論山區(qū)高速公路地質(zhì)災(zāi)害與路線設(shè)計(jì)理念

謝立山

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程正逐步向山區(qū)推進(jìn)，山區(qū)人民的發(fā)展意愿也在逐步增強(qiáng)。為山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供交通基礎(chǔ)設(shè)施和基本保障，必須對(duì)現(xiàn)有山區(qū)進(jìn)行地質(zhì)研究，提高公路網(wǎng)、高速公路建設(shè)水平，樹立城鄉(xiāng)一體化發(fā)展模式。山區(qū)由于其特殊的地理位置，多種復(fù)雜的地形環(huán)境相互疊加作用，經(jīng)常發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致了山區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中安全問(wèn)題特別重要，如果設(shè)計(jì)選線不當(dāng)，后續(xù)高速公路運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患，導(dǎo)致道路無(wú)法正常通行，浪費(fèi)了建設(shè)資金，不利于山區(qū)與外界的聯(lián)系。為最大限度降低山區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度，必須優(yōu)化山區(qū)公路的線性設(shè)計(jì)能力，合理規(guī)避各種安全隱患。

一、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

公路建設(shè)工作是在山地地形條件下進(jìn)行的，路徑線形設(shè)計(jì)直接關(guān)系到公路的安全運(yùn)營(yíng)。路徑線形設(shè)計(jì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，需要在設(shè)計(jì)中做到公路的整體形狀要與地形相匹配，對(duì)于各種地震以及山體滑坡、破碎崩塌等影響盡可能規(guī)避。同時(shí)控制平面、縱斷面和橫斷面，提高線路形狀的合理性。公路應(yīng)盡量避開耕地，保持沿線水土質(zhì)量和生態(tài)修復(fù)。保障山區(qū)交通安全所需的交通安全設(shè)施配套道路總體規(guī)劃，綜合考慮沿線礦產(chǎn)資源分布、文化資源保護(hù)等因素，對(duì)公路設(shè)計(jì)中各分項(xiàng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)某杀竟芾韀1]?？傊谏铰愤x路和設(shè)計(jì)階段，綜合考慮路線的經(jīng)濟(jì)可行性、安全性、舒適性，盡可能避免潛在的地質(zhì)災(zāi)害，盡可能符合地形，減少充填和開挖工作對(duì)原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，減少外力擾動(dòng)。此外，在設(shè)計(jì)工作開展過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)人員，以確保設(shè)計(jì)階段的協(xié)調(diào)和優(yōu)化。

研究思路是首先從地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、工效學(xué)、氣候、水文地質(zhì)、地質(zhì)等方面識(shí)別高速公路周邊區(qū)域可能存在的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，然后結(jié)合高速公路建設(shè)進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，重點(diǎn)關(guān)注特殊問(wèn)題[2]。在路段中，通過(guò)實(shí)地勘察、開挖、物探、坑探等手段，提前確定減災(zāi)防災(zāi)的路線規(guī)劃和工程措施。結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)、流程審核與溝通，及時(shí)向客戶和咨詢部門反饋初步路線方案，根據(jù)多方意見優(yōu)化路線方案，對(duì)期間無(wú)法避免的重大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)路段進(jìn)行排查，最后科學(xué)選路和工程選定的規(guī)劃和災(zāi)害預(yù)防和控制措施的技術(shù)流程，以避免或減少災(zāi)難性損失。

對(duì)于特殊的重大災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)規(guī)劃避免風(fēng)險(xiǎn)路線，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行路線規(guī)劃設(shè)計(jì)。如果無(wú)法調(diào)整路線計(jì)劃，則應(yīng)優(yōu)先考慮項(xiàng)目解決方案以減少地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響。地理災(zāi)害控制措施應(yīng)基于整個(gè)項(xiàng)目周期系統(tǒng)，有效可靠，全面考慮在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各種環(huán)境引起的工程危害，并實(shí)施必要的監(jiān)測(cè)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)從源頭控制，并嚴(yán)格控制山區(qū)高速公路的前期選線工作、設(shè)計(jì)工作，保證后續(xù)高速公路運(yùn)行的安全性[3]。

二、地質(zhì)災(zāi)害

（一）危險(xiǎn)的巖崩

工程線路段巖層分布形態(tài)以沉積巖為主，其中沉積巖層分布明顯。不同的地層差別很大。一些巖層在長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化后不具有良好的承載能力。施工和運(yùn)行過(guò)程中容易因外界荷載擾動(dòng)導(dǎo)致倒塌病害發(fā)生。在山地地形中，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為明顯，由于地質(zhì)構(gòu)造的長(zhǎng)期作用，容易產(chǎn)生巖石裂縫，從而導(dǎo)致巖石坍塌。因此，在為山路選擇路線的過(guò)程中，應(yīng)盡量避開巖壁裂開的部分?？梢酝ㄟ^(guò)在影響高速公路和橋梁安全的巖層中的滑坡易發(fā)位置設(shè)置長(zhǎng)期觀察點(diǎn)，并及時(shí)反饋災(zāi)害動(dòng)態(tài)，提前制定預(yù)防措施[4]。

