我国城市路面塌陷事故统计分析

郭林飞，柴仕琦，董静怡，肖镇涛，余群舟

（华中科技大学 土木工程与力学学院，湖北 武汉 430074，E-mail：yuqunzhou@hust.edu.cn）

随着我国城市化进程的加快，道路基础设施建设数目逐年增长，一方面给人们出行带来便利，另一方面随之而来的城市路面塌陷问题也日渐凸显。路面塌陷具有突发性、隐蔽性、破坏性等特点，不仅导致财产损失，影响人们正常的生产生活，更重要的是会造成群众的恐慌心理。从过去发生的事故中总结其发生特点与规律，吸取相应的经验教训，从而采取预防性措施意义重大。

目前，国内的相关研究多从某一具体地区中调查统计分析事故原因，提出相关治理措施。宋谷长等[1]统计了北京市2007~2009 年发生的277 起道路塌陷案例，分析了其表观特征、时间特征和空间特征，并提出相关对策；张泰丽等[2]从时空分布、影响因素、发生破坏机理3 个方面整理了南京市地面塌陷资料，并针对性地提出了防治对策；胡聿涵等[3]虽然对全国2005~2015 年发生的120 次路面塌陷案例进行了统计分析，探讨了其特点、成因及防治对策，总结出城市道路塌陷中人为因素是主导因素，但是塌陷事故样本较少。国外的相关研究多从地下管道对路面塌陷影响的角度进行分析。Emilia Kuliczkowska[4]通过调查地下基础管线和污水系统，查明了路面塌陷事故的成因，进而为降低地面塌陷的风险提出了建议；Lee Kicheol 等[5]通过数值分析来研究由于地下空洞引起路面塌陷的可能性，以及空腔高度和宽度对道路塌陷的影响程度。综上，目前国内外对不同地区路面塌陷事故数据的统计分析研究不多见。基于此，本文对收集到的2014~ 2018 年的2322 起路面塌陷事故进行统计分析，旨在研究我国城市路面塌陷事故分布规律及内在因素，为相关部门制定控制减少路面塌陷事故措施提供参考。

1 路面塌陷事故数据采集

路面塌陷事故数据采集主要采用网络调查法。事故数据来源以交警部门发布的交通管制信息及门户网站、官方微博等发布的政府官方事故通报为主；非官方实时交互平台发布的信息仅作为数据查询线索，经确认真实性、完善性后纳入数据库中，以确保所获数据的真实性。同时，本研究采用控制变量法，保持检索关键词、检索方法的一致，以确保所获数据的科学性。根据上述方法，综合采集到2014~2018年间全国31个省市的城市路面塌陷事故（下文简称“塌陷事故”）典型案例，并用定性与定量相结合的方法，对事故数据进行提取分类、归纳总结与分析。

事故统计内容主要包括：塌陷事故发生年份、月份、省份、地理位置、塌陷直接原因、塌陷情况、造成的直接损失及伤亡情况等具体事故资料。调查范围包括：我国31 个省市（除港澳台地区）的主要城市（主要是省会）所发生的塌陷事故，不包含农村地区、高速公路的路面塌陷事故，以及喀斯特岩溶、泥石流、洪水等地质气候灾害造成的路面塌陷事故。最终得到不完全统计事故2322 起，其中，信息详尽的有1139 起，约占49.05%。

2 路面塌陷事故统计分析

本文主要从塌陷事故发生的时间（年份、月份）与损失分布、直接原因及空间分布进行统计分析。

2.1 塌陷事故基本情况

本次研究收集到2322 起塌陷事故，其中，2014~2018 年分别为284 起、477 起、527 起、486起和548 起，总共导致39 人死亡、137 人受伤和604 辆车辆损失。事故频数逐年总体呈上升态势。近5 年事故频次及造成的人员伤亡和车辆损失总体分布如图1 所示。

