在建高速公路危巖崩塌風險評估*

戴德江 譚子書 王思榮 張位華 周 娟

(1.貴州省公路工程集團有限公司 貴陽 550001； 2.貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550081)

西部地區(qū)地勢起伏大、崇山峻嶺、峽谷深切，公路建設普遍存在滑坡、破碎帶、堆積體、崩塌等不良地質問題，邊坡安全風險問題突出。邊坡工程安全風險評估是防、減、治災的基礎，是降低邊坡災害損失的有效途徑。崩塌災害因發(fā)生時間不確定、崩落速度極快、主要沿垂直方向墜落的特點，可在較短的時間內造成巨大的危害，給人民的生命和財產(chǎn)安全帶來極大威脅[1-2]。

近年來，國內外工程及學術界日益重視邊坡安全風險管理評估和管理決策方法的研究，但邊坡設計安全風險評估一直未受重視。在公路邊坡風險管理方面，我國交通運輸部在2014年頒布了《高速公路路塹高邊坡施工安全風險評估指南》(試行)[3]，將高速公路路塹高邊坡施工安全風險評估列為強制程序；中國工程建設標準化協(xié)會于2019年發(fā)布了T/CECS G:E70-01-2019 《在役公路邊坡工程風險評價技術規(guī)程》[4]，用來指導運營公路邊坡風險評估。在設計、施工和運營過程中，邊坡災害承災對象及其成災模式有較大的不同，將面對不同的風險事件及可能性，需在邊坡工程全壽命周期的各階段開展差異化的風險評估和風險調控[5]。針對設計階段如何開展邊坡風險評估，尤其是危巖體崩塌風險評估，目前還未頒布任何指導性標準。

貴州省興義環(huán)城高速公路項目區(qū)地形條件差，全線共65座橋梁，其中峰林特大橋全長1 150.293 m，梁上部結構為主跨550 m單跨簡支鋼桁梁懸索橋，是中國山區(qū)第一座大跨徑鋼-混疊合梁懸索橋。峰林特大橋萬屯岸危巖體分布廣泛，危巖體W5位于舊屋基隧道出口及峰林特大橋橋臺上方，在暴雨、施工、震動等作用下可能會發(fā)生崩落，存在安全風險。本文采用指標體系法對峰林特大橋危巖體W5開展設計階段安全風險評估，為橋梁建設及運營安全提供保障。

1 地質概況

1.1 地形地貌

峰林特大橋橫跨馬嶺河，橋位處為“V”形河谷，兩岸地形坡度36°～71°。萬屯岸地形陡直，基巖裸露，發(fā)育有W4、W5 2處危巖體，危巖體與下部構造物位置關系圖見圖1。

圖1 W4、W5危巖體與下部構造物位置關系

岸坡自然臨空面方向為271°，為反傾斜坡。

1.2 危巖體特征

危巖體W5位于橋梁右側約7～55 m陡崖一帶，巖性為三疊系中統(tǒng)楊柳井組中厚～厚層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀88°∠12°，卸荷裂隙發(fā)育。根據(jù)巖體受卸荷裂隙切割情況，將危巖體W5分為W5-1和W5-2兩部分，危巖體斷面圖見圖2。

圖2 危巖體W5斷面圖

W5-1位于W5-2外側，受卸荷裂隙L1(產(chǎn)狀270°∠88°、最大張開度2 cm、切割深度20～30 m)切割剝離形成長6～10 m，厚5～10 m，高40～60 m的危巖體，方量約4 000 m3；W5-2被卸荷裂隙L2(產(chǎn)狀270°∠86°、最大張開度2 cm、切割深度25～35 m)切割與母巖剝離，形成長5～15 m、厚5～11 m、高50～70 m，方量約7 000 m3。

1.3 危巖體穩(wěn)定性

危巖體W5形狀鼓凸，三面臨空，臨空面高度超60 m，有向3個方向崩塌的風險。W5-1、W5-2被卸荷裂隙L1、L2切割形成深達25～35 m的連續(xù)貫通面，危巖體靠基座與少量母巖相連。根據(jù)穩(wěn)定性計算結果，危巖體W5處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在地震、暴雨、人為活動等作用下易發(fā)生滑移式或傾倒式崩塌，對下方峰林特大橋施工及后期運營構成較大安全威脅。

1.4 危巖治理方案

由于危巖體下方為已經(jīng)貫通的舊屋基隧道出口及正在施工的峰林特大橋，對其完全清除將對已施工完成的構造物造成破壞，故擬采用對危巖體加固的方案。

1) 被動防護。清除危巖體表面零星“凸”狀危石及已經(jīng)松動的孤石；危巖體下方設置被動防護網(wǎng)，底部設置落石消能槽，防止落石越過被動防護網(wǎng)。

2) 主動加固。對已經(jīng)發(fā)生虧坡破壞的危巖采用C20片石混凝土進行嵌補；嵌補后的坡面設置預應力錨索，加固基座，危巖體中下部設置預應力錨索，防止既有貫通面向下部巖體擴展；對危巖體裂隙采用灌漿封閉。

2 崩塌災害發(fā)生概率等級評價

公路全壽命周期不同階段風險管理的對象、目標和影響有很大的不同。設計階段風險評估可為確定工程對策、施工監(jiān)控及資金投入等后續(xù)工作提供參考。本文采用指標體系法對危巖體W5開展設計階段安全風險評估。

