公路沿線危巖崩塌風險定量評估
——以甘肅S306沿線磨石咀崩塌為例

畢銀強，唐亞明，張茂省，徐 永，馮 衛(wèi)

（1.西北大學地質(zhì)學系，大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，國土資源部黃土地質(zhì)災害重點實驗室，陜西西安 710054）

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公路沿線危巖崩塌風險定量評估
——以甘肅S306沿線磨石咀崩塌為例

畢銀強1，2，唐亞明2，張茂省2，徐 永2，馮 衛(wèi)2

（1.西北大學地質(zhì)學系，大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069；
2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，國土資源部黃土地質(zhì)災害重點實驗室，陜西西安 710054）

摘 要：危巖崩塌是山區(qū)常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，嚴重威脅著山區(qū)公路交通運輸安全和城鎮(zhèn)居民生命財產(chǎn)安全。以甘肅S306省道地質(zhì)災害較為發(fā)育的禮縣段的磨石咀崩塌為例，借鑒國際地質(zhì)災害風險評估和管理體系，通過野外調(diào)查并結合交通流量調(diào)查對磨石咀崩塌進行定量風險評估。公路沿線危巖崩塌風險評估流程大致包括確定評估范圍、危險性及危害后果分析、風險評估以及風險管理等方面。對磨石咀崩塌的評價結果為個人最大風險P（LOL）=6.30×10-9/年，在容許風險范圍之內(nèi)。最后針對公路沿線危巖崩塌提出了風險減緩措施。

關鍵詞：公路；危巖崩塌；定量；風險評估；磨石咀崩塌

0 引言

近年來，隨著工程建設的不斷推進，人為誘發(fā)的地質(zhì)災害不斷加劇，從而使地質(zhì)災害評估工作成為一項必要且十分迫切的工作。在地質(zhì)災害風險評估與管理領域，國外學者已有多年經(jīng)驗和許多成功做法?！八街梢怨ビ瘛?，分析和借鑒國外先進經(jīng)驗與做法對我國地質(zhì)災害研究具有重要意義。

1990年美國交通運輸部以地形特征、地質(zhì)概況、氣象水文、巖塊尺寸及崩塌規(guī)模、崩塌歷史等為因子，提出了一套針對公路崩塌落石的風險評估方法（RHRS），并將此方法用于俄勒岡州等地的公路崩塌落石風險評估［1］。加拿大溫哥華舉行的滑坡風險管理國際會議上提出的滑坡風險管理理論框架目前在國際上應用最為廣泛，代表了目前滑坡風險評估與管理指南的發(fā)展水平［2-3］。國內(nèi)關于線狀工程的地質(zhì)災害風險評估方面的研究也有不少。葉金文等對國內(nèi)外現(xiàn)有自然災害風險形成機理、評估方法及技術應用進行了綜述［4］。齊洪亮等將GIS技術和模糊綜合評價法相結合用于中國公路地質(zhì)災害危險性區(qū)劃中［5］。邱英建立了以切坡引發(fā)或遭受滑坡為主的地質(zhì)災害危險性評估的專家評分模型［6］。李飛以GIS技術為基礎，采用層次分析法對甘孜州公路沿線地質(zhì)災害進行了等級劃分［7］。之后，許多學者將AHP-模糊綜合評價法應用于山區(qū)公路地質(zhì)災害危險性評價中［8-10］。此外，唐亞明等從風險管理的框架入手，系統(tǒng)地總結了有關滑坡風險管理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和方法體系［11］。

綜上，定性評價法和部分定量風險評價法已在公路和鐵路地質(zhì)災害風險管理方面普遍應用，但基于風險分析以及風險評估的國際地質(zhì)災害風險評估與管理體系而進行的崩塌定量風險評估，國內(nèi)鮮有人為，特別是涉及到人員傷亡問題上。因此，基于國際地質(zhì)災害風險評估與管理體系，以 S306線禮縣段的磨石咀崩塌為

1 風險評估方法與流程

國際地質(zhì)災害風險管理方法［2］首先是通過野外調(diào)查確定評估范圍，其次根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件、崩塌特征以及交通流量調(diào)查等進行崩塌危險性分析及危害后果分析，再次利用所獲取的數(shù)據(jù)對崩塌進行風險計算以及評估，最后針對風險評估結果提出相應的減緩風險措施。

