地震次生地質(zhì)災(zāi)害對山區(qū)公路的危害和防災(zāi)研究

黃曉光,唐利平,李朝安

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊,成都 610501; 2.中鐵西南科學研究院有限公司地質(zhì)災(zāi)害防治研究所,成都 610031)

地震次生地質(zhì)災(zāi)害對山區(qū)公路的危害和防災(zāi)研究

黃曉光1,唐利平1,李朝安2

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊,成都 610501; 2.中鐵西南科學研究院有限公司地質(zhì)災(zāi)害防治研究所,成都 610031)

通過參閱研究“5.12”汶川特大地震災(zāi)后的公路地震災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查及已有相關(guān)文獻資料,對地震誘發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等主要次生地質(zhì)災(zāi)害對山區(qū)公路的危害模式進行了歸納、剖析和探討,闡述了地震區(qū)的地震次生地質(zhì)災(zāi)害的空間分布規(guī)律。最后對位于地震區(qū)的山區(qū)公路在規(guī)劃建設(shè)、在建、已建公路的不同階段提出了相應(yīng)的次生地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)研究。

地震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害;災(zāi)后現(xiàn)場調(diào)查;危害模式;防災(zāi)對策

在“5.12”汶川特大地震中,震區(qū)公路、公路設(shè)施和設(shè)備遭到了極為嚴重的破壞,通往災(zāi)區(qū)的公路幾乎完全中斷,救援部隊和物資不能在第一時間趕到一線現(xiàn)場,給抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建工作增加了新的難度,使很多本可救活的生命永遠地凋謝了。震區(qū)公路工程地質(zhì)環(huán)境十分獨特而復雜,給搶修和疏通帶來了極大的困難,總結(jié)震區(qū)公路建設(shè)中的經(jīng)驗教訓是防災(zāi)工作的重大命題。山區(qū)公路以其特有的線狀結(jié)構(gòu)穿山越嶺,跨越各個不同的地域單元,在不同的地形、地質(zhì)區(qū)域內(nèi)穿行,不可避免地經(jīng)過一些地質(zhì)環(huán)境復雜、地形反差強烈的區(qū)域,根據(jù)本次地震都汶公路受震破壞情況調(diào)查,地震誘發(fā)諸如崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害[1～6]對公路的破壞非常嚴重,且修復較難。因此本文試從“5.12”汶川特大地震公路受地震次生地質(zhì)災(zāi)害破壞的現(xiàn)場調(diào)查資料出發(fā),總結(jié)次生地質(zhì)災(zāi)害的分布特征,分析和歸納山區(qū)公路地震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害的危害模式,總結(jié)地震山區(qū)公路修建的經(jīng)驗和教訓,探討我國地震頻發(fā)區(qū)公路建筑的安全問題,把地震對公路的危害防止在勘查、設(shè)計階段,確保地震頻發(fā)區(qū)公路能達到防災(zāi)、減災(zāi)要求。

1 地震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害形成機理及分布特征

地震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害對公路的破壞模式是指在強烈地震波作用下[7],與地震同步發(fā)生、或在余震期間、或隨后的幾年或更長時間內(nèi)誘發(fā)公路兩側(cè)邊坡崩塌、滑坡、泥石流等地震次生地質(zhì)災(zāi)害,對公路建筑物造成的破壞或非損毀性破壞。非損毀性破壞可以導致公路功能的長時間癱瘓,特別是滑坡和崩塌可使修復、搶通困難。在這次地震災(zāi)害中,這類地震災(zāi)害點多、分布極廣,其發(fā)生時、空、量級的不確定性對公路危害最大,災(zāi)害持續(xù)期也最長,造成的災(zāi)害損失的總和也最大,修復相當困難。

在地震波的作用下,產(chǎn)生場地破壞效應(yīng)和強烈震動效應(yīng),場地破壞效應(yīng)及震動效應(yīng)導致地表破裂、斜坡破壞[6]。由于地震波在不同地質(zhì)體的傳播差異性和加速度的差異性,導致公路邊坡的巖土體松動、結(jié)構(gòu)破壞,誘發(fā)崩塌、滑坡,對公路造成災(zāi)害,同時給泥石流提供了豐富的固體物源,一旦地形條件、水源條件滿足要求,就會暴發(fā)泥石流,對公路造成災(zāi)害。

