論安徽省高等級公路地質(zhì)構(gòu)造選線

楊鳳偉，王劍鋒

(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011)

1 概述

設(shè)計山區(qū)和水網(wǎng)圩區(qū)高等級公路，由于其工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計人員如仍按照傳統(tǒng)的“選線地質(zhì)”理念進(jìn)行路線選線，公路施工過程中可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境工程地質(zhì)問題的幾率將大大增加，導(dǎo)致設(shè)計變更和工程造價的大幅度增加，同時也給后期公路的運(yùn)營安全留下較多隱患。

長期以來很多設(shè)計單位在公路工程地質(zhì)勘察中對路線地質(zhì)勘察的重視程度不高。這不僅有實(shí)踐上的原因，也有“地質(zhì)選線”理論不夠系統(tǒng)、公路工程地質(zhì)勘察等規(guī)范規(guī)定不明確等原因。本文總結(jié)了我們在公路工程地質(zhì)勘察中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，就如何在設(shè)計周期、勘察資源投入有限的前提下做好“地質(zhì)構(gòu)造選線”作些探討[1-2]。

2 地質(zhì)構(gòu)造對工程的影響

2.1 節(jié)理

節(jié)理對工程的影響：1)節(jié)理破壞了巖體的完整性，使巖體的穩(wěn)定性降低，降低了巖石的承載能力；2)隧道、邊坡以及相關(guān)工程在進(jìn)行開挖、支護(hù)等活動時，節(jié)理將會發(fā)生擴(kuò)展演化，降低圍巖、巖體的穩(wěn)定性；3)節(jié)理不利組合可造成邊坡楔形體破壞、節(jié)理組合可形成危巖；4)節(jié)理為大氣和水進(jìn)入巖體內(nèi)部提供了通道，易形成巖體風(fēng)化帶，增強(qiáng)了巖體的透水性，加快可溶巖的溶蝕，且往往儲水；5)節(jié)理的存在有利于挖方采石，但影響爆破作業(yè)的效果。

2.2 斷層

斷層對工程的影響主要有以下幾個方面：1)大多數(shù)情況下，斷層面兩側(cè)一定寬度范圍內(nèi)的巖體破碎，沿斷層破碎帶易形成風(fēng)化深槽及巖溶發(fā)育帶，降低了巖體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，對場地的穩(wěn)定性影響極大。2)斷層破碎帶常為儲水場所和地下水的良好通道，給地下工程帶來涌水事故隱患。3)斷層上、下盤巖石的性質(zhì)一般不同，跨越其間的建筑物可能因不均勻沉降而產(chǎn)生破壞。4)在新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈的地區(qū)，有斷層可能有活動性，甚至有產(chǎn)生地震的可能性，這給其附近的工程帶來極大的安全隱患?；顒有詳鄬訉こ痰挠绊懹校篴.活斷層的地面錯斷直接危害跨越該斷層的建筑物；b.伴有地震發(fā)生的活斷層，強(qiáng)烈的地面震動對較大范圍內(nèi)的建筑物造成損害[3]。

2.3 褶皺

褶皺對工程的影響：1)褶皺核部。是巖層強(qiáng)烈變形的部位，在背斜的頂部和向斜的底部發(fā)育拉張裂隙，這些裂隙將巖體切割成塊狀，破壞了巖石的完整性，弱化了巖石的工程性質(zhì)，同時裂隙為地下水的運(yùn)移提供了通道。2)褶皺翼部。往往形成單斜巖層，容易產(chǎn)生順層滑動，特別是當(dāng)巖層中存在軟弱夾層，且?guī)r層傾向與臨空面方向一致時。

2.4 構(gòu)造體系

研究構(gòu)造體系對于區(qū)域地殼穩(wěn)定性和重大工程場地及地基穩(wěn)定性評價都有現(xiàn)實(shí)意義。

2.5 巖層構(gòu)造

2.5.1 沉積巖的層理、地層接觸關(guān)系

研究沉積巖的層理在工程上的意義，重點(diǎn)是研究巖層產(chǎn)狀對工程的影響。當(dāng)兩種不同沉積巖巖層接觸，其接觸面較陡時會造成工程穩(wěn)定性問題，因為巖層接觸面一般都是軟弱結(jié)構(gòu)面。另外，不整合接觸關(guān)系是劃分地層單位的依據(jù)之一；不整合接觸面也是地下水儲聚的有利場所。

2.5.2 變質(zhì)巖的殘余層理構(gòu)造、新生成層構(gòu)造

研究變質(zhì)巖巖層的構(gòu)造，應(yīng)從變質(zhì)巖層殘余原生構(gòu)造和次生構(gòu)造兩個方面考慮：

1)原生成層構(gòu)造保存完好或較為完好的變質(zhì)巖層區(qū)應(yīng)力求建立原生沉積地層系統(tǒng)，并按原生沉積巖層產(chǎn)狀研究對工程的影響。

2)在變質(zhì)程度深和混合巖化變質(zhì)雜巖里，應(yīng)該按新生成層構(gòu)造研究對工程的影響。具有劈理的變質(zhì)巖劈理面產(chǎn)狀在工程上有重要意義，類似層理面。