1.1 確定評估范圍

為確保風險評估是針對某一相關問題，事先確定評估范圍至關重要。因此，必須理清以下內(nèi)容：（1）評價的對象。是評價單體崩塌、線狀工程（如公路、鐵路、管道沿線等）崩塌群，還是整個區(qū)域性的崩塌風險評價；（2）崩塌的影響范圍；（3）對人員死亡或財產(chǎn)損失風險進行單一評估，還是綜合評估；（4）估算崩塌發(fā)生概率和危害后果的方法；（5）是進行定量分析還是進行定性分析；（6）風險容許標準的確定。

1.2 危險性分析

危險性分析是指識別和表征崩塌，并估算其相應發(fā)生概率的過程，包括崩塌特征（分類、大小、結構、位置以及運移距離等）分析以及崩塌發(fā)生概率分析。

（1）崩塌特征主要根據(jù)野外調(diào)查進行描述及分析，然后對崩塌體作出定性的風險評估。

（2）崩塌發(fā)生概率的確定首先需統(tǒng)計某一線狀工程內(nèi)的崩塌數(shù)量以及每年發(fā)生崩塌的次數(shù)，然后計算出線狀工程內(nèi)每一個崩塌處平均每年崩塌事件的發(fā)生次數(shù)，最后根據(jù)崩塌對線狀工程表面的影響計算出每天在不同路面崩塌的平均概率（NR）。

1.3 危險后果分析

（1）識別承載體和量化承災體。崩塌的承災體包括崩塌影響范圍內(nèi)的人口、建筑物、工程設施、基礎設施、交通工具、環(huán)境以及經(jīng)濟活動等。

（2）估算承災體的時空概率。時空概率（P（S：T））是指災害發(fā)生時，承載體在災害影響區(qū)內(nèi)的概率。對于崩塌體下流動的交通工具及司乘人員而言，其時空概率就是他們一年內(nèi)通過該崩塌體下道路的時間比例，理論計算公式為：

式中：Nv為交通工具的數(shù)量（輛/天）；L為交通工具的平均長度（m）；Vv為交通工具的速度（km/h）。

（3）估算承災體的易損性。易損性（V（D：T））是在崩塌影響范圍內(nèi)，一個承載體或多個承載體受破壞或損害的程度，其值介于0到1之間，主要包括人員死亡和財產(chǎn)損失兩個方面。人員的易損性通常是假設人員在崩塌體或者崩塌所處的路線上人員死亡的概率。財產(chǎn)的易損性與崩塌體規(guī)模、承載體所處位置以及崩塌碎塊運移距離的大小有關。

1.4 風險計算

風險估算是風險分析的重要組成部分。通常財產(chǎn)風險的計算公式為［2］：式中：R（prop）為財產(chǎn)年損失；P（L）為崩塌發(fā)生概率；P（T：L）為崩塌到達承災體的概率；P（S：T）為承災體時空概率；V（prop：S）為承災體易損性；E為承災體價值。

人員死亡風險的計算公式為［2］：式中：P（LOL）為個人年死亡概率；V（D：T）為人員易損性，其余含義同上。式（2）和式（3）是崩塌風險分析的理論基礎，體現(xiàn)了確定風險大小的求解過程，也體現(xiàn)了條件概率的邏輯關系。

而線狀工程不同通道i上行駛的人員死亡的年最大風險概率（Pi（LOL））［2］為：

式中：Pi（S）為i通道崩塌危險度，其余含義同上。

1.5 風險評價

崩塌風險評價可分為財產(chǎn)損失風險評價、個體生命風險評價和群體生命風險評價三種，具體評價方法及評價標準見文獻［11］，此處不再贅述。風險評價的最終目的在于將風險計算或估算的結果值與風險容許值相比較，從而決定該風險是可接受的、可容許的，還是不可接受的。

1.6 風險減緩和控制

根據(jù)風險評價結果，需要提出相應的風險減緩方法。崩塌風險減緩方法通常包括減小風險發(fā)生的概率和減輕風險發(fā)生的后果等措施。減小風險發(fā)生概率的措施包括固定巖塊、噴射混凝土、以合理的方式去除松動的巖土塊、用網(wǎng)格保護斜坡、挖集水溝等。減輕風險發(fā)生后果的方法包括減少車輛通過崩塌公路段的概率（比如遇強降雨時，盡量將公路封閉等）。此外，也應該通過公眾教育宣傳、公開風險信息，讓大眾和投資者關注可容許的風險，避免高估實際施工中所能達到的安全水平。

2 崩塌風險定量評估實例

2.1 確定評估范圍

評估范圍為甘肅S306省道禮縣段磨石咀崩塌（圖1），位于禮縣縣城秦漢大道東端北側(cè)、磨石村西側(cè)約350m，地處由隴南東部進入禮縣縣城的咽喉要道，該崩塌嚴重威脅著過往車輛和行人的生命財產(chǎn)安全。本文將估算在S306公路禮縣段上行駛的人員的風險，且只考慮巖石直接墜落的影響。