2.2 塌陷事故月份分布

为探究全国塌陷事故月份分布的普遍规律，将2014~2018 各年中塌陷事故按照事故发生月份进行 统计，各年不同月份发生事故频数如图2 所示。

图1 2014~2018 年塌陷事故数量及伤亡损失

图2 2014~2018 年塌陷事故频数月份统计

从图2 可以发现这5 年各月份事故频数走势基本吻合，为验证5 年间塌陷事故月份分布规律的一致性，根据5 年各月份事故频数占全年比的均值作总体趋势线如图3 所示。借助SPSS 软件将各年月份占比值与均值进行双变量相关性分析，结果表明各年占比趋势与总趋势线在0.01 水平（双侧）上呈现显著相关，可知不同年份塌陷事故月份分布规律基本相同。

图3 2014~2018 年塌陷事故月分布占比总体趋势图

由图3 可知，塌陷事故在全年12 个月中存在明显的差异特性，1~2 月及11~12 月事故数较少，3~6 月、9~10 月事故频数居中，7~8 月事故数最多。经中国气象局官网查询全国累年各月平均降水量，11 月至次年2 月雨水较少，事故也相应较少。事故频数自3 月起骤升，这可能与春季降雨明显增长有一定关系。每年的7、8 月份是路面塌陷事故的高 发期，我国这两个月份的降雨量远高于其他月份，瞬时降雨强度大，雨污水管网往往难以满足排水需求，故这在两个月中，因暴雨等恶劣气候所致路面塌陷事故占比较高，雨污水管道爆管所致事故也存在不少。不难发现，这种变化规律与降雨量月份变化规律极其相似。

2.3 事故致因类型分析

塌陷事故因其隐蔽性、突发性、复杂性等特点，通常是多种因素共同作用所致。本研究统计的2322起塌陷事故中，1139 起有明确的直接原因。本文主要对这些原因明确的事故进行致因类型分析。塌陷原因统计结果如图4 所示，管道渗漏引起的塌陷事故有564 起，占已明确原因事故总数的49.5%；由恶劣天气（主要是暴雨）导致的塌陷事故280 起，占已明确原因事故总数的24.5%；由在建工程施工导致的塌陷事故162 起，占已明确原因事故总数的14.2%。以上3 点为塌陷事故的主要直接原因。（注：部分塌陷事故是多因素耦合的结果）。

图4 塌陷事故直接原因分布图

事实上，管道开裂及渗漏与恶劣天气（如连日暴雨）、工程本身建设、工程地质情况、后期运维管理、在建工程施工影响等均有关联。瞬时降雨强度大容易造成超期服役的雨排水管道破裂，在土体中形成渗流，带走土体颗粒，形成空腔，尤其是对工程地质较差地区影响更大。后期运维管理不当会导致老旧管道无人检修，常年渗漏造成水土流失[6]；超重车辆长期碾压道路，也会导致管道的破损。而在建工程的施工，尤其是深基坑、隧道等地下工程施工，容易影响地层中应力分布情况，影响管道在土体中的状态，造成管道移位、渗漏，最终导致水土流失形成空洞[7]。

因此，解决管道渗漏问题是治理塌陷事故的重要举措，但不可忽视恶劣天气、工程本身建设、在建工程施工等其他因素对管道自身的影响。

2.4 事故地域分布统计

5 年塌陷事故按照不同省份统计得到如图5 所示的频数直方分布图，从图中可以看出，在31 个省份中，甘肃、河南、陕西、广东是塌陷事故高发省份，事故起数均在180 起以上，共759 起，占全国事故总数的32.68%，其中，甘肃省发生的塌陷事故起数最多，共202 起；有18 个省份发生60 起以上的事故，而西藏、上海、新疆、海南、重庆、贵州事故较少，其他省份及地区事故发生频数处于居中水平。各省份的事故伤亡人数总体较为平均，以广东、甘肃、河南、安徽居多，伤亡人数均在10人以上，其中，广东省最多，有41 名伤亡人员，其他省份塌陷事故造成的伤亡情况较轻微。

图5 2014~2018 塌陷事故省份统计图

我国同一省份不同年份事故数目虽差异不大，但不同省份之间塌陷事故频数却存在明显差异，地域特征明显。西藏经济较为落后，建设规模小，塌陷事故全国最少，而陕西、甘肃同样经济欠发达，建设规模相对较小，塌陷事故数却在全国前三甲；反观上海、广东，均有经济规模大、建设规模大、人口基数大的特点，事故数却也存在巨大差异。因此，塌陷事故的地域分布特点，除了与地质因素、自然条件等有关外，还与城市建设规模、经济管理水平等有关。