2.5.3 巖漿巖的地層接觸關(guān)系

對于巖漿巖地質(zhì)構(gòu)造的研究，主要研究巖漿巖和圍巖的接觸關(guān)系。巖漿巖和圍巖的接觸面一般都是軟弱結(jié)構(gòu)面，在工程上的意義較大。

3 根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造選線

3.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造選線

區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)選線，主要是根據(jù)區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造的部位和走向，即安徽省的深大斷裂、臺褶帶等區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造形跡線的走向，確定路線的走向。一般在規(guī)劃、可行性研究階段和初步設(shè)計階段進(jìn)行。

路線走向，一般選擇與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造形跡呈大角度相交或垂直，避開幾個構(gòu)造體系的復(fù)合部位。這樣有利于公路工程的穩(wěn)定。如必須平行深、大斷裂，應(yīng)盡量離深、大斷裂線遠(yuǎn)一些，且不適宜在逆斷層的上盤迂回展線；路線不宜在傾斜巖層順向坡上平行通過；對于褶皺，不宜從褶皺軸部通過，宜以與褶皺軸向有較大交角(宜大于30°)通過，且通過背斜時的穩(wěn)定性優(yōu)于向斜。

宣城至涇縣高速公路建設(shè)工程位于安徽省宣城市西部區(qū)域，是連接宣城市區(qū)與涇縣縣城的高速通道。公路工可階段選線貫徹了地質(zhì)構(gòu)造選線的原則。建設(shè)區(qū)域江南深斷裂與路線走向幾近平行，地質(zhì)構(gòu)造選線建議選擇距離江南深斷裂較遠(yuǎn)的方案，并建議推薦公路路線走廊帶盡量距離江南深斷裂遠(yuǎn)一些；建設(shè)區(qū)域周王至木鎮(zhèn)深斷裂為近東西向，與路線相交，地質(zhì)構(gòu)造選線建議公路路線盡量與其大角度或垂直相交；路線走廊帶經(jīng)過一處背斜山體，地質(zhì)構(gòu)造選線建議路線不從褶皺核部經(jīng)過而從褶皺西翼通過。

3.2 場地穩(wěn)定性地質(zhì)選線

3.2.1 考慮巖層構(gòu)造、節(jié)理選線

一般情況下，路線平行經(jīng)過單斜面狀巖層構(gòu)造路段時，宜選擇在面狀巖層構(gòu)造逆層一側(cè)，避免路塹、邊坡在工程實(shí)施中形成順層滑坡；當(dāng)路線與單斜面狀巖層構(gòu)造相交時，宜垂直或與巖層走向呈大角度(30°)斜交，這樣有利于邊坡穩(wěn)定。

但以上規(guī)則不能一概而論。在巖性堅硬、巖體完整，巖層間緊密接觸、無軟弱夾層的巖層中開挖邊坡，在適當(dāng)?shù)钠侣氏逻吰乱彩强梢苑€(wěn)定的，不會形成順層滑坡。對于逆層邊坡，也不是什么情況下均可以穩(wěn)定。當(dāng)巖石風(fēng)化程度高、巖性軟時及節(jié)理發(fā)育、巖體的完整性差時，巖體的穩(wěn)定性主要取決于邊坡的坡率和防護(hù)；節(jié)理不利組合可造成邊坡楔形體破壞、節(jié)理組合可形成危巖。

山區(qū)公路定線應(yīng)充分考慮在設(shè)線后誘發(fā)并加劇巖體邊坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性，在考慮巖石力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)、邊坡坡率的基礎(chǔ)上，綜合巖層構(gòu)造、巖石節(jié)理發(fā)育狀況，謹(jǐn)慎地確定路線的線位和采取的工程措施[4-5]。

黃山至千島湖高速公路武陽段工可階段線位在大洲源河右岸。在初步設(shè)計階段勘察發(fā)現(xiàn)線位處巖層走向平行于線位，巖石傾向與切坡順層，此處巖石為千枚巖、中薄層粉砂巖，層間結(jié)合差，公路實(shí)施后如工程措施不到位易發(fā)生順層滑坡。為了確保安全、減少投資，地質(zhì)選線建議將線位調(diào)整至大洲源河左岸。邊坡工程建設(shè)期間揭露發(fā)現(xiàn)巖層與坡向逆坡或大角度相交，未發(fā)生工程質(zhì)量問題，證明此次地質(zhì)選線建議是合理的[6-8]。