2.2 崩塌危險性分析

（1）崩塌體特征分析

為了評價磨石咀崩塌，需要對整個S306公路禮縣段沿線進行調(diào)查，調(diào)查結果顯示，該段地質(zhì)災害較為發(fā)育，主要地質(zhì)災害類型為巖質(zhì)崩塌，具有沿公路線狀分布的特點，在公路上有176處是路塹陡坡建設，并且多數(shù)未進行防風化、侵蝕處理，輕微的振動將會導致上部石塊墜落。

磨石咀崩塌位于禮縣縣城至羅家堡S306省道左側(cè)，處于西漢水右岸一級階地與基巖山體交接處，屬于基巖崩塌隱患點。崩塌體長約22m，寬約135m（圖 1），面積約為 2870m2，體積約為5740m3。坡高7～13m不等，平均坡度為67°，坡向170°。

地層巖性主要是泥盆系中統(tǒng)西漢水群紫色粉砂質(zhì)板巖夾粉砂巖，上覆薄層第四系晚更新統(tǒng)殘破積物（圖2）?；鶐r風化面為灰白色，較堅硬，呈厚層狀，單層厚度約為0.8～2.0m，節(jié)理裂隙發(fā)育，并且遭受風化嚴重致使基巖破碎，崩塌物呈碎塊狀，自然落于坡腳，形成倒石堆。

致災機理可解釋為：S306省道修建中有切坡行為，致使山體巖石裸露地表，風化嚴重，加之降雨、地震等影響，巖石碎塊沿著軟弱結構面從上部母巖脫離，崩塌落石較為發(fā)育，且大都未予支護，崩塌堆積物會阻塞交通，崩落有擊傷行人車輛的危險，且多分布于S306、S208省道及各類鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路沿線，尤其在近幾年新修道路一側(cè)時有發(fā)生。

目前雖然斜坡坡體巖土體較為疏松，但綜合分析地質(zhì)背景和承災體的因素，野外調(diào)查對該崩塌定性風險評價結果為基本穩(wěn)定。然而在強降雨、地震等誘發(fā)因素下仍有發(fā)生崩塌的可能性，應予以特別注意。

（2）崩塌發(fā)生概率分析

S306省道禮縣段總長約81.986km，2014—2015年期間沿線共發(fā)現(xiàn)39起崩塌事件（只計算碎屑到達路面的崩塌），集中發(fā)生在強降雨之后。崩塌平均寬度為65m，因此對于公路上每一個路塹處，平均每年有0.015起崩塌事件發(fā)生。所有路塹處的地形、地質(zhì)和氣候條件大致相同。根據(jù)崩塌對公路表面的影響，估算出從陡坡上落下的石塊有60%對北邊（靠近路塹處）路面有影響，10%對南邊路面有影響。公路上總共有176處路塹，每年總共有 2.64次崩塌事件，說是每天0.007次，在北邊路面的崩塌平均概率（NR1）= 0.6×0.007=0.0042/天，南邊路面（NR2）=0.1× 0.007=0.0007/天。

2.3 崩塌危害后果分析

（1）識別承載體

本文中所考慮的承災體包括行人、交通工具以及所載人員。

（2）確定承載體的時空概率

承載體的時空概率通過交通流量調(diào)查來確定，并且該項調(diào)查采用人工計數(shù)法，調(diào)查時間為2015年7月17日6：30至21：30，調(diào)查以30分鐘為一個區(qū)間，實地連續(xù)調(diào)查記錄15個小時通過S306公路的車型及其交通流量。調(diào)查結果顯示，在此公路通過的車輛大多為小客車。此外，綜合考慮時間、地點及其他影響因素，擬合得到了其他時間段的交通流量，擬合曲線見圖3。由圖3可知，一天交通流量高峰期在9：30～10：00、14：00 ～14：30和19：30～20：30等幾個時間段；而且根據(jù)擬合結果可以得到S306禮縣段一天交通流量約為7355輛。

因此，對每一個通道來說，每天平均車流量為3677輛，平均車長為5m，行駛速度為60km/h，忽略崩塌碎塊的尺寸，將這些數(shù)據(jù)代入式（1），可得到：

