01
事故频发 隐患突出！
据报道，2017年1月1日至2019年12月1日中国内地发生路面塌陷事故55起，有36起公开事故原因。这意味着，路面塌陷每个月会发生至少一次[1]。天津大学水利工程安全与仿真国家重点实验室统计表明，2005年至2015年路面塌陷事故案例共120起，其中100起查明原因[2]。
近两个月，相继发生了三起路面塌陷事故。2019年12月1日上午9时28分许，广州市广州大道北与禺东西路交界处地铁十一号线沙河站施工区域出现路面塌陷，事故造成3人死亡。
2019年12月12日21时50分许，厦门江头吕厝附近一建设中地铁2号线缓建口发生发生约500平方米塌陷，水管破裂。途经现场两部轿车陷入，车上人员自行安全撤出，无人员伤亡。
2020年1月13日下午17时36分许，西宁市南大街长城医院门前发生路面塌陷，一辆由南向北行驶的17路公交车（青A60015）陷入其中并发生爆炸。1月17日上午10时，搜救停止，事故造成9人遇难1人失踪。
02
原因何在 天灾人祸？
路面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，由于路面结构下部出现空洞或路侧发生滑移，导致下部结构对路面和车辆的支撑力不足而产生的、道路中间或路侧边坡出现大面积坍塌，并在地面形成塌陷坑的一种动力地质现象[3]。
其原因有很多种，首先是地质因素。
我国西北地区易发湿陷性黄土诱发的塌陷。湿陷性黄土在未受水浸湿时，强度较高，压缩性小。但一旦受水浸湿，将使路基土软化，失去承载能力，土体结构迅速被破坏，导致路基整体或局部下沉。
我国西南、华南地区喀斯特地貌发育，碳酸盐岩等可溶性岩石分布广泛，易发岩溶塌陷。岩溶塌陷主要分布在人类活动强烈的覆盖型岩溶区，上覆第四系土层在地下水的作用下，形成空洞并向上扩展，最终产生地面塌陷。
我国华北地区、长三角苏锡常平原区及杭嘉湖平原区、汾渭盆地是地面沉降灾害发育最为严重的地区。地面沉降是指由于自然因素或人类工程活动引发的地下松散岩层固结压缩并导致一定区域范围内地面高程降低的地质现象，是一种缓变形地质灾害[4]。
其次是人为因素。
比如地下管线渗漏，出现塌陷。城市地下管道密集，地下供排水管线漏水后，不断渗入土层，会造成地基水土流失，地基承载力下降，进一步引发地面塌陷。
图1 西宁路面塌陷现场图（引自网络）
又如违规施工，地基处理没有做好，造成浅表和局部的塌陷。施工后回填不密实，路基不夯实，地下松散土体会逐渐被地下水的作用流水冲走，久而久之，在地面荷载及土体自重力共同作用下逐渐形成空洞，造成塌陷。
2008年发生的杭州地铁站坍塌事故，直接原因就是施工单位违规施工、冒险作业、基坑严重超挖；支撑体系存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时；垫层未及时浇筑。此外，监测单位施工监测失效，没有采取有效补救措施，最终造成21人死亡，4人重伤，20人轻伤，直接经济损失4961万元[2]。
图2 杭州地铁路面塌陷现场图（引自网络）
再如过度开采地下水，也与路面塌陷关联紧密。
截至2012年，长三角地面沉降区累计沉降量超过200mm的面积近1万平方米；华北平原累计沉降量超过200mm的面积达6.2万平方米[4]。
过度开采地下水会造成地下水位严重下降，形成地下水降落漏斗，使得在上覆地层重量作用下，岩土体骨架结构压缩，路面就会发生沉降或出现塌陷。
然而，相关数据进一步表明，中国城市路面塌陷，是天灾，更是人祸。我国已有岩溶塌陷约70%为人类工程活动所诱发[5]；2005年至2015年100起公布原因的路面塌陷事故中，人为因素的有65起，人为因素与自然因素共同作用13起，人为因素至少占比65%；2017年1月1日至2019年12月1日36起公布原因的路面塌陷事故，72%是人为导致的，深入分析这36起事故原因，看似彼此独立，但仍能找到一些共性。