國道330寧國市胡樂鎮(zhèn)至皖浙界仁里村段沿溝谷布線，溝岸兩側(cè)為陡峭的山崖，巖性為震旦系細(xì)砂巖、粉砂巖，巖石堅硬～較硬，中厚層狀，巖層產(chǎn)狀為225°∠34°，層間結(jié)合緊密。公路改建工程如沿溝谷左側(cè)展線，形成的邊坡雖然是逆坡，但切坡的巖層層次比較多，巖石中節(jié)理與巖層面不利組合多，雖然坡體整體穩(wěn)定，但坡體崩塌和落石較多，對公路運(yùn)營安全形成較大的威脅；如沿溝谷右側(cè)展線，形成的邊坡雖然是順坡，但巖層層間結(jié)合緊密，巖性堅硬，合適坡率下難以形成順層滑坡，由于巖石中節(jié)理與巖層面不利組合少，形成邊坡后崩塌和落石少，有利于公路的安全。因此公路路線地質(zhì)選線時建議從山谷的右側(cè)通過。

隧道位置的選擇應(yīng)考慮巖層層理、劈理、軟弱夾層、不同巖性的接觸帶的物理性質(zhì)及層間結(jié)合面、接觸面等的物理力學(xué)性質(zhì)。層狀結(jié)構(gòu)面走向與隧道軸向正交是最好的布置形式。層狀結(jié)構(gòu)面走向與隧道軸向斜交，應(yīng)使隧道軸向與巖層走向間夾角α>30°或垂直隧道軸向的巖層視傾角β<20°。若隧道軸向必須與巖層平行或呈小角度(<30°)斜交時，應(yīng)選在巖性較好的層狀巖體中，結(jié)合層狀結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)，研究順層滑動、不均勻地層壓力和偏壓等問題。在巖漿巖與沉積巖、變質(zhì)巖的接觸之處，由于巖體節(jié)理發(fā)育、破碎，地下水易于聚集，隧道開挖時易產(chǎn)生塌方、偏壓和涌水，這時隧道位置選擇原則與斷層的選擇原則相同。

3.2.2 考慮構(gòu)造體系選線

幾個構(gòu)造體系的復(fù)合部位，如交匯處，構(gòu)造系統(tǒng)往往彼此聯(lián)系，形成復(fù)雜的構(gòu)造體系，褶皺、斷裂發(fā)育，巖層構(gòu)造變動強(qiáng)烈，巖體破碎，不宜在此設(shè)置橋、隧等重要構(gòu)造物。褶皺、斷裂構(gòu)造的特征點(diǎn)處，如端點(diǎn)、拐點(diǎn)、交叉點(diǎn)等處，構(gòu)造變動強(qiáng)烈，巖體破碎，有的還有活動性，不宜在此設(shè)置橋、隧等重要構(gòu)造物。

宣城至涇縣高速公路建設(shè)工程工可階段B路線方案路線正好經(jīng)過區(qū)域性深斷裂周王深斷裂與江南深斷裂的交匯帶，且此位置設(shè)置為橋梁。從地質(zhì)構(gòu)造選線角度，不推薦B路線方案。

3.2.3 考慮斷層選線

對于穩(wěn)定的非活動斷層，因斷層破碎帶和兩側(cè)巖體的性質(zhì)一般不同且不均勻，跨越其間的橋梁可能因不均勻沉降而產(chǎn)生破壞，因此應(yīng)盡量通過合理布置墩臺位置，避開斷層的影響；無法避開時，應(yīng)合理確定基礎(chǔ)形式，滿足地基抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性要求，同時考慮加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)措施。選擇隧道位置時應(yīng)盡力避開沿斷裂破碎帶走向布置，不易避開時應(yīng)采用隧道軸線與斷裂走向線垂直或有較大的交角(>30°)通過。當(dāng)隧道必須從斷裂帶附近平行斷裂帶走向通過時，應(yīng)選在受斷裂影響較輕微的一盤，距破碎帶一定距離的較完整的巖層中通過。

省道217旌德至長安段改建工程經(jīng)過績溪大斷裂。沿斷裂巖石破碎，角礫巖化、糜棱巖化，破碎帶寬數(shù)米至數(shù)十米。原公路與斷裂相交處為較高的邊坡。此處經(jīng)常發(fā)生滑坡、崩塌，雖經(jīng)抗滑樁處理仍然不穩(wěn)定。公路改建在地質(zhì)構(gòu)造選線時建議將線位改到河對岸的灘地上，以橋梁和路基形式通過，避免在斷裂處形成邊坡。工程建成后運(yùn)行良好，此段再沒發(fā)生過滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

3.2.4 考慮褶皺選線

隧道不宜選在與向斜軸線重合位置，實(shí)在避不開時，則宜以與向斜軸向有較大交角通過。選擇隧道位置時，背斜的穩(wěn)定性優(yōu)于向斜[9]。

宣城至涇縣高速公路建設(shè)工程工可階段推薦路線K41+500～K47+600處為一背斜，軸向55°，地質(zhì)構(gòu)造選線建議路線不宜從褶皺軸部通過，建議從褶皺西翼通過，與褶皺軸向相交時以較大交角(宜大于30°)通過。

4 結(jié)語

本文論述了地質(zhì)構(gòu)造對公路工程的重要影響，總結(jié)了在公路工程地質(zhì)勘察構(gòu)造選線的經(jīng)驗和教訓(xùn)，通過實(shí)例驗證，對今后山區(qū)公路工程地質(zhì)勘察選線提供了參考。