由于地震波在不同的地質(zhì)體、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的傳播特征和加速度的差異性,以及邊坡本身的構(gòu)造部位、斜坡結(jié)構(gòu)不同,地震對斜坡的破壞作用是不一樣的,因此在地震誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害的分布具有一定的規(guī)律(圖1):

圖1 汶川地震次生地質(zhì)災(zāi)害分布圖[8]Fig.1 The Wenchuan Earthquake second Geologic Disaster distribution[8]

(1)規(guī)模較大的滑坡、崩塌和泥石流主要分布在斷層(包括直立巖帶和一些傾角>60°的陡立巖帶)和斷層交匯帶附近。尤其是主破裂面兩側(cè)和上盤。

(2)由軟硬相間地層組成的斜向坡和橫向坡,常沿軟層發(fā)育切溝或沖溝,地震多沿其陡側(cè)壁形成崩塌、落石并繼而與溝中松散堆積一起形成滑坡,但總體規(guī)模以小型為主。

(3)巖漿巖、火山碎屑巖斜坡面上的小型風化層滑坡與高位落石,沉積巖、淺變質(zhì)巖斜坡面上的小型坡積層滑坡與高位落石也較多。有些地方裂而未滑,但為降水入滲創(chuàng)造了條件,有可能成為地下水誘發(fā)的滑坡隱患。

(4)發(fā)生在順向坡上的滑坡一般規(guī)模都較大。有些下段已滑而上段未滑,即使殘留段規(guī)模不大,但其治理都十分困難。

(5)地震形成的落石和滑坡堆積的結(jié)構(gòu)特征多與崩塌相似,即其粒級分布是下大上小、前大后小之特點。

(6)地震期間形成的泥石流主要起因于滑坡、崩塌的驟增,為其提供了豐富的物源,故其分布與后者一致。

2 對公路的危害模式

震區(qū)公路以特殊的線型結(jié)構(gòu),穿越不同的地質(zhì)單元,不可避免地穿越不同的構(gòu)造帶,而構(gòu)造帶地質(zhì)環(huán)境脆弱,地震可誘發(fā)大量的崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害,對震區(qū)的山區(qū)公路安全運營造成極大的危害。根據(jù)此次對都汶公路的調(diào)查,主要的次生災(zāi)害類型有崩塌、滑坡、泥石流等。下面主要針對崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)種對公路的危害模式進行歸納總結(jié)。

2.1 崩塌

在地震作用下,公路邊坡的巖土體被震松,結(jié)構(gòu)破壞,造成公路兩側(cè)崩塌、落石,而后對公路建筑物及運營造成危害,有些地方裂而未滑,但為降水入滲創(chuàng)造了條件,有可能成為地下水誘發(fā)的崩塌隱患,這種災(zāi)害延續(xù)時間可能較長,常形成災(zāi)害鏈。

這些崩塌、落石具有高位能、物量巨大、直沖性強的特點,處于下方的公路線路、橋梁受毀損幾乎無法幸免。對公路路基、橋梁、隧道口形成淤埋、巨石阻塞、推移、沖毀、砸毀等破壞作用,對過往車輛及行人形成極大的潛在威脅(圖2、圖3)。

圖2 崩塌落石Fig.2 Collapses and rockfall

圖3 落石堵塞對岸整條公路Fig.3 Collapses jamming the w hole road

2.2 滑坡

與地震同步發(fā)生或在余震期中既有滑坡復活和誘發(fā)的新生滑坡,對公路建筑物及運營造成的破壞或非損毀性破壞。在強烈的地震波作用下,可使公路兩側(cè)的邊坡形成新生滑坡,也可使原穩(wěn)定的老滑坡復活,易對公路路基、橋梁、隧道形成淤埋、沖毀、堵塞及過往車輛及行人等危害(圖4～7)。在這次汶川地震中,由于震區(qū)公路大部分處在山區(qū)地帶,邊坡較陡,滑坡方量通常較大,難以處理,處理周期較長,危害最大。這類破壞在災(zāi)區(qū)相當普遍,也是危害最大的災(zāi)種,給當時的搶險救災(zāi)以及當前的災(zāi)后重建工作帶來了極大的影響。

圖4 滑坡體上的公路Fig.4 The road on the landslide

圖5 整條公路掩埋于滑坡堆積體下Fig.5 Landslide accumulation burying w hole road

圖6 滑坡掩埋了整條公路并堵塞橋頭Fig.6 Landslide accumulation jamming road bridge

圖7 滑坡掩埋公路隧道口Fig.7 Landslide accumulation burying the tunnel entrance tunnel entrance

