綜合指數(shù)評(píng)價(jià)在公路工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估中的應(yīng)用——以大冶市紅峰—黃金湖公路為例

羅志兵，王球勝，方立虎

(湖北省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)，湖北黃石 435000)

開(kāi)展建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，是有效預(yù)防、減輕或者避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)未來(lái)工程設(shè)施及其運(yùn)行環(huán)境直接危害和間接危害的一項(xiàng)主動(dòng)防災(zāi)措施。此項(xiàng)工作，對(duì)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)隱伏的重大地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，提供科學(xué)合理的地質(zhì)災(zāi)害防治措施和建議，以及指導(dǎo)建設(shè)項(xiàng)目安全實(shí)施和運(yùn)營(yíng)等方面均具有十分重要的意義［1-2］。

1 工程概況

大冶市紅峰—黃金湖公路起點(diǎn)位于大冶市還地橋鎮(zhèn)紅峰村，與大廣高速公路鐵山連接線(xiàn)相接，起點(diǎn)樁號(hào)K0+300．104。線(xiàn)路止于東風(fēng)農(nóng)場(chǎng)還黃公路，對(duì)接黃石(鐵山)—鄂州(東溝)公路，終點(diǎn)樁號(hào) K21+957．243。路線(xiàn)全長(zhǎng)21．657 km，其中21．140 km位于還地橋鎮(zhèn)，0．517 km位于東風(fēng)農(nóng)場(chǎng)。項(xiàng)目具體位置見(jiàn)圖1。

大冶市紅峰—黃金湖公路為一級(jí)公路。

2 公路沿線(xiàn)地質(zhì)環(huán)境條件

項(xiàng)目區(qū)屬典型的亞熱帶東亞大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，四季分明，雨量充沛。春季寒暖多變，夏季暖濕多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷少雨。年平均降水量1 406．6 mm，年際變化大，雨季多在5—9月。項(xiàng)目區(qū)區(qū)域位置處于長(zhǎng)江中下游平原區(qū)內(nèi)南部地區(qū)，瀕臨長(zhǎng)江，境內(nèi)河渠交錯(cuò)，湖泊、水塘較多，屬長(zhǎng)江水系。

項(xiàng)目所在地為平緩波狀起伏地形，屬構(gòu)造剝蝕丘陵崗地和侵蝕構(gòu)造沖湖積平原地貌，出露二疊系—第四系沉積巖，以及燕山期侵入巖。項(xiàng)目區(qū)軟土在K10+000～K21+957區(qū)間不連續(xù)分布，底面埋深在1．4～4．6 m，局部地段埋深24．7 m。軟土主要為淤泥或淤泥質(zhì)土，具有天然含水量高，孔隙比大，高壓縮性，承載力低及較顯著的蠕變性等不良地質(zhì)特點(diǎn)。

項(xiàng)目區(qū)地下水主要有第四系孔隙水、基巖風(fēng)化裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水。第四系孔隙水主要分布于河、湖的一級(jí)階地，賦存于第四系砂層、砂礫石層中?；鶐r風(fēng)化裂隙水主要賦存于砂巖、粉砂巖、礫巖、頁(yè)巖、硅質(zhì)巖類(lèi)、閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中。碳酸鹽巖巖溶裂隙水主要分布于碳酸鹽巖裂隙、溶隙之中，在碳酸鹽巖分布區(qū)普遍分布。

3 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及收集周邊地質(zhì)災(zāi)害資料統(tǒng)計(jì)分析，項(xiàng)目區(qū)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要有滑坡、崩塌及地面塌陷等三種。

3．1 滑坡

項(xiàng)目區(qū)在路線(xiàn)K6+800南60 m發(fā)育滑坡一處。該滑坡體平面形態(tài)為三角形，坡向345°，坡度約15°，滑坡前緣高程54 m，后緣高程68 m，高差14 m。長(zhǎng)約40 m，前緣寬40 m，平面面積約800 m2?；w厚約4～6 m，體積約4 000 m3。為小型土質(zhì)滑坡。

圖1 本項(xiàng)目位置示意圖Fig．1 Schematic diagram of position of local project

滑坡體主要由殘坡積粘土、粉質(zhì)粘土、碎石土構(gòu)成，為第四系土層滑坡。該滑坡主要為滑坡體前緣場(chǎng)地取土，開(kāi)挖坡腳及暴雨引發(fā)。

