地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估半定量方法在西安至安康增建第二線工程中的應(yīng)用

部瑞梅

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估是依據(jù)擬建工程在評估區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估的結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)所處地質(zhì)環(huán)境條件的差異及潛在的地質(zhì)災(zāi)害點的分布、對擬建工程的危險程度、危害程度，從而確定判別區(qū)段危險性的量化指標(biāo)，根據(jù)“區(qū)內(nèi)相似、區(qū)際相異”的原則，采用定性、半定量分析法，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性等級分區(qū)(段)[1]。筆者結(jié)合改建西安至安康鐵路增建第二線建設(shè)工程的地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作，選用綜合評估量化分析的方法，結(jié)合實際工程對綜合評估量化指數(shù)的原則、步驟和結(jié)果進(jìn)行了研究[2-8]，為以后山區(qū)的鐵路工程建設(shè)的地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估和危險性分區(qū)提供參考和借鑒。

1 評估工作概況[9]

1.1 工程概況

改建西安至安康鐵路增建第二線工程北起于隴海鐵路灞橋站，向南經(jīng)西安市灞橋區(qū)、長安區(qū)，在青岔以18.46 km特長隧道穿越秦嶺主脊——終南山，經(jīng)商洛市的柞水縣、鎮(zhèn)安縣，南抵安康市的旬陽縣，終點為襄渝鐵路的旬陽站，線路全長203.347 km，屬西安鐵路局管轄。全線共有橋梁工程32.063 km/70座，隧道工程106.713 km/61座，車站17處，擬建工程建設(shè)用地627.2 hm2。

1.2 調(diào)查與評估范圍和確定

擬建鐵路屬線狀工程，建設(shè)場地寬度一般為30～300 m(車站)，考慮沿線地質(zhì)環(huán)境條件屬于復(fù)雜類型，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，故調(diào)查的范圍一般以線路中線為準(zhǔn)，呈帶狀向兩側(cè)各擴展1 000 m，兩端延伸1 000 m，局部地段有針對性的擴大評估范圍，如泥石流發(fā)育地段，調(diào)查的范圍以查明其形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)的特征為準(zhǔn)，調(diào)查面積410 km2；評估的范圍以線路中線為準(zhǔn)，呈帶狀向兩側(cè)各擴展500 m，兩端延伸500 m，評估面積約180.66 km2(該評估面積不含已建成的終南山隧道)。

1.3 現(xiàn)狀評估

評估區(qū)內(nèi)主要發(fā)育崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷(包括巖溶塌陷和采空區(qū)塌陷)等4種地質(zhì)災(zāi)害，其中崩塌75處，危險性大的12處，中等的19處，小的44處；滑坡86處，危險性大的5處，中等的38處，小的43處；泥石流溝29條，危險性中等的14條，小的15條；巖溶塌陷3處、采空區(qū)塌陷1處，現(xiàn)狀致災(zāi)危險性均為小。

1.4 預(yù)測評估

路基工程遭受、加劇滑坡災(zāi)害危險性大的2處，遭受、加劇崩塌災(zāi)害危險性中等的2處，遭受、加劇地質(zhì)災(zāi)害危險性小的路段4處；路塹工程引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險性大的路段有10處(段)，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險性中等的路段12處(段)，其余9段路塹工程引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險性?。粩M建橋涵工程中有10座遭受、加劇地質(zhì)災(zāi)害危險性大，7座橋梁遭受、加劇地質(zhì)災(zāi)害危險性中等；擬建鐵路橋梁工程引發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害危險性大的有2處；擬建鐵路隧道工程遭受、加劇地質(zhì)災(zāi)害危險性大的有15處，分布在隧道的進(jìn)、出口段；遭受、加劇地質(zhì)災(zāi)害危險性中等的有9處。