图3 36起路面塌陷事故原因（引自澎湃美数课）
03
安全发展 加强监测。
2017年9月6日，国土资源部（现自然资源部）印发的《关于加强城市地质工作的指导意见》指出：
加强城市地质灾害监测与共防共治，将地质灾害纳入城市防灾减灾体系，予以重视和加强；强化对活动断裂带、地面沉降、地面塌陷和地裂缝等地质灾害的调查监测；建立和完善地质灾害监测预警系统，加快推进重点地质灾害防治。
促进地下水资源保护与合理利用，提出地下水资源开发利用上限和合理布局意见，加强地质环境效应监测，防止地下水过量开采和污染。
2018年1月7日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于推进城市安全发展的意见》进一步指出：切实把安全发展作为城市现代文明的重要标志；
加强矿产资源型城市塌（沉）陷区治理；加强地震风险普查及防控，强化城市活动断层探测；深入推进城市生命线工程建设；
健全公共安全体系，加强城市规划、设计、建设、运行等各个环节的安全管理，充分运用科技和信息化手段，加快推进安全风险管控、隐患排查治理体系和机制建设，强化系统性安全防范制度措施落实，严密防范各类事故发生。
地面塌陷等地质灾害具有不可预知性，但这也不代表对此束手无策，目前可以采用遥感遥测技术、地球物理技术、地质体传感监测技术等加强监测。
然而遥感遥测技术无法穿透地表获得一定深度的地下信息，也无法做到实时的精确观测；现有地球物理技术多为静态探测，地质体中界面分辨率不够精细，探测结果常出现多解性，且不能主动实时进行监测。
笔者认为，可基于遥感遥测技术、地球物理技术对地质体进行普查，识别路面塌陷易发区，查明薄弱点和隐患点；基于地质体传感监测技术对易发区、隐患点及薄弱点进行详查和诊断及治理，进行实时动态高精度监测。融合遥感遥测技术、地球物理技术、地质体传感器监测技术构建空天地体一体化、普查-详查-诊断多尺度监测体系。
光纤传感技术是一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界测量信号的新型传感技术。光纤既是传感体又是传输体，将传感光纤植入地质体中当做地质体的神经，它可以获得大地信息，也可以感测到地下的大地信息，因此，地质体传感监测技术是进行路面塌陷监测的重要手段。光纤传感技术的优势如图所示。
图4 光纤传感技术优势
针对路面塌陷光纤传感技术可以监测以下三方面内容：
（1）地下水位及地面沉降监测
长三角地区地面沉降的主要原因是地下水的无序开采。采用光纤传感技术，建立地下水位及地面沉降监测示范控制点，获得地面沉降过程中全断面土层变形信息，实现钻孔全断面的精细化监测，掌握地质体变形规律，科学防范地面塌陷。
图5 光纤传感技术地下水及地面沉降监测示意图
（2）施工区域道路沉降及管线变形监测
采用光纤传感技术，对地铁建设期基坑开挖进行监测，掌握施工影响区域内的道路沉降及管线变形情况，研判道路沉降及管线变形趋势，提前发出预警，避免道路塌陷发生。
图6 地铁建设期基坑开挖光纤安全监测内容
（3）路面塌陷易发区、隐患点及薄弱点详查、诊断及治理监测
基于遥感遥测技术、地球物理技术对地质体进行普查，识别路面塌陷易发区，查明薄弱点和隐患点。
如图所示为探地雷达探测道路空洞，针对基础下沉路面塌陷隐患区，建立路面塌陷光纤传感钻孔监测点，对易发区、隐患点及薄弱点进行详查和诊断及治理。对于老旧管线的检查与维修，可在维修后建立光纤传感监测点，监测维修的效果，预警漏水事故的发生。
图7 探地雷达识别的严重松散区病害的典型图（引自瞭望智库）
道路千万条，安全第一条。脚下能踏实，心里才踏实。脚踏“实”地，才能推进城市安全发展。
来源： 企业供稿 |