（二）巖堆

山區(qū)巖樁分布密集，巖樁主要由塊狀巖石、粒狀碎石、塌陷巖等沉積物組成。巖石結(jié)構(gòu)較松散，巖樁天然孔隙率高，在外荷載壓縮作用下，存在較大的下沉、倒塌、全滑等災(zāi)害。因此，在選擇山路的過(guò)程中，應(yīng)盡量避開巖堆，對(duì)于不可避免的情況，應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施，必要時(shí)可采用建筑圍擋，防止山路上碎石滾落。需要清理山中破碎的巖石，并在巖石經(jīng)常掉落的地方添加阻擋結(jié)構(gòu)。安裝蓋板或防護(hù)墻，防止巖石風(fēng)化、零星碎裂，清除山坡或邊坡的巖屑，降低邊坡速度，在巖石破損嚴(yán)重的路段設(shè)置護(hù)欄，石墻、巖石等塊狀結(jié)構(gòu)。對(duì)于部分懸于邊坡的巖石，根據(jù)地形和巖石的形成情況，采用鋼筋混凝土柱支撐。如果坍塌量大且頻繁，不能建立阻塞結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在內(nèi)部使用干磚，在表面使用水泥砂漿磚并且使用隧道和其他受保護(hù)的結(jié)構(gòu)來(lái)保證車輛通行安全[5]。

（三）滑坡

高速公路沿線有不同數(shù)量的滑坡土壤，滑坡土表面覆蓋著各種類型的粉砂黏土、粉砂巖、礫石和松散基巖等，由于滑坡土穩(wěn)定性差，巖層有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)?；虏『性诼坊茀^(qū)雨季、打樁、山路開挖和施工措施不當(dāng)?shù)确矫娓鼮槊黠@?；虏『?duì)山區(qū)道路建設(shè)的影響是非常不利的，所以山區(qū)高速的路線選擇過(guò)程要盡量做好，避開山體滑坡區(qū)，如果實(shí)在沒(méi)有辦法避免，就加一個(gè)擋土墻結(jié)構(gòu)，如作為沿線該位置的擋土墻，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綜合治理滑坡病害，加強(qiáng)山路路邊防水排水設(shè)計(jì)，禁止在山路滑坡、堆積或傾倒土體。

三、選線步驟

（一）研究區(qū)地質(zhì)

由于公路工程是條帶狀工程，在地質(zhì)巖石結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和周圍山體構(gòu)造等方面存在很大差異。這些地質(zhì)要素是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究地質(zhì)災(zāi)害物質(zhì)的演化是識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害的前提。因此，在山區(qū)公路線前方，主要根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)圖和地質(zhì)構(gòu)造，研究公路廊道區(qū)的當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)圖、地質(zhì)年代演變和地質(zhì)局給出的報(bào)告，成巖的形成地質(zhì)圖，確定大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的區(qū)域，這是減災(zāi)和防災(zāi)的基礎(chǔ)[6]。

地層巖與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系密切，通道廊道地層根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)圖確定，識(shí)別通道區(qū)軟硬巖、易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地層。山區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中，線路經(jīng)過(guò)彈道層，由于線路經(jīng)過(guò)開挖、填方、隧道，施工過(guò)程中易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，避開易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地層減少軟巖地段的范圍，通過(guò)移動(dòng)到硬巖地段提高施工以及道路的安全性。

局部地質(zhì)圖決定了路線的單層結(jié)構(gòu)，與條帶區(qū)域、地震、原位應(yīng)力、原位溫度、巖石斷裂、板沖擊區(qū)和有源層的地下水開發(fā)和工程地質(zhì)條件有關(guān)。在開發(fā)巖石破碎和折疊結(jié)構(gòu)的地區(qū)，由于巖石的強(qiáng)烈壓縮和碎片，巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，巖石裂縫增加，巖石層損壞，風(fēng)化程度高，地下水水位高。在公路建設(shè)期間，存在不良的地質(zhì)現(xiàn)象，如緩沖，滑坡和碎片流動(dòng)，這也導(dǎo)致了道路路基質(zhì)量不穩(wěn)。穿過(guò)裂縫的波紋結(jié)構(gòu)直接威脅到未來(lái)的安全性或正常運(yùn)行。同時(shí)巖石完整性損壞，地下水沿著裂縫滲透，導(dǎo)致頂部塌陷會(huì)影響施工安全性，橋梁區(qū)域受到斷層區(qū)域的損壞，影響橋梁瀝青長(zhǎng)度和橋梁穩(wěn)定性。因此，在選擇路徑時(shí)，避免大規(guī)模斷裂區(qū)域，使路徑平行于斷裂方向，避免接觸山體斷裂裂縫以及減少裂縫結(jié)構(gòu)對(duì)公路工程的影響[7]。