2 綜合評估量化評分方法

地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估常采用定性分析法和半定量法兩種。半定量法依據(jù)評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件差異，采用量化指標(biāo)、結(jié)合定性分析結(jié)論進(jìn)行半定量評估，結(jié)論更符合客觀實際。與定性分析法相比，半定量分析法在量化指標(biāo)選取、各項指標(biāo)分值確定過程中，需綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點的分布密度，各種地質(zhì)災(zāi)點的危險程度、危害程度，以及山地環(huán)境地質(zhì)條件和由于擬建工程建設(shè)引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)條件改變等諸因素，因此，采用半定量方法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估，合理選擇量化指標(biāo)，客觀確定各指標(biāo)分值是影響地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估結(jié)論的關(guān)鍵[8]。

2.1 評估因子及取值的確定

該建設(shè)項目的綜合評估采用災(zāi)種量化評分、區(qū)段綜合分析的方法來確定區(qū)段的危險性級別。以擬建鐵路工程可能遭受、引發(fā)和加劇的地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種為主體，根據(jù)不同受災(zāi)對象及致災(zāi)對象后果取分。評估區(qū)現(xiàn)狀條件下發(fā)育有滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，而滑坡、人工邊坡失穩(wěn)、地面塌陷致災(zāi)損失最為嚴(yán)重，所以預(yù)測評估危險性級大時其權(quán)重則大，賦予最高分值10分；崩塌以小規(guī)模的危巖、落石和古崩塌堆積體失穩(wěn)為主，泥石流以中、低易發(fā)為主，在危險性大級別中其權(quán)重則中等，賦予8分分值；同一種災(zāi)點，按其治理的難易程度，易治理的取低分，治理難度大的取高分?，F(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度體現(xiàn)了評估區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度，當(dāng)災(zāi)點距離擬建線路較遠(yuǎn)時，則對擬建工程無危害，其權(quán)重則很小，地質(zhì)災(zāi)害也給予了較低分值1分，來體現(xiàn)評估區(qū)整體地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀發(fā)育狀況；對預(yù)測評估中工程建設(shè)本身可能引發(fā)的人工切坡危險性小時，距擬建工程較近應(yīng)占一定的權(quán)重，所以給予了3分的分值，來體現(xiàn)工程建設(shè)引發(fā)邊坡失穩(wěn)的危害程度；根據(jù)各災(zāi)種對增建第二線的危害性大小，反復(fù)對比、調(diào)整各災(zāi)種的危害程度的權(quán)重，確定出適宜本評估區(qū)的各災(zāi)種分值。根據(jù)各種地質(zhì)災(zāi)害對擬建鐵路工程的危害性大小，反復(fù)對比、調(diào)整，確定出適宜本評估區(qū)的各災(zāi)種分值，如表1所示。

表1 地質(zhì)災(zāi)害危險性分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2 評估方法與步驟

(1)根據(jù)擬建線路組成特點，并結(jié)合現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估結(jié)果，按擬建線路軸線方向每500 m、垂直方向線路兩側(cè)各500 m(評估范圍界限)劃分一個塊段單元，共劃分出364塊段個單元(線路兩端取整時不足500 m，并入相鄰一個單元)[2-6]，在每個單元里根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估、預(yù)測評估定性分析結(jié)果進(jìn)行危險性綜合評估。按照表1分值標(biāo)準(zhǔn)，單元塊中各災(zāi)種取最大的對應(yīng)分值，累加計算出塊段單元總分值，剖分單元綜合評估平均分值如圖1所示。

圖1 剖分單元綜合評估平均分值分布

(2)結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件、災(zāi)害組合情況和野外調(diào)查所見致災(zāi)程度，綜合分析，確定出擬建工程全線的綜合評估危險性分級界線。<5分， 地質(zhì)災(zāi)害輕微，綜合評估危險性小(Ⅰ級)；5～8分，地質(zhì)災(zāi)害較重，綜合評估危險性中等(Ⅱ級)；≥8分，地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，綜合評估危險性大(Ⅲ級)。

綜合評估危險性小區(qū)(Ⅰ級)分級界線值的確定，主要是考慮到山區(qū)鐵路的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀發(fā)育狀況，多種地質(zhì)災(zāi)害存在一個單元格內(nèi)，各種災(zāi)點又距擬建工程較遠(yuǎn)，對工程本身沒有影響，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整確定為小于5分。綜合評估危險性大區(qū)(Ⅲ級)分級界線值同樣考慮到加劇、引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害影響，確定為≥8分。

