映汶高速公路地震次生災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)

陳謀 李樹(shù)鼎 殷強(qiáng) 王軍

【摘要】文章通過(guò)對(duì)映秀至汶川高速公路沿線震后地質(zhì)次生災(zāi)害的調(diào)查分析，介紹了設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中有關(guān)防災(zāi)減災(zāi)的處治思路和采用的防護(hù)技術(shù)，總結(jié)了在極重災(zāi)區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。

【關(guān)鍵詞】高速公路; 地震次生災(zāi)害; 防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)

【中國(guó)分類(lèi)號(hào)】U416.1+62【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

映汶高速公路位于四川省阿壩州汶川縣境內(nèi)，起于映秀，經(jīng)銀杏、桃關(guān)、草坡、綿虒、玉龍，止于汶川縣南側(cè)。映汶高速是國(guó)家西部開(kāi)發(fā)省際公路通道蘭州至云南磨憨公路的重要組成部分，是《四川省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃》中成都至馬爾康、成都至蘭州高速公路的共用段。

“5·12”汶川特大地震誘發(fā)滑坡、泥石流、崩塌、飛石等次生地質(zhì)災(zāi)害，給區(qū)域內(nèi)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和交通基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)致命的毀壞。映秀至汶川沿線實(shí)際地震烈度達(dá)9～11度。本項(xiàng)目是災(zāi)后重建工程的重點(diǎn)項(xiàng)目，是極重災(zāi)區(qū)的“生命通道”工程。

1 沿線主要地震次生地質(zhì)災(zāi)害[1]

由于受“5·12”汶川8.0級(jí)地震影響，岷江兩岸（映汶高速公路工可線位）兩側(cè)各1.2 km范圍共有災(zāi)害點(diǎn)213處。主要為滑坡與不穩(wěn)定斜坡，崩塌區(qū)（危巖、落石、巖堆），泥石流，堰塞湖與河流沖蝕等。

（1）滑坡：路線走廊兩側(cè)共發(fā)育滑坡及不穩(wěn)定斜坡69處，多數(shù)滑坡均已產(chǎn)生滑動(dòng)，是該線路區(qū)影響較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。

（2）崩塌區(qū)（危巖、落石及崩滑體）：測(cè)區(qū)崩塌分布較多，共發(fā)育崩塌84處;且崩塌、落石在施工期間發(fā)生較為頻繁、影響較為嚴(yán)重。

（3）泥石流：強(qiáng)震后的滑坡崩塌等為泥石流的形成提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源。沿線共發(fā)育泥石流溝38處。泥石流災(zāi)害震后幾年影響最為嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。尤其是2010年“8·14”映秀特大山洪泥石流、2011年“7·03”高家溝泥石流災(zāi)害、2013年“7·10”山洪泥石流災(zāi)害，對(duì)沿線G213國(guó)道與在建的映汶高速公路均造成了重大破壞，影響到災(zāi)區(qū)人民的通行安全。

（4）堰塞湖與河流沖蝕：滑坡、崩塌與泥石流等于坡腳堆積，造成河道阻塞、水位上升而淹沒(méi)公路;河道壓縮致使湍急的水流沖毀路基等等諸多次生災(zāi)害，大型泥石流災(zāi)害引發(fā)的堰塞湖，更是淹沒(méi)民房、公路，造成嚴(yán)重的二次破壞。

2 地震次生災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)原則

2.1 公路震害調(diào)查與科研成果總結(jié)[1]

總結(jié)沿國(guó)道213線公路震害及次生地質(zhì)災(zāi)害，結(jié)合震后專項(xiàng)科研成果，有如下認(rèn)識(shí)：

（1）隧道抗震能力強(qiáng)。G213線映秀至汶川段全部7座隧道的實(shí)地調(diào)查，除部分隧道進(jìn)出口有帽石脫落、崩塌巖體堵塞洞口等問(wèn)題外，隧道洞身均完好。

（2）走廊沿線次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況岷江東岸明顯弱于西岸，次生地質(zhì)災(zāi)害分布有規(guī)律可循，通過(guò)路線選擇可以基本做到繞避大型次生地質(zhì)災(zāi)害，總體上適合映汶高速的修建。