風險評估應進行全面的風險源識別，建立評價指標體系。每個邊坡工程及不同的災害類型都有其特定的危險源，確定評估指標體系是風險評估的基礎和關鍵。根據(jù)已有研究成果，建立了設計階段崩塌災害發(fā)生概率評估指標體系，見表1。

表1 設計階段崩塌災害發(fā)生概率評估指標體系

在工程實踐中，指標的選擇應避免重復和片面，普適性的風險評估指標體系難以適應區(qū)域邊坡工程實踐的需要。根據(jù)影響危巖體穩(wěn)定性的主要因素并結合工程實際，從眾多指標中提取對危巖體W5起控制作用的因素，建立適用于危巖體W5的風險評估指標體系，見表2。

表2 危巖體W5崩塌災害發(fā)生概率評估指標體系

每一項指標評判等級為4級，隨著危險性增加，分值逐漸增大，分別為0～24、25～49、50～74及75～100。將危巖體W5的特征提取后與表中的指標體系對照，根據(jù)評分準則得出各項指標分值。

根據(jù)危巖體實際情況，對評估指標按重要性從高到低進行排序，根據(jù)指標體系法計算各指標權重系數(shù)，得出指標重要性排序及評分見表3。得到危巖崩塌風險發(fā)生概率等級見表4。根據(jù)表4判定危巖崩塌發(fā)生概率等級為3級。

表3 危巖崩塌風險評估指標重要性排序及概率分值

表4 危巖崩塌風險發(fā)生概率等級

3 崩塌災害發(fā)生后果等級評價

崩塌災害后果涉及人員傷亡、穩(wěn)定影響、環(huán)境影響、經(jīng)濟影響、工期延誤、功能缺失等方面，評價采用1～5逐步嚴重的5個等級，當多種后果同時產(chǎn)生時，采用就高原則判定。設計階段承災體的識別是基于現(xiàn)狀調查及建設過程和建成之后邊坡影響區(qū)的虛擬分析，即來源于潛在危害區(qū)內現(xiàn)有和施工過程中投入的人、設備和設施的估計和運營過程中構筑物分布、交通量及其相關環(huán)境經(jīng)濟影響的預測[6]。危巖體W5發(fā)生崩塌災害的后果主要考慮橋梁施工階段的人員傷亡及對橋梁結構物的影響。根據(jù)危巖體W5運動規(guī)律數(shù)值模擬結果，W5發(fā)生崩塌后大部分落石將到達橋面，且在到達橋面時仍有較大動能和轉動速度，會對橋梁結構物造成比較嚴重的撞擊和破壞，并可能造成人員傷亡。經(jīng)專家調查分析，危巖崩塌后果嚴重等級確定為3級。

4 危巖崩塌風險等級及管控措施建議

危巖崩塌風險大小為風險發(fā)生概率和風險發(fā)生后果嚴重程度的組合。在進行設計階段安全風險等級判定時，從風險發(fā)生概率等級和風險發(fā)生后果等級兩方面采用矩陣法進行綜合判定。其判斷標準見表5。

表5 危巖崩塌災害風險等級判斷標準

根據(jù)表5顯示，危巖體W5發(fā)生崩塌災害的風險等級為III級(高風險)，風險基本不可接受。

根據(jù)風險等級，應實施削減風險的應對措施，加強勘察設計、咨詢及重點監(jiān)測等。具體提出如下風險控制建議。

1) 開展施工前專項風險評估?！陡咚俟仿穳q高邊坡施工安全風險評估指南》(試行)對象為開挖施工的路塹邊坡，評價指標對危巖體處治施工適用性不強。根據(jù)采取的處治措施，除了參照《高速公路各塹高邊坡施工安全風險評估指南》(試行)對預應力錨固施工發(fā)生事故的可能性進行評價之外，還應對危石清除、消能槽、腳手架等施工作業(yè)進行評價。

2) 加強信息法施工和監(jiān)測預警。危巖體母巖為中厚層狀白云巖，整體受風化作用顯著，人為活動等作用下可能發(fā)生局部崩落，施工期間對人員及設備存在安全隱患。建議對危巖體地表位移及卸荷裂隙發(fā)展情況、危巖體傾斜情況等進行監(jiān)測，必要時開展錨索應力監(jiān)測。

5 結語

公路邊坡設計安全風險評估工作是公路邊坡災害全過程風險評估的關鍵環(huán)節(jié)之一，是完善公路工程安全風險管理體系的一項措施。本文以實際工程為例，有針對性地建立崩塌發(fā)生概率評價指標體系，對高速公路邊坡危巖體進行設計風險評估，得出風險等級，并提出控制建議措施。

1) 公路全壽命周期不同階段危巖體風險管理的對象、目標和影響有很大的不同，設計階段風險評估主要是為確定工程對策、施工監(jiān)控及資金投入等后續(xù)工作提供參考，但還缺乏指導性標準。

2) 根據(jù)現(xiàn)有研究成果及相關規(guī)范，歸納總結了設計階段危巖崩塌發(fā)生概率指標，包括4個一級指標和23個二級指標。

3) 選取有針對性的評價指標對依托工程崩塌發(fā)生概率進行了評價，并根據(jù)崩塌周邊環(huán)境條件得出災害后果等級，根據(jù)矩陣法得出危巖體風險等級為III級。根據(jù)風險接受準則，建議開展施工前專項風險評估，并加強信息法施工和監(jiān)測預警，保障施工人員和設備的安全。