2.3 泥石流

地震后由于暴雨、水體潰決而引發(fā)的泥石流對公路建筑物及運營造成危害。強烈地震對地表植被的破壞,誘發(fā)滑坡(新、老)、崩塌落石等,為泥石流提供了豐富的松散固體物源,震區(qū)山區(qū)地形陡峻,在適當?shù)挠晁饔孟聵O易形成泥石流,對溝床下方公路形成沖毀、淤埋等破壞作用,堵塞涵洞、淤埋隧道口,甚至剪斷橋墩等,潛在破壞性很強,危及過往車輛及行人(圖8、圖9)。預計在未來一段相當長的時期內(nèi)將會成為震區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害,在未來的規(guī)劃設(shè)計中應(yīng)予重視。

圖8 泥石流淤埋了整個道路(1)Fig.8 Debris flow silt the w hole road(1)

圖9 泥石流淤埋了整個道路(2)Fig.9 Debris flow silt the w hole road(2)

3 震區(qū)的山區(qū)公路次生地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)對策

山區(qū)公路以特殊的線型結(jié)構(gòu),不可避免地穿越不同的地質(zhì)單元,因此震區(qū)公路所受次生地質(zhì)災(zāi)害的空間分布規(guī)律與所穿越的地質(zhì)單元的結(jié)構(gòu)有關(guān),與地震引發(fā)次生災(zāi)害的分布規(guī)律具有一定的吻合性,因此地震誘發(fā)次生災(zāi)害對公路危害作用在一定程度上可以評估和預知,其災(zāi)源的位置、規(guī)模、危害模式在一定程度上是可查知的,故可在公路建設(shè)與運營的各個階段采用加強公路建設(shè)的地震安全性評估、詳細地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、選線以及地質(zhì)災(zāi)害防治等工作來減少和減弱次生地震災(zāi)害對公路的危害。

3.1 勘測設(shè)計階段的地震次生地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)對策

根據(jù)這次汶川大地震對公路破壞實踐證明,公路地震次生地質(zhì)災(zāi)害防治必須以人為本,爭取主動,應(yīng)從勘測設(shè)計階段入手,防災(zāi)于未然。在勘測設(shè)計中對公路沿線地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境作認真的調(diào)查研究,加強地震安全性評估工作、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作,對地震可能誘發(fā)災(zāi)害地段進行認真分析、研究和評估,指導設(shè)計。根據(jù)都汶公路的災(zāi)害調(diào)查結(jié)果看,大部分次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生段都是在勘測設(shè)計中沒有發(fā)現(xiàn)或?qū)ζ浠顒右?guī)模估計不足的災(zāi)害點上。而且公路一旦建成,再進行改建與防護常常存在很多限制條件和困難,將大大增加公路建設(shè)投資。所以優(yōu)質(zhì)細致的勘測設(shè)計對公路建成后的抗災(zāi)能力、運營安全起著決定性作用。

通過分析這次汶川大地震的大量的公路地震次生地質(zhì)災(zāi)害的經(jīng)歷與以前的防災(zāi)實踐,對穿越地震帶的山區(qū)的公路的勘測設(shè)計工作要堅持加強地震安全性評估、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估,對通過地區(qū)可能線路進行詳細地質(zhì)調(diào)查,查明隱患,對可能災(zāi)害的致災(zāi)能力進行評估,堅持按地質(zhì)條件選線,并進行線路抗災(zāi)設(shè)計。線路走向與工程布置應(yīng)遵循如下防治對策:

(1)永久性工程應(yīng)盡量避開斷層和斷層交匯帶。實在不能完全避開時也應(yīng)以最短的距離通過。由于斷層破碎帶坡體具有散、硬、碎和強導水特點,目前還缺乏成熟的護坡經(jīng)驗。但有一點可以肯定:工程措施應(yīng)是開放性的,不能封閉堵水。坡面支擋工程基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)固層位,建議采用小口徑樁孔和錨桿格構(gòu)(可壓格柵網(wǎng))植灌木等方法因地制宜地配設(shè)。