2.2 防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)原則[1][3]

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)條件復(fù)雜、路線走廊唯一的特點(diǎn)，決定了本項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)與一般的公路工程設(shè)計(jì)應(yīng)有很大的區(qū)別。映汶高速公路工程的防災(zāi)減災(zāi)工作應(yīng)遵循以下原則：

（1）認(rèn)真總結(jié)震后公路災(zāi)害調(diào)查與國(guó)內(nèi)外重建的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，尊重自然、科學(xué)規(guī)劃，確定合理可行的防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)“可知性、可治性、技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性”。

（2）加強(qiáng)多部門(mén)聯(lián)動(dòng)，集中相關(guān)專業(yè)的技術(shù)力量參與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、評(píng)估和設(shè)計(jì)工作。

（3）國(guó)土部門(mén)震后啟動(dòng)了沿線多條大型泥石流溝谷的綜合防治工程，路線布設(shè)與災(zāi)害防治措施應(yīng)充分利用相關(guān)成果。工程棄渣應(yīng)合理?yè)竦亍⒕C合處治，避免產(chǎn)生新的次生災(zāi)害。

（4）設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)思路，根據(jù)新的地質(zhì)災(zāi)害情況，不斷完善優(yōu)化防護(hù)措施。

（5）將走廊內(nèi)公路有機(jī)結(jié)合、建設(shè)綜合應(yīng)急保通體系。于高速公路、國(guó)道213線、便道等之間設(shè)置應(yīng)急轉(zhuǎn)換通道。

3 地震次生災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)

3.1 路線防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)

路線的選擇是本項(xiàng)目防災(zāi)減災(zāi)工作的關(guān)鍵。映汶高速貫徹“安全選線”“地質(zhì)選線”“避大治小”的原則進(jìn)行選線。

（1）分段有針對(duì)性選線。① 映秀至草坡段。該段重點(diǎn)在于對(duì)次生地質(zhì)災(zāi)害的避讓，主要采取隧道群為主，集合橋梁多次換岸、繞避重大地質(zhì)災(zāi)害;該段隧道比例達(dá)70.6 %，橋梁比例達(dá)17.3 %。② 草坡至止點(diǎn)。該段為U形河谷，地形相對(duì)寬緩，“5·12”地震次生災(zāi)害較小，但受茂汶主斷裂及分支斷裂影響較大;設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于合理避開(kāi)斷層，減小與沿線規(guī)劃的干擾。

（2）隧道軸線選擇：重點(diǎn)在于選擇安全性好、綜合處治難度小的隧道洞口。

（3）橋位選擇：震害調(diào)查表明，垮塌的橋梁中絕大多數(shù)是由地震次生災(zāi)害造成的。橋位選擇工程場(chǎng)地條件好、次生災(zāi)害不嚴(yán)重的位置作為橋址。草坡至汶川段橋位盡可能避開(kāi)活動(dòng)斷層，無(wú)法避開(kāi)時(shí)以大交角跨越。

線位經(jīng)過(guò)多次比較與優(yōu)化后，對(duì)路線有影響的地質(zhì)災(zāi)害減少，有影響的崩塌區(qū)有23處、泥石流溝共10處、小型滑坡體有2處，均可通過(guò)工程措施治理。

3.2 路基斜坡的防災(zāi)減災(zāi)措施

路基具有易修復(fù)、易保通等特點(diǎn)，但受斜坡上的次生災(zāi)害影響嚴(yán)重，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施。映汶高速路基斜坡次生災(zāi)害防護(hù)措施如下：

（1） 對(duì)于存在卸荷裂隙、必須開(kāi)挖的高陡巖質(zhì)邊坡，設(shè)置框架錨桿與抗震錨索措施加強(qiáng)坡面防護(hù)。

（2）對(duì)于存在卸荷裂隙、存在危巖與落石危害的高陡巖質(zhì)邊坡，采用清除危巖、懸石，危巖區(qū)設(shè)置主動(dòng)網(wǎng)、加固錨桿等主動(dòng)防護(hù)措施。

