zhǎng)4.5米、寬3.5米、深度0.25米。坍塌隱患區(qū)域周邊管線較為簡(jiǎn)略，暫未發(fā)現(xiàn)人員傷亡等事件。

坍塌成因：本次地面坍塌區(qū)域與修建排水檢查井時(shí)周邊土體未夯實(shí)有關(guān)，重力荷載為誘發(fā)因素。排水管道頂管工作井周邊土體未夯實(shí)，土體空隙較大，土體存在松散等現(xiàn)象，因長(zhǎng)期未對(duì)其治理，經(jīng)地面重力荷載等誘發(fā)因素導(dǎo)致地下原未夯實(shí)區(qū)域土體出現(xiàn)整體下沉等，逐漸形成本次坍塌隱患點(diǎn)。

2.6地下有限空間開采引起

2017年10月6日，深圳市福田區(qū)某隧道礦山法開挖點(diǎn)上方地面發(fā)現(xiàn)坍塌點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)可發(fā)現(xiàn)地面面層出現(xiàn)明顯破裂下沉，地面以上建筑物隨之下沉?，F(xiàn)場(chǎng)通過踏勘發(fā)現(xiàn)地面坍塌點(diǎn)位于施工圍擋區(qū)域內(nèi)，地面坍塌成漏斗狀，走向與隧道開挖方向平行。坍塌區(qū)域范圍大約為：長(zhǎng)10米、寬6米、下沉5米。

坍塌成因：本次地面坍塌區(qū)域與隧道掘進(jìn)時(shí)對(duì)土體擾動(dòng)有關(guān)。地下隧道掘進(jìn)時(shí)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行爆破工作時(shí)未對(duì)周邊土體進(jìn)行地質(zhì)勘察，導(dǎo)致在施工過程中，前方遇到空洞等不良地質(zhì)體，而上方地面經(jīng)重力荷載等因素導(dǎo)致地下原空洞區(qū)域土體出現(xiàn)整體下沉，形成本次地面坍塌點(diǎn)。

2.7工程特殊工藝引發(fā)

2018年10月30日，接到群眾舉報(bào)，大鵬新區(qū)某市政道路附近地面發(fā)現(xiàn)坍塌隱患點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)通過巡查，發(fā)現(xiàn)坍塌隱患區(qū)域已致塌，其周邊存在不均勻沉降等現(xiàn)象。地面坍塌隱患區(qū)域范圍約：長(zhǎng)6.2m，寬4m，深1.61m，坍塌區(qū)域以碗狀形式存在，占據(jù)整個(gè)市政道路一半位置。

坍塌成因：本次地面坍塌隱患區(qū)域與排水管道頂管施工有關(guān)。因排水管道頂管施工過程中未支護(hù)或支護(hù)不及時(shí)等其他因素導(dǎo)致對(duì)土體、周邊管線等的擾動(dòng)較大，頂管周邊土體受擾動(dòng)影響形成空洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，經(jīng)土體自身重力或重力荷載等作用，土體向下發(fā)生位移，路面形成地面坍塌等現(xiàn)象。

2.8工程質(zhì)量問題

2018年8月14日，接到群眾舉報(bào)，深圳市大鵬新區(qū)某商鋪附近地面發(fā)現(xiàn)坍塌隱患點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)通過巡查發(fā)現(xiàn)坍塌隱患區(qū)域地面出現(xiàn)不均勻沉降等現(xiàn)象，地面塌陷隱患范圍長(zhǎng)為3.2米，寬2.4米，塌陷最深處深0.5米。坍塌隱患范圍位于狹窄人行通道，周邊管線較為簡(jiǎn)略。

坍塌成因：地面坍塌區(qū)域與建設(shè)檢查井時(shí)未鋪設(shè)墊層有關(guān)，暴雨天氣為誘發(fā)因素。地面塌陷隱患處可見地下為松散沙土，為施工不當(dāng)導(dǎo)致，排水管道直排，造成排水檢查井下方周邊土體隨排水向下流失，形成水土流失等不良地質(zhì)現(xiàn)象，受連綿暴雨天氣的影響，加重該不良地質(zhì)體的發(fā)育，地面不均勻沉降愈顯嚴(yán)重，從而逐步發(fā)育成本次地面坍塌隱患點(diǎn)。

3 淺層地面坍塌影響

我國(guó)許多城市都發(fā)生很多地面坍塌隱患，而且逐年遞增，阻礙了城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)城市的生產(chǎn)建設(shè)與人民生活造成了很大的損失。淺層地面坍塌對(duì)人民生活影響有以下幾點(diǎn)：對(duì)地面建筑物造成破壞，對(duì)地下管線造成破壞，對(duì)道路、橋梁造成損壞，影響交通正常運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)工程造成破壞，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)帶來很大威脅，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生阻礙，甚至停滯。

4 地面坍塌隱患的防治

在調(diào)查區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)背景前提下，查明地下不良地質(zhì)體的分布情況、塌陷成因、影響因素和坍塌效應(yīng)，為清除或消減坍塌發(fā)生發(fā)展主導(dǎo)因素，進(jìn)一步采取工程措施（如設(shè)置 完善的排水系統(tǒng)、地表水導(dǎo)流），并對(duì)存在隱患區(qū)域進(jìn)行等級(jí)評(píng)估與結(jié)論論證。

5 結(jié)論

城市淺層地面坍塌發(fā)災(zāi)其主要原因在于人類頻繁活動(dòng)引起，主要表現(xiàn)在開采地下有限空間，使得大部分地區(qū)土體局部存在程度不等的地面坍塌安全隱患。在研究淺層地面坍塌成因過程中，為后續(xù)防治提供重要依據(jù)。