3 基于聚类分析的事故地域分析

本文采用多元统计软件SPSS 聚类分析法，对塌陷事故区域进行分类，找出各地区之间的潜在联系。在聚类分析中，系统聚类法使用最多，接受度高，通过系统聚类分析，可以将不同个体科学地分成若干类别以便分别进行分析和研究，因此本文采用系统聚类法。

3.1 聚类指标选取

塌陷事故的发生是多因素耦合的结果，除受到地质、自然条件（如降雨）等客观因素影响外，还受到当地管理、建设水平等诸多因素影响。然而，为减少“噪声数据”对聚类结果的不利影响，在综合考虑可选取指标的关联性、代表性、可量化性的 前提下，选择年平均降雨量作为影响塌陷事故的自然因素；由于管理、建设水平对降低事故发生频数有正面作用，而经济水平在一定程度上影响着管理、建设水平，选择人均GDP 值作为影响塌陷事故的人为因素。因此，本次聚类统计分析选取各地区5 年间的事故总数、年平均降雨量、人均GDP值作为反映各省（市）城市路面塌陷情况的3 个数值型变量，对调查的31 个省（市）的塌陷事故进行聚类分析。

3.2 聚类结果及分析

由于原始数据在数量级上存在一定差异，因此本次聚类分析选择经标准化处理后的无量纲数据，借助SPSS 软件进行分析。

聚类分析的关键是最佳聚类数的确定，本文采用统计学中的树形图加以判断。根据数据的结构特征，同类数据彼此相似，不同类对象倾向不相似。通过计算各省份之间的平方欧几里得距离，距离越小，相应的就代表两者之间相似程度越大。本文通过将无量纲数据代入，经SPSS 处理得到的树状图如图6 所示。通过树状图对类间距离的度量，把不同小类间最大距离算作25，其余的距离换算成与之相比，得出相对距离大小。根据相对距离大小，将31 个省市在树状图中按照相对距离在“10~15”之间进行分类，所得各类之间相似程度最高，为最佳分类结果，故最终分为五类。

图6 各省份及地区塌陷事故聚类情况谱系图

具体分类结果如下：甘肃、陕西、河南为第一类；广东、浙江、福建为第二类；江苏、天津、北京、上海为第三类；西藏、新疆、青海、内蒙古、宁夏、山西、河北、山东、辽宁、吉林、黑龙江这11 个省份为第四类；除以上省份之外的海南、云南、贵州、广西、四川、重庆、湖北、湖南、江西、安徽则被归为第五类，具体情况如图7 所示。据系统聚类结果显示，塌陷事故的发生具有明显的地域差异。以下对聚类结果分区块进行详细分析，并针对各地域特征提出合理建议。

图7 塌陷事故聚类结果地域分布图

（1）第一类包含甘肃、陕西、河南三省份。这3 个省份情况类似，皆为塌陷事故高发地区，分别位列全国前三，且具有如下共同特征：首先，这3 个省人均国民生产总值均处于全国中等偏下水平，建设、管理水平相对较低；此外，虽为干旱少雨，但均受到特殊地质条件影响[8]，事故起数远高于其他少雨地区。以甘肃兰州为例，兰州属于湿陷性黄土地区，其具有强度低、压缩性高、结构疏松、孔隙率大等特点。湿陷性黄土一旦被水浸湿，在自身重力和附加应力影响下，结构将被迅速破坏，强度急剧降低，会产生较为明显的沉陷现象。根据本次统计结果，2014~2018 年间甘肃省共计发生202起塌陷事故，其中181 起发生在兰州市，占比达89.6%。而在兰州市的181 起塌陷事故中原因明确的有79 起，其中管道渗漏导致的塌陷事故就有51起，所占比例到达64.6%（全国平均占比为49.5%），说明像兰州这类湿陷性黄土地区的城市管道更容易受地质影响出现渗漏最终引发塌陷事故[9]。