（3）沿線有個(gè)別原穩(wěn)定堆積體填方或接長(zhǎng)明洞后存在滑動(dòng)的情況，采取增設(shè)抗滑樁或抗滑擋墻等支擋措施，確保結(jié)構(gòu)物與坡體穩(wěn)定。

（4）崩塌落石是工程建設(shè)中發(fā)生頻率大、威脅大、處治難度大的災(zāi)害。根據(jù)對(duì)崩塌落石危害程度的分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采用對(duì)應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)措施，以控制殘余風(fēng)險(xiǎn)在合理范圍之內(nèi)。由地震形成的崩塌巖堆體范圍不大且距離路線較近時(shí)，可于線外設(shè)置攔石墻，然后對(duì)坡體恢復(fù)綠化;當(dāng)易崩塌、碎落的邊坡坡腳距路基邊溝較遠(yuǎn)時(shí)，在邊溝外側(cè)設(shè)置攔石墻，并與自然坡形成落石槽。對(duì)高陡邊坡坡面仍堆積大量松散堆積體，危巖分布廣，經(jīng)常產(chǎn)生崩塌、落石路段，首先考慮繞避，不能繞避的采用柔性防護(hù)（主動(dòng)網(wǎng)、被動(dòng)網(wǎng)、引導(dǎo)型防護(hù)網(wǎng)等）、鋼軌格柵、棚洞等進(jìn)行防護(hù)。如綿虒鎮(zhèn)過(guò)境段，由于受綿虒規(guī)劃影響，路線傍山布設(shè)，而內(nèi)側(cè)山體為孟家槽崩塌區(qū)，設(shè)計(jì)于坡腳采用在填方路基上設(shè)置連拱矩形明洞方式通過(guò)（圖1）。福堂隧道出口存在高位崩塌與泥石流災(zāi)害，采用充分利用洞渣填方形成平臺(tái)，再延長(zhǎng)隧道明洞，將橋隧相連，盡可能減少災(zāi)害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物的影響。

3.3 沿河岸坡與水位抬升段的防災(zāi)減災(zāi)措施

震后幾年來(lái)，歷次大型泥石流均堵塞岷江、形成堰塞湖災(zāi)害;而大量的松散物質(zhì)逐漸堆積坡腳，淤積河床，造成水位上升，其抬升速度與趨勢(shì)也是超乎以往認(rèn)識(shí)的。岷江在洪水期正變得越來(lái)越可怕，給兩岸的民房、公路，都造成嚴(yán)重的破壞。

3.3.1 岸坡防沖蝕防護(hù)措施

（1）在河道較寬闊與順直段落，對(duì)路線范圍內(nèi)臨河岸坡采用設(shè)置防沖護(hù)腳與實(shí)體護(hù)坡防護(hù)。

（2）狹窄路段的臨河路基，一般均設(shè)置浸水路肩墻或路堤墻，擋墻基礎(chǔ)置于沖刷線以下1.0 m位置處，基礎(chǔ)開(kāi)挖困難段落，采用樁基承臺(tái)基礎(chǔ)處理（圖3）。

3.3.2 受河床抬升與堰塞湖影響的連山村段防災(zāi)措施

2010年“8·14”泥石流災(zāi)害期間，幸福購(gòu)泥石流堵塞岷江，形成堰塞湖，淹沒(méi)上游連山村段橋梁與路基施工場(chǎng)地。連山村段河床多年淤積，加之2011年“7·03”泥石流災(zāi)害期間、上游高家溝泥石流大量物質(zhì)淤積，該段河床抬升嚴(yán)重，達(dá)4～5.5 m，形成洪水接近在建的連山村特大橋梁體（圖4）。

（1）泥石流堆積體、邊坡崩塌體淤塞河道、壓縮河床是造成水位上漲、沖蝕破壞的主要原因。設(shè)計(jì)對(duì)部分重點(diǎn)段落采用了枯水季節(jié)清除壅塞河道堵塞體，提高河道過(guò)流能力。并協(xié)調(diào)水利部門(mén)、建議其加大對(duì)該段河道疏浚工作。