(3)根據(jù)以上危險性等級標(biāo)準(zhǔn)，先確定出各剖分單元的危險性等級，具體到每一個單元分值應(yīng)具體分析。

分區(qū)原則為：在綜合考慮地質(zhì)環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，劃分出的區(qū)段不能跨越差異大的2種地貌單元；將地質(zhì)災(zāi)害特征等級、危險性分值的大小相接近的單元格進(jìn)行合并，其中一種地質(zhì)災(zāi)害不得跨2個區(qū)段；綜合定量分區(qū)的級別要和評估區(qū)內(nèi)野外調(diào)查、綜合分析結(jié)果基本一致[2-6]。每個區(qū)段綜合評估分值為區(qū)段內(nèi)各個單元分值平均值，即：區(qū)段綜合評估分值=區(qū)段內(nèi)剖分單元分值總和/區(qū)段內(nèi)剖分單元數(shù)。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估結(jié)果

根據(jù)上述評估原則和方法，最終把評估區(qū)劃分危險性大、中、小3個級別43個區(qū)段。通過對分區(qū)結(jié)果分析，可以得出如下結(jié)果。

(1)地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，危險性大的(Ⅲ級)區(qū)段有12段，長度合計17.561 km，約占評估線路總長的9.72%，這些區(qū)段中首先位于隧道進(jìn)出口和橋臺，邊坡穩(wěn)定性差，有崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害點，工程建設(shè)引發(fā)、加劇并遭受崩塌、滑坡災(zāi)害危險性大和中等；其次是工程設(shè)置有深挖方路塹工程，形成人工高陡邊坡，邊坡失穩(wěn)危險性大的區(qū)段；三是區(qū)段內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布密度比較大，有幾種災(zāi)害的區(qū)段。這些區(qū)段總體上來說現(xiàn)狀條件下，地質(zhì)災(zāi)害比較發(fā)育，而工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境影響又比較嚴(yán)重，防治地質(zhì)災(zāi)害投入比較大，建設(shè)用地適宜性差。

(2)地質(zhì)災(zāi)害危害程度較大，危險性中等的(Ⅱ級)區(qū)段有10段，長度合計12.614 km，約占評估線路總長的6.98%；為地質(zhì)災(zāi)害比較發(fā)育，現(xiàn)狀和預(yù)測評估危險性中等的區(qū)段，地質(zhì)災(zāi)害點規(guī)模一般不大，防治措施比較簡單和防治經(jīng)濟投入比較小，建設(shè)用地基本適宜。

(3)地質(zhì)災(zāi)害危害程度輕微、危險性小的(I級)有21段，合計長度150.489 km，占評估線路長度的83.3%。主要位于渭河沖積平原，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育；或位于秦嶺山區(qū)的山體腹部，遠(yuǎn)離河岸，工程設(shè)置以長隧道為主，地面地質(zhì)災(zāi)害點對工程影響比較小，防治地質(zhì)災(zāi)害措施簡單，投入小，建設(shè)用地適宜。

從地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合分區(qū)評估結(jié)果可以看出，采用綜合評估量化分析方法要根據(jù)擬建工程地質(zhì)環(huán)境條件，綜合分析和研究各評價因子的綜合影響，同時要求對綜合評價結(jié)果與最主要的致災(zāi)災(zāi)種的分布具有良好的一致性。擬建工程建設(shè)項目地質(zhì)災(zāi)害危險性大和中等的區(qū)段所占比例很小，充分體現(xiàn)了山區(qū)鐵路地質(zhì)選線的顯著成績，選線設(shè)計繞避了重大地質(zhì)災(zāi)害點，使工程建設(shè)在不進(jìn)一步惡化地質(zhì)環(huán)境且有所改善的條件下順利實施，建設(shè)場地總體是適宜的。