针对像黄土等特殊地质条件地区塌陷事故的防治与处理，应重点加强以下几个方面的管理：一是在道路及地下管道施工阶段，必须严格做好地质勘查工作，对地基作特殊处理[10]，保证施工质量；二是在道路运维阶段，市政部门应加大对路面沉降的监测力度，针对频繁塌陷区域，利用探地雷达等 技术探测地下空洞[11]，定期排查地下管道的渗漏情况；三是做好定期巡视工作，及时检查路面下陷或裂缝等可疑迹象，采取相应措施预防塌陷事故的发生，尤其在雨季应加大巡视密度。

（2）第二类包括广东、福建、浙江3 个东南沿海省份。广东、福建和浙江三省为塌陷事故多发区域，该区域具有如下特点：经济发达、人口众多，建设管理水平总体较高，地处东南沿海，地质条件总体相近，降雨量大等。其中，广东省事故数居三省之首，以广东省为例进行分析，广东省施工建设规模大，尤其是地下工程建设施工，极易对土层造成扰动，使软土层产生垂向和侧向差异迁移，造成老旧管道破损渗漏，进而导致塌陷事故发生；同时，广东省地处东南沿海，全年降雨量均远高于其他省份、地区，夏季还会受到台风等恶劣天气影响，持续的强降雨极易损坏市政雨污水管道，加之城市老城区管道年久失修老化破裂，经长时间水流冲刷，管线接头处或破损处土层中会形成暗穴空洞导致塌陷事故，故这几个省份中广东省塌陷事故较多。

根据上述分析，广东等三省应重点对城市早期建设的老旧管线进行定期隐患排查，及时更换已渗漏破损的管道，并在汛期及恶劣天气如台风后，增加巡视密度，密切关注地表的细微变化，及时发现塌陷隐患。同时，也应加大对在建工程尤其是隧道等地下工程的管理力度，尽量减少施工扰动对土层中既有空洞及市政管道本身的影响。

（3）第三类包括江苏省及天津、北京、上海3个直辖市。这4 个地区经济水平均总体处于全国领先水平，城市化水平较高，人口密度大；塌陷事故中，该大类塌陷数目均位于80 以下，处于全国中等偏下水平。上海虽被归为此类，但较之其他三地区，上海的塌陷事故数却极少。在过去5 年内，只调查统计到9 起塌陷事故，一人受伤。究其根本，上海不仅经济发展水平较高，城市基础设施施工与管理技术水平相对较高，市政管理部门对各类管道设施定期维护修复，并采取相应事故预防机制和地下空间管理政策；而且上海市的事故预警反馈机制较为成熟完善，当出现地面沉降和裂缝等预兆时，市政管理部门可以及时处理、妥善修复。

同时，据统计结果显示，此类地区中绝大多数事故是由管道渗漏引起的。其中北京市因管道渗漏所致事故占明确原因事故的七成。因此，对此类经济水平高、人口体量大、发展速度快的超大城市，管理部门也应加大探查与检测力度，谨防因管道破损渗漏导致的塌陷事故，控制未来可能出现的地下空洞的增量。

（4）第四类包括西藏、新疆、青海、内蒙古、宁夏、山西、河北、山东、辽宁、吉林、黑龙江11个省份。该大类包含省份较多，可分成两小类进行分析：一是西藏、新疆、青海、宁夏这4 个省份可分为一小类，这些省份位于我国西部，GDP 普遍较低，建设规模相对较小，城市化水平不高，故塌陷事故频数年均10 起以下，可采取常规处理措施，重点加强对道路基础设施的运维管理；二是另外7省份均属于我国北方地区，降雨量相对较少，人口较多，塌陷事故频数皆处于中等水平，故分为一小类。这些地区的城市建设因其历史背景，在城市路面下存在一定数量的废弃防空洞，大多防空洞结构遭到严重破坏，也是导致塌陷事故的重要原因。同时北方地区春季剧烈温度变化，也会使冻胀融沉效应加大[13]，致管道变形渗漏情况增加，最终引起塌陷事故。因此，这些地区相关部门在治理路面塌陷问题时，不仅应对老旧管线进行定期维修保养，并逐步更换“超期服役”的问题管道；也应使用各种技术手段检测道路状况，及时回填地下空腔，并对原有防空洞存在的安全隐患作相应处理。同时，在气候变化剧烈的三月份及雨水较多的七八月份，增加巡视密度，及时消除管道渗漏引起的塌陷隐患。