該滑坡距離擬建公路約60 m，雖規(guī)模小，但由于滑坡滑動(dòng)方向朝向擬建公路，且距離較近，滑坡危險(xiǎn)區(qū)將有可能涉及到公路建設(shè)影響區(qū)。因此滑坡對(duì)擬建公路構(gòu)成威脅，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大。

3．2 崩塌

項(xiàng)目區(qū)崩塌主要由于原鐵賀線(xiàn)改線(xiàn)段修路開(kāi)挖所引起，主要是小型的崩塌，以土質(zhì)邊坡崩塌為主，少量為巖質(zhì)邊坡崩塌掉塊，見(jiàn)表1。

表1 擬建公路沿線(xiàn)崩塌特征表Table 1 Feature list of collapse along planned highway

3．3 地面塌陷

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)路線(xiàn)K0+300～K10+000范圍內(nèi)，分布有大量新老煤礦，其中部分已關(guān)閉，部分還在開(kāi)采。采煤的特點(diǎn)是開(kāi)采水平及規(guī)模差異大，大多數(shù)為斜井式開(kāi)采。多期、多層開(kāi)采的結(jié)果使區(qū)內(nèi)形成大量新、老采空區(qū)，繼而引發(fā)地表變形破壞，形成了地面塌陷等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境造成巨大破壞，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。區(qū)內(nèi)的地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害主要情況如下。

(1)大冶市還地橋鎮(zhèn)松山村劉榨鋪塌陷(位于路線(xiàn)K3+000北東500 m處)。塌陷發(fā)生時(shí)間在1989年左右，1989—1990年處于高發(fā)期。塌陷區(qū)影響面積約0．09 km2。

(2)大冶市還地橋鎮(zhèn)紅光村上三角塘塌陷(位于路線(xiàn)K6+700南800 m處)。塌陷發(fā)生時(shí)間在1997年5月左右，1998年處于高發(fā)期，目前已經(jīng)停止。塌陷區(qū)影響面積約0．000 5 km2，區(qū)內(nèi)見(jiàn)有兩個(gè)塌陷坑。

(3)大冶市還地橋鎮(zhèn)煤礦村懷清水庫(kù)塌陷(位于路線(xiàn)K6+700南500 m處)。塌陷發(fā)生時(shí)間在1989年4月左右。1989年4月14日，原劉志安礦井21 m水平北東40°上山巷道進(jìn)入懷清水庫(kù)下(距庫(kù)底垂高14 m)誘發(fā)大面積塌陷，總面積達(dá)100 m×50 m，分布有10個(gè)塌陷坑，最大直徑5 m，深度2 m。塌陷導(dǎo)致水庫(kù)水下灌，并通過(guò)斷層將以南300 m原東風(fēng)煤礦淹沒(méi)，損失372萬(wàn)元。1993年3月 本區(qū)再次產(chǎn)生一個(gè)新塌陷坑。1996年4月附近又產(chǎn)生一個(gè)塌陷坑，直徑20～30 m，深度5～6 m。

(4)大冶市還地橋鎮(zhèn)煤礦村九樂(lè)門(mén)金盆水庫(kù)塌陷(位于路線(xiàn)K8+000南西500 m處)。塌陷發(fā)生時(shí)間在1980年8月左右，1991—1992年處于高發(fā)期，目前已經(jīng)停止。塌陷區(qū)影響面積約0．017 5 km2，區(qū)內(nèi)見(jiàn)有兩個(gè)塌陷坑。

4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

4．1 地質(zhì)災(zāi)害對(duì)公路的危害方式

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性與地質(zhì)的危險(xiǎn)性是兩個(gè)不同的概念:前者是指發(fā)育有潛在地質(zhì)災(zāi)害的地段在自然條件下或者是在工程建設(shè)的影響下，地質(zhì)災(zāi)害被誘發(fā)的概率;后者則是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后對(duì)環(huán)境或工程建設(shè)的破壞程度。不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程建設(shè)的危害程度是不同的。因此，地質(zhì)災(zāi)害可能性大小與其危險(xiǎn)性大小，并不是簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系［3］。