3 結(jié)論

選用綜合量化評分的方法對改建西安至安康鐵路增建第二線工程地質(zhì)災(zāi)害危險性進(jìn)行了綜合評估，并根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行了危險等級的分段。通過實例分析，結(jié)論如下。

(1)綜合評估量化分析方法中的評價因子的確定，不但考慮到評估區(qū)內(nèi)對擬建工程有影響的現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害種類，同時還要考慮到工程建設(shè)本身引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型。本次實例中評價因子有滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷、人工切坡，前3個為現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害，后一個為引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

(2)評價因子的取值應(yīng)根據(jù)各因子的現(xiàn)狀致災(zāi)危險性和預(yù)測致災(zāi)害危險性的大小及其危害程度進(jìn)行合理的分配，各災(zāi)種的取值的合理性是通過各個因子最高等級分值之間的對比關(guān)系來確定，各因子的分值不僅要考慮各評價因子之間的協(xié)調(diào)性，還要考慮與所處的地質(zhì)環(huán)境條件相符，使得具有相同致災(zāi)危險性因素的最終取值基本相當(dāng)。

(3)危險性等級劃分依然根據(jù)國土資源部《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估技術(shù)要求(試行)》中的建設(shè)場地適宜性原則，取用Ⅲ級制，分別為危險性大(Ⅲ級)、危險性中等(Ⅱ級)及危險性小(Ⅰ級)。各等級界限分值的選取需考慮評估區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)災(zāi)害類型，如滑坡、崩塌、人工切坡等，同時依據(jù)每個單元格內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害種類及不同搭配組合的總評分值進(jìn)行綜合確定。

(4)采用各災(zāi)種量化法綜合評估時，量化指標(biāo)賦值重要突出的是地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)種以及不同種類的地質(zhì)災(zāi)害對擬建工程建設(shè)的影響程度，通過考慮影響指標(biāo)的具體賦值體現(xiàn)出其影響的強度，使綜合評估結(jié)果有理有據(jù)；綜合評估結(jié)論與評估區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件、擬建工程類型、工程建設(shè)本身對地質(zhì)環(huán)境條件影響相互匹配一致，符合實際。

當(dāng)然，僅以改建西安至安康鐵路增建第二線的山區(qū)鐵路工程為例對綜合量化評分方法進(jìn)行的應(yīng)用實踐，所得出的結(jié)論也不一定具有普遍的適用性，隨著各地對半定量方法的實踐應(yīng)用和深入的理論研究，使地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估的依據(jù)更科學(xué)、規(guī)范。

[1] 中華人民共和國國土資源部.地質(zhì)災(zāi)害危險性評估技術(shù)要求(試行)[S].北京:中華人民共和國國土資源部，2004．

[2] 陜西省公路勘察設(shè)計院.阿(榮旗)北(海)西部大通道陜西境柞水至小河段高速公路建設(shè)工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報告[R].西安:陜西省公路勘察設(shè)計院，2004．

[3] 王國良.層次分析法在地質(zhì)災(zāi)害危險性評估中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2006(9):286-288．

[4] 劉江波.建設(shè)項目地質(zhì)災(zāi)害危險性評估分區(qū)定量方法研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2006．

[5] 鄧亞虹，彭建兵，盧全中，林鴻州.地鐵工程地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估定量方法—以西安地鐵為例[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2009(3):291-294．

[6] 韓華，避保衛(wèi)，朱國祥，孫卜楠.公路地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估方法探討[J].公路交通科技，2005(S2)．

[7] 贠小蘇，等.國家重大工程建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害危險性評估理論和實踐[M].北京:地質(zhì)出版社，2008．

[8] 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.改建鐵路西安至安康段增建第二線工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報告[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2007．

[9] 鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京:中國鐵道出版社，1999．

[10] 邱成友.環(huán)境工程地質(zhì)問題與鐵路工程[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，1997(4):27-30．

[11] 苗德海.宜萬鐵路巖溶隧道災(zāi)害及防治對策[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(7):96-99．

[12] 羅元華，張梁，張業(yè)成.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估方法[M].北京:地質(zhì)出版社，1988．