當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)圖通常代表給定區(qū)域的巖石分布狀態(tài)，并充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)來(lái)確定道路走廊坡的形成，逆深度和切線特性。該路線應(yīng)遠(yuǎn)離傾斜切割線，以減少順層。如果不可能避免順層情況的出現(xiàn)，則應(yīng)減少工程坡度的高度以減少地質(zhì)災(zāi)害。

（二）地形識(shí)別

地形地貌學(xué)收集風(fēng)化、退化、運(yùn)輸、沉積和硬化噴發(fā)的綜合結(jié)果，作為各種地質(zhì)過(guò)程的綜合影響?？梢愿鶕?jù)地形地貌特征推斷地質(zhì)功能和演化過(guò)程，預(yù)測(cè)公路建設(shè)工程未來(lái)的變化和可能引起的地質(zhì)災(zāi)害。在設(shè)計(jì)選擇高速公路路線時(shí)，地形圖是必不可少的參考。

等高線密集的陡坡一般會(huì)導(dǎo)致壤土中的沉積物塌陷，坡頂?shù)娘L(fēng)化裂縫和危險(xiǎn)巖層與沖積沉積物形成的峽谷緩坡相反，容易形成沉積物和滑坡。在表面平緩獨(dú)立山脈的情況下，斜坡上的巖層具有較強(qiáng)的耐候性，以硬巖為主，工程地質(zhì)條件較好，總體來(lái)說(shuō)，山體緩坡以軟巖為主。地層剖面的坡度一般與邊坡巖層的坡向重合，如果路徑垂直于坡向，則容易發(fā)生地層滑坡。

地形斜坡結(jié)構(gòu)，生存特性和周圍地形上的馬蹄谷或新的一些現(xiàn)有地層的反演，都容易發(fā)生滑坡。從地形的角度來(lái)看，溝渠的發(fā)展和分配，典型的巖溶發(fā)展，喀斯特洪水和碎片流動(dòng)威脅到隧道建設(shè)和結(jié)構(gòu)的安全性，巖石路基的快速崩潰威脅著道路運(yùn)行的安全。因此，在選擇公路路線時(shí)，要了解坡度特性的防災(zāi)措施，確定地質(zhì)災(zāi)害的地形，避免或減少路線的影響。應(yīng)特別注意河谷等結(jié)構(gòu)對(duì)于路橋穩(wěn)定性的影響以及建造難度的影響，合理選擇中和長(zhǎng)跨度橋梁的位置，這是線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

（三）特殊氣候

山路建設(shè)中最常見的地質(zhì)災(zāi)害是山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，但是外部氣候尤其是特殊氣候條件的影響也是一個(gè)重要的外部條件，能夠觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，促進(jìn)并加速發(fā)生和發(fā)展地質(zhì)災(zāi)害。設(shè)計(jì)公路時(shí)，應(yīng)特別注意地表水易聚集的低洼地區(qū)、斜坡上的軟土和狹窄峽谷段的流域。同時(shí)要注意臺(tái)風(fēng)等異常氣候?qū)Φ孛嫫露鹊牟焕绊?。道路?jīng)過(guò)隆起的基巖土壤區(qū)，還應(yīng)注意雨旱交替對(duì)路基側(cè)坡的影響。

受到山區(qū)中河流的影響，周圍的溶洞積水，地下水和降雨滲透，改變了原始地質(zhì)環(huán)境條件，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害，因此需要正確地識(shí)別。隧道施工導(dǎo)致周圍地下結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，通過(guò)人工排水使得地下溶洞等水分減少，隧道泄漏水、巖石崩塌、路基沉降等，這些都影響施工安全、公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。同時(shí)高風(fēng)險(xiǎn)巖石區(qū)，公路選線應(yīng)繞避，避免在水流通廊道、暗河等區(qū)域附近進(jìn)行道路施工[8]。

（四）人類活動(dòng)

人類工程對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響主要是對(duì)原始地質(zhì)環(huán)境的破壞和地質(zhì)演化。由于地表變形和塌陷、巖樁工程活動(dòng)、水庫(kù)建設(shè)等，人類煤礦產(chǎn)生的地質(zhì)損害導(dǎo)致形成次生碎屑。這改變了路堤的地質(zhì)環(huán)境，導(dǎo)致路堤不穩(wěn)定。