對每一條通道：

對一個特定的交通工具在一天單向行駛一次：

（3）確定承災體的易損性

據(jù)以往資料以及野外調(diào)查判斷，估算交通工具內(nèi)人員易損性，北邊通道V1（D：T）為0.40，南邊通道V2（D：T）為0.15。

2.4 崩塌風險計算

本文僅進行人員死亡的年風險概率的估算，將上述數(shù)據(jù)代入公式（4）可得在公路不同通道i上行駛的人員死亡的年最大風險概率為：

（1）北邊通道

（2）南邊通道

綜上，人員死亡的最大風險總概率P（LOL）為6.30×10-9/年。按照所統(tǒng)計的交通流量數(shù)據(jù)，假定每輛交通工具內(nèi)平均乘坐2個人，則年總風險概率為3677×2×6.30×10-9/年 =4.63×10-5人/年。

2.5 崩塌風險評價

目前國際上還沒有一個通用的由于崩塌引起的個體生命風險的容許標準，Leroid等總結了現(xiàn)有的一些國家或組織頒布的個體生命容許標準［12］。本文采用澳大利亞地質(zhì)力學學會（AGS）和香港特別行政區(qū)政府（HKSAR）共同建議的個人生命風險容許標準（表1）。由表1可知已存在的工程邊坡的容許個人年最大風險為1×10-4/年，本文所得個人最大風險P（LOL）=6.30×10-9/年，在容許風險范圍內(nèi)。

表1 建議的個人生命風險容許標準［12］Tab.1 Suggested tolerable risk criteria

2.6 崩塌風險管理措施

雖然目前對該崩塌的評價結果在容許范圍之內(nèi)，但是在強降雨、地震以及車流量變大等外界條件下，仍有一定的危險，尤其是在車流量比較高的時間段內(nèi)。綜合考慮到當?shù)氐慕?jīng)濟條件、社會環(huán)境等因素，建議的風險減緩方法包括以合理的方式去除松散的巖土塊，并結合公眾宣傳教育，在甘肅S306公路沿線增設崩塌指示牌，在車流量高峰期以及強降雨等極端天氣情況下安排專職人員提醒車輛、行人快速通過等。

3 結論

（1）甘肅S306省道磨石咀崩塌風險為個人最大風險P（LOL）=6.30×10-9/年，根據(jù)澳大利亞地質(zhì)力學學會（AGS）和香港特別行政區(qū)政府（HKSAR）共同建議的個人生命風險容許標準，在容許風險范圍內(nèi)。

（2）雖然目前對磨石咀崩塌的評價結果在容許范圍之內(nèi)，但是在強降雨和地震等外界條件下，仍有一定的危險，尤其是在交通流量比較大的時間段內(nèi)，應加強對S306路段路塹的處理力度以及安全提示工作。

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中圖分類號：U418.5

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8047（2016）02-0035-06

收稿日期：2016-03-15

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局二級項目（121201011000150018）

作者簡介：畢銀強（1992—），男，碩士研究生，從事工程地質(zhì)及地質(zhì)災害調(diào)查研究。

通訊作者：唐亞明（1973—），女，博士，教授級高工，從事地質(zhì)災害調(diào)查研究。例，通過野外調(diào)查及交通流量調(diào)查對該段公路沿線的崩塌落石進行定量風險評估，并提出了相應的風險緩解措施。

The Quantitative Risk Assessment for Perilous Rockfall of Cut Slope along Road——A Case Study on the Moshiju Rockfall in Gansu along S306

Bi Yinqiang1，2，Tang Yaming2，Zhang Maosheng2，Xu Yong2，F(xiàn)eng Wei2
（1.State Key Laboratory of Continental Dynamics；Department of Geology，Northwest University，Xi’an，Shaanxi，710069，China；2.Xi’an Center of Geological Survey，China Geological Survey；Key Laboratory for Geo-hazards in Loess Area，MLR，Xi’an，Shaanxi，710054，China）

Abstract：The perilous rockfall is one of the major adverse geological phenomena in the mountainous area，and seriously threatens the safety of transportation in mountainous area and people’s lives and property.Taking the Moshiju rockfall in Lixian County along S306 in Gansu as example，and combining international risk assessment and management system of geological disaster，we assess it by quantitative risk assessment with the field survey and the traffic volume survey.The quantitative risk assessment process of perilous rockfall of cut slope along road generally includes：determining the range of assessment，risk and hazard consequence analysis，risk assessment and risk management.The total probability of death for the person most at risk is 6.30×10-9/annum，the risk is within the tolerable limit.Finally，we propose risk mitigation measures for perilous rockfall of cut slope along road.

Keywords：road；perilous rockfall；quantitative；risk assessment；Moshiju rockfall