(2)盡可能繞避新、老崩滑體,確實沒有繞避的平面空間,則應(yīng)考慮采用立面繞避,高切坡和高填方慎用并應(yīng)提高設(shè)防標準。

(3)公路跨越峽谷,寧橋勿涵,遇水設(shè)橋,改溝并溝慎行。

(4)可采用隧道、明洞通過塌方段。

(5)對于不能繞避或治理比繞避經(jīng)濟效益高的地段,根據(jù)危險性評估結(jié)果,進行治理,提高公路的抗災(zāi)能力,使其經(jīng)受地震相應(yīng)烈度時能滿足公路使用要求,維持生命線的暢通。

3.2 在建和已建山區(qū)公路地震次生地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)對策

對于目前在建和已建山區(qū)公路地震災(zāi)害防治的特點是線路的平面、剖面及各項工程均已建成,治理地震誘發(fā)的地震災(zāi)害遠不如新線建設(shè)時靈活自由,往往很小的一個滑坡、危巖或一條泥石流溝,也需付出相當昂貴的代價。根據(jù)汶川大地震中公路調(diào)查總結(jié)的經(jīng)驗和教訓,對于在建和已建成的處于山區(qū)的公路,采取的防治措施有:

(1)對既定線路進行及時回訪,補充或重新做既有線路的地震安全性評價和建設(shè)用地危險性評估工作,進行災(zāi)害詳細調(diào)查,評估災(zāi)害體(或潛在災(zāi)害體)的發(fā)展可能性,查明隱患。

(2)對發(fā)現(xiàn)的隱患點根據(jù)災(zāi)害體的致災(zāi)能力與公路構(gòu)筑物的抗災(zāi)能力的評價,以及通過工程措施可提高的抗災(zāi)能力評價,及時進行工程治理,削減地震中可能誘發(fā)災(zāi)害體規(guī)模和致災(zāi)能力,提高公路構(gòu)筑物的抗災(zāi)能力,確保在地震作用下的公路行車安全和暢通,確保公路在經(jīng)受地震后仍能滿足公路的基本使用功能。

(3)對無法通過提高公路構(gòu)筑物的抗災(zāi)能力的隱患點,堅決采用繞避改線或變換公路構(gòu)筑類型(如改線為橋、改橋為隧道、增加明洞等)等防治措施。

4 結(jié)論及建議

“5.12”汶川地震中公路地震次生地質(zhì)災(zāi)害破壞極為嚴重,從防災(zāi)的視角看,反映了我國西部地震區(qū)的山區(qū)公路建設(shè)尚有很多安全問題待探討。本文通過都汶路災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查,總結(jié)汶川大地震中地震次生地質(zhì)災(zāi)害分布特征以及對公路的破壞形式,根據(jù)震區(qū)公路的不同建設(shè)階段及運營階段的特點,針對已建、正在建、規(guī)劃建設(shè)中的震區(qū)的山區(qū)公路地震次生地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)的不同特點分別提出了防災(zāi)對策及建議,特別是在規(guī)劃建設(shè)階段就應(yīng)加強地震次生地質(zhì)災(zāi)害防范工作。

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DAMAGEON MOUNTAIN HIGHWAY CAUSED BY SECOND GEOLOGIC D ISASTERS TRIGGERED BY THEWENCHUAN EARTHQUAKE AND ITS PREVENTION

HUANG Xiaog-guang1,TANG Li-ping1,L IChao-an2
(1.Hydro-engineering Team of Sichuan Metallurgical Geology&Exp lo ration Bureau Chengdu 610501,China; 2.The Institute of Geologic Hazard Prevention of the South-west Research Institute of CREC,Chengdu 610031,China)

Based on investigation information about seigsmogenic second geologic disasters triggered by The Wenchuan Earthquake along Du-Wen highway,in this paper,the earthquake second geologic disaster distribution was studied and the category of highway damage was classed.A lso the seigsmogenic second geologic disaster p revention countermeasures for thismountain highway are discussed.

seigsmogenic geologic disasters;post-disaster damage survey at earthquake scene;disaster p revention countermeasure

P315;P694

:A

1006-4362(2010)02-0088-04

黃曉光(1975- ),男,漢,四川南充人,工程師,1995年7月至1999年7月桂林工學院畢業(yè),1999年7月至今在四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊工作,主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治、巖土工程工作。

2010-03-22改回日期:2010-04-22

“5.12”汶川特大地震災(zāi)后應(yīng)急排查項目