（5）第五类为海南、云南、贵州、广西、四川、重庆、湖北、湖南、江西、安徽10 个省市及地区。这10 个省市存在相似特点：降雨量较高，地质条件相对较好，人均GDP 在全国处于中游水平，年均塌陷事故处在中游水准。相比其他省市，此类地域导致塌陷事故的直接原仍为管道渗漏，但比重下降仅占35.5%；而天气、地质因素、运维管理问题及在建工程影响的比重均有所上升。例如，重庆市5 年中明确原因的事故有13 起，仅1 起与管道渗漏相关，而7 起事故都是由天气因素引发。

因此，根据此类地区事故特点，市政基础设施建设初期应更为重视地质条件，加大对在建工程项目的监管力度，避免因施工不当造成路面塌陷。此外，要加强对道路基础设施后期运维管理工作；在恶劣天气如暴雨时，应加大巡视力度，并根据观测得到的可能性前兆，通过相关部门及时发布预警信息、及时处理隐患点。

4 建议

结合上述塌陷事故统计分析，对预防和控制城 市道路塌陷事故提出几条建议。

（1）有关部门应加强对城市排水管网的巡查管理，特别是在降雨量大的时期（尤其是每年的7、8 月份）及恶劣天气前后的巡查管理，以及时排除管网存在的隐患，减少塌陷事故的发生。

（2）加强城市道路、管线建设阶段的质量控制，达到“控增量”的目的。在勘察设计阶段，加强对地质、降雨、气温等自然因素的影响分析，根据不同的土质、降雨、气温差异等因素，因地制宜地采取不同的设计方案；在施工阶段，严格控制管道、管道基础（包括管沟）的施工质量，严格控制路基、管道沟槽回填材料与回填质量，以减小管道运营阶段出现变形、破裂、腐蚀、接头脱节、错口等缺陷的可能性，有效控制管道渗漏发生。

（3）加强城市道路、管线运维阶段管理，对地下管线渗漏、路面下空洞进行排查，及时发现消除塌陷隐患，同时达到“控增量”和“去存量”的目的。相关部门应变“被动处理”为“主动预防”，利用多种探地与管道检测技术，对路面及地下管线进行检查和维护。同时，加强对施工扰动、路面荷载等方面的监督与管控，协同建设管理部门严控在建地下工程（基坑、隧道等）对周边道路、管线等影响，协同交管部门严查城市道路超载超限现象，减少城市路面塌陷事故发生诱因的出现。

（4）推进综合管廊的建设，将城市道路的各种工程管线纳入地下综合管廊，实行统一管理，减少道路重复开挖现象，降低路面塌陷可能。

（5）建立健全事故预警反馈机制，一旦发生塌陷事故，相关部门能够及时处理，减少塌陷事故产生的经济损失、人员伤亡，减轻事故负面影响。

5 结语

本文统计了2014~2018 年我国发生的2322 起塌陷事故，从事故的发生时空分布、直接原因、内在因素等方面对塌陷事故进行了相应分析，反映了塌陷事故的一定规律。一是塌陷事故数近5 年基本呈现逐年递增趋势，塌陷事故的月份分布和降雨量变化密切相关；二是塌陷事故的地域分布与地质条件、降水量、建设管理水平、建设规模、运维管理等因素有关，应按照所在区域的不同采取针对性手段提高建设及后期运维管理水平；三是管道渗漏已成为塌陷事故最主要的直接原因，有关部门必须加强对城市地下管道的监控排查，及时消除塌陷隐患；四是城市道路和地下管线建设和后期运维的管理水平对塌陷事故的发生有很大影响。

然而，本文仅对近5 年我国城市路面塌陷典型事故进行统计分析，缺乏对其背后机理的深入探讨，也缺乏对道路下暗穴空腔的探查方法的实验研究。未来将对不同地域路面塌陷规律的深层原因及道路下暗穴空腔的探查方法并提出有针对性的建议作进一步研究。