（2）抬升幸福溝至連山村段路線縱坡3 m，在已建橋梁承臺(tái)上加高橋梁，對(duì)原有路基結(jié)構(gòu)物進(jìn)行加高（圖3）。

3.4 隧道洞口的防災(zāi)減災(zāi)措施

雖然在路線選擇上已盡可能綜合選取安全性好的隧道洞口位置，但由于本項(xiàng)目地質(zhì)極重災(zāi)區(qū)，主線的8個(gè)隧道，16個(gè)洞口中幾乎都存在不同程度的次生地質(zhì)災(zāi)害，主要災(zāi)害為危巖落石與崩塌巖堆，個(gè)別存在小型坡面泥石流（表1）。

3.4.1 洞口上方危巖與落石的防護(hù)措施

洞口上方危巖主要對(duì)施工期間施工安全與后期運(yùn)行安全造成危害。根據(jù)本項(xiàng)目洞口上方危巖分布高度與發(fā)育情況、結(jié)合處治難度與工程造價(jià)，主要采取主動(dòng)防護(hù)與被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的處治方式。

（1）首先對(duì)洞頂可實(shí)施范圍的危巖與懸石進(jìn)行清除。

（2）對(duì)主要危巖區(qū)采用主動(dòng)網(wǎng)或掛網(wǎng)噴漿等主動(dòng)防護(hù)，在斜坡上設(shè)置多重被動(dòng)網(wǎng)進(jìn)行被動(dòng)防護(hù);落石嚴(yán)重且有條件洞口斜坡上設(shè)置攔石墻，與被動(dòng)網(wǎng)結(jié)合，組成較強(qiáng)的攔擋體系。確保項(xiàng)目施工與運(yùn)營(yíng)期間安全（圖5、圖6）。

（3）存在危巖與落石災(zāi)害的洞口均加長(zhǎng)隧道明洞，明洞回填緩沖層等可靠有效的安全措施，保證運(yùn)營(yíng)安全。

（4）為防洞頂落石，洞門(mén)多采用環(huán)框式洞門(mén)，部分洞口地形偏壓嚴(yán)重的采用單壓明洞或者單壓半明洞（反壓回填后暗挖）通過(guò)。

3.4.2 隧道洞口段坡面泥石流處治措施

部分隧道位于地震崩塌的巖堆中，上方為崩坡積斜坡。在雨季，由于山高坡陡，匯水面積大、水流急，洞口上方極易形成坡面泥石流。尤其是桃關(guān)1號(hào)隧道進(jìn)口段坡面泥石流幾乎年年發(fā)生，多則上千方，少則幾百方，對(duì)洞口危害極大。現(xiàn)有攔石墻后已經(jīng)堆滿落石與泥石流堆積物。

與路線大角度相交的泥石流，設(shè)計(jì)主要采用加長(zhǎng)隧道明洞，兩幅之間全部用片石圬工等回填成M”型，加強(qiáng)對(duì)小型泥石流的緩沖淤積作用與路線洞體的抗沖作用，較大泥石流則保證其能順利通過(guò)洞身。與路線平行或小角度相交的泥石流，設(shè)計(jì)主要采用加長(zhǎng)隧道明洞，路線外側(cè)設(shè)置攔擋壩，加強(qiáng)對(duì)泥石流的攔擋與引流排導(dǎo)作用，確保路線運(yùn)行安全。

3.5 橋梁的防災(zāi)減災(zāi)措施

沿線橋梁均設(shè)置在岷江河谷，映秀至草坡段河谷較為狹窄，地質(zhì)災(zāi)害分布密度大，橋梁受地震次生地質(zhì)災(zāi)害影響較大。主要地震次生災(zāi)害為泥石流、危巖落石、堰塞湖和河流石塊沖擊墩柱等（表2）。

3.5.1 橋梁通過(guò)泥石流溝谷防護(hù)措施

（1）橋梁跨越泥石流溝谷時(shí)，盡可能采用高橋位，確保橋下凈空，橋下設(shè)置排導(dǎo)槽，保證橋梁行洪斷面。

（2）橋梁跨徑寧大勿小;橋臺(tái)盡量采用重力式橋臺(tái)。如映秀互通段均采用一孔50 m橋跨越洪椿溝（曾發(fā)生8·14映秀特大泥石流）。溝中必須設(shè)墩時(shí)，應(yīng)設(shè)置防撞墩。