地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程建設(shè)的危害方式主要有兩種形式:漸進(jìn)式和突發(fā)式。對(duì)冒落地面塌陷、不均勻沉降等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)公路及運(yùn)營(yíng)安全的危害屬于漸進(jìn)式的，其發(fā)生發(fā)展是一個(gè)緩慢的過(guò)程;這種地質(zhì)災(zāi)害可以在其發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中予以補(bǔ)救和阻止，因此它的危害程度相對(duì)較輕;而巖溶地面塌陷、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)公路及運(yùn)營(yíng)安全的危害則是突發(fā)式的。這種地質(zhì)災(zāi)害必須在其發(fā)生前進(jìn)行預(yù)防和預(yù)測(cè)，其一旦發(fā)生則難以及時(shí)阻止，危害性大［4］。

4．2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的權(quán)重取值

不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)公路的危害程度不同，即使是同一類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)發(fā)育程度的不同，其危害程度也不同。需要對(duì)其賦予適當(dāng)?shù)臋?quán)重值，作為地質(zhì)災(zāi)害定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。如突發(fā)式的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大，其權(quán)重相應(yīng)就大。

為了便于計(jì)算和理解，可以將危險(xiǎn)性程度、權(quán)重等指標(biāo)統(tǒng)一到(0，1)區(qū)間。無(wú)危險(xiǎn)性為0，危險(xiǎn)性最大為1，權(quán)重指標(biāo)也類(lèi)似。根據(jù)不同類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害的危害程度大小，確定其權(quán)重，則可以得到不同類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害的權(quán)重因子體系(表2)。

表2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性權(quán)重表Table 2 Weight of geological disaster risk

4．3 地質(zhì)災(zāi)害綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

為了定量評(píng)價(jià)擬建公路的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大小，可按綜合指數(shù)法計(jì)算全線(xiàn)路的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大小，建立如下的綜合指數(shù)模型。

式中:Wi為某區(qū)段的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù);A為區(qū)段內(nèi)各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害可能性大小的集合;B為區(qū)段內(nèi)各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性權(quán)重的集合;m為區(qū)段內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型的個(gè)數(shù)。

將地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性大小分為小、中、大三個(gè)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)性指數(shù)為 0 ～0．25，0．25 ～0．50，0．50～1．00。

比如擬建公路K10+000～K14+338段，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型滑坡、崩塌、不均勻沉降等，其發(fā)生相應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害的可能性賦值為 A=(0．1，0．1，0．2)，相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性權(quán)重 B=(0．9，1，0．2)，則計(jì)算可得該地段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)為W2=0．23，即危險(xiǎn)性小。

類(lèi)似的，再通過(guò)線(xiàn)路長(zhǎng)度的加權(quán)平均，可以求得整個(gè)線(xiàn)路的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大小。經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià)和計(jì)算，擬建公路各路段地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)見(jiàn)表3。再經(jīng)線(xiàn)路長(zhǎng)度的加權(quán)平均，可以求得整個(gè)線(xiàn)路的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)為0．43。

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)方法可以在一定程度定量評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性大小，既可以分段評(píng)價(jià)，也可以總體評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果要比定性評(píng)價(jià)更精確，對(duì)于線(xiàn)路的勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、防治等，具有較大的指導(dǎo)意義。

表3 擬建公路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合指數(shù)評(píng)價(jià)表Table 3 Comprehensive evaluation index of geological disaster risk of planned highway

5 結(jié)語(yǔ)

擬建公路沿線(xiàn)地質(zhì)地形地貌變化較大，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，人類(lèi)工程活動(dòng)較多，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型也較多。

本次地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，將地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性劃分為漸進(jìn)式和突發(fā)式，并將地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性與其危險(xiǎn)性分別予以量化，應(yīng)用綜合指數(shù)方法定量地評(píng)價(jià)公路工程的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大小。

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果，比定性評(píng)價(jià)的結(jié)果更精確，對(duì)于公路的勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、防治等，具有較大的指導(dǎo)意義。

［1］ 張梁，張業(yè)成，羅元華，等．地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估理論與實(shí)踐［M］．北京:地質(zhì)出版社，1998．

［2］ 馬寅生，張業(yè)成，張春山，等．地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的理論與方法［J］．地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2004，10(1):7-18．

［3］ 張倬元，王士天，王蘭生．工程地質(zhì)分析原理［M］．北京:地質(zhì)出版社，1994．

［4］ 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局．區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查總則(試行):DD 2004-02［S］．北京:地質(zhì)出版社，2004．