3.5.2 橋位段危巖落石防護(hù)

按照路基斜坡防災(zāi)措施，加強(qiáng)對(duì)橋位上方危巖與落石的防護(hù)等級(jí)，若飛石威脅橋面，采用于橋上設(shè)置輕型鋼棚洞;若斜坡滾石威脅橋墩，主要緩臺(tái)設(shè)置被動(dòng)網(wǎng)或攔石墻、墩前設(shè)置防撞墩等防護(hù)措施。

3.5.3 墩柱防撞防護(hù)

震后大量塊碎石淤積河道，河道壓縮致使水流湍急，夾雜塊石對(duì)橋梁墩柱形成較大威脅。設(shè)計(jì)采用設(shè)置鋼護(hù)筒等措施進(jìn)行防護(hù)。

4 結(jié)論

“5·12”汶川大地震對(duì)公路的損害是前所未有的，特大地震一年后在極重災(zāi)區(qū)進(jìn)行高速公路建設(shè)也是無(wú)任何現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可借鑒，目前映汶高速主體工程已建成通車(chē)。通過(guò)該項(xiàng)目，總結(jié)山區(qū)高速公路防災(zāi)減災(zāi)處治思路與效果，有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）省政府建立了部門(mén)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，統(tǒng)一規(guī)劃，分工負(fù)責(zé)，落實(shí)公路重大災(zāi)害防治工作。項(xiàng)目勘設(shè)與實(shí)施過(guò)程中，地方政府與國(guó)土部門(mén)、水利部門(mén)等部門(mén)積極參與，提供了強(qiáng)有力的支持。

（2）設(shè)計(jì)采用了大量的防災(zāi)減災(zāi)措施;但由于地質(zhì)環(huán)境差、余震與次生災(zāi)害仍可能會(huì)發(fā)生;需要我們根據(jù)新的地質(zhì)災(zāi)害情況，按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)思路，不斷完善優(yōu)化防護(hù)措施。

（3）震后極重災(zāi)區(qū)進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具有一定的超前意識(shí)。尤其是充分考慮到震后岷江河床淤積引起水位升高問(wèn)題與地震次生災(zāi)害的多發(fā)性、嚴(yán)重性?？傮w設(shè)計(jì)與防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到路線安全性、整體抗災(zāi)能力水平、施工與運(yùn)行期全過(guò)程的防災(zāi)減災(zāi)成本等。

（4）公路與國(guó)土部門(mén)有關(guān)泥石流防治標(biāo)準(zhǔn)不一致。均過(guò)于強(qiáng)調(diào)降雨概率，較少考慮災(zāi)害影響分級(jí)。如映秀洪椿溝泥石流處治，國(guó)土部門(mén)正常防治標(biāo)準(zhǔn)為25年一遇降雨水平，實(shí)際提高至50年一遇水平，處治工程投資巨大。而高速公路采用大橋跨越泥石流則要求滿足100年一遇水平;顯然對(duì)于震后極重災(zāi)區(qū)該防護(hù)水平實(shí)施困難。

（5）被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)目前在工程中有廣泛的應(yīng)用，但架立鋼架在沖擊力作用下，極易首先發(fā)生彎折變形而倒塌，失去防護(hù)效果。

（6）隧道可以有效的繞避災(zāi)害;接長(zhǎng)明洞、結(jié)合回填實(shí)體保護(hù)層或土石緩沖層，可以有效抵抗斜坡坡面泥石流、崩塌與落石災(zāi)害。

（7）映汶高速公路處于汶川地震極重災(zāi)區(qū)，次生災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響施工安全。項(xiàng)目業(yè)主積極推廣“一法三卡”工作，對(duì)所有作業(yè)點(diǎn)安全狀況的預(yù)評(píng)估，布置充足的瞭望哨，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的工順施工，采取了詳實(shí)的施工安全措施、制定了應(yīng)急預(yù)案，并多次組織安全措施的演練。以上措施在施工過(guò)程中，取得了可喜的效果。

參考文獻(xiàn)

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