（五）加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地形圖中預(yù)先規(guī)劃的路線需要重點(diǎn)進(jìn)行災(zāi)害調(diào)查。災(zāi)害機(jī)理包括規(guī)模、性質(zhì)和災(zāi)害影響，包括道路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的災(zāi)害調(diào)查、可能的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)于具有場(chǎng)地勘測(cè)和工程經(jīng)驗(yàn)以及重大地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，路線規(guī)劃者必須快速提供反饋，以調(diào)整路線規(guī)劃、檢測(cè)和監(jiān)測(cè)方法。使用工程解決方案減少地質(zhì)災(zāi)害，或在地質(zhì)災(zāi)害方面相對(duì)損失較小的工程解決方案，從中選擇合適的方法減少地質(zhì)災(zāi)害，提高路線設(shè)計(jì)水平。

（六）科學(xué)決策

及時(shí)與業(yè)主溝通、咨詢、審查、收集經(jīng)驗(yàn)、做出科學(xué)決策、優(yōu)化路線設(shè)計(jì)，利用業(yè)主邀請(qǐng)的豐富經(jīng)驗(yàn)的專家并結(jié)合咨詢和審查方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，提高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)路線圖的設(shè)計(jì)。這是一個(gè)多方面的科學(xué)論證，需要設(shè)計(jì)人員快速響應(yīng)和反饋，降低地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，最終實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范，路線達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)。

四、設(shè)計(jì)理念

（一）安全設(shè)計(jì)理念

由于山區(qū)公路的路線設(shè)計(jì)方法主要依靠公路線形，因此路線設(shè)計(jì)安全在公路設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要，直接關(guān)系到后續(xù)山區(qū)公路的安全通行質(zhì)量和車輛的行駛質(zhì)量，以及暢通科學(xué)合理的公路線形設(shè)計(jì)是車輛安全通行的基本前提。因此，公路線形設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全和技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的優(yōu)化組合，有效提高山地道路的安全通行質(zhì)量。

（二）環(huán)境效益設(shè)計(jì)

隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念的進(jìn)一步深化，在山路設(shè)計(jì)過(guò)程中也必須強(qiáng)調(diào)環(huán)保要求，環(huán)保設(shè)計(jì)理念必須貫穿山路設(shè)計(jì)的全過(guò)程?，F(xiàn)行國(guó)家公路設(shè)計(jì)規(guī)范明確要求將環(huán)境保護(hù)因素納入公路選線規(guī)范條件，控制山地公路建設(shè)及后續(xù)運(yùn)營(yíng)對(duì)原生態(tài)環(huán)境的影響，提高環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展水平。因此，在實(shí)施道路線形設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意環(huán)保要求，對(duì)路段進(jìn)行綜合環(huán)境評(píng)價(jià)，盡量少占用耕地，堅(jiān)決防止民挖。

（三）寬容設(shè)計(jì)

國(guó)外一些國(guó)家將公路兩側(cè)的安全設(shè)計(jì)作為一個(gè)重要的設(shè)計(jì)子項(xiàng)目。公路兩側(cè)的容差設(shè)計(jì)是山路安全設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)，公路兩側(cè)的容差設(shè)計(jì)的目的是為了保證車輛的安全返程有足夠的空間。其中公路兩側(cè)的參數(shù)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)寬度、坡度比和水密排水設(shè)計(jì)。為了不讓山路上的車輛行駛時(shí)偏離車道，可增加等高線、引導(dǎo)標(biāo)志等交通安全設(shè)施，并通過(guò)車道外側(cè)顯示振動(dòng)提供足夠的行車警告和通知。降低坡度比可降低車輛傾覆的可能性，應(yīng)修改路基邊溝，并應(yīng)盡可能使用覆蓋排水溝或碟形排水溝。道路必須按時(shí)清理，緊急避讓重型卡車，此外還需要進(jìn)一步優(yōu)化道路欄桿和防撞墻的結(jié)構(gòu)和防撞等級(jí)。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)應(yīng)以盡量避開危險(xiǎn)路段為基本原則，設(shè)計(jì)過(guò)程中合理規(guī)劃路線總長(zhǎng)并繞開地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的區(qū)域。對(duì)于不可避免的路段，應(yīng)當(dāng)采取地質(zhì)災(zāi)害管理和防護(hù)措施，確保相關(guān)路段的安全運(yùn)營(yíng)。在山區(qū)道路的路線選擇期間，必須進(jìn)行早調(diào)查晚設(shè)計(jì)，以消除影響線路穩(wěn)定的因素，防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。影響道路的常見地質(zhì)災(zāi)害，包括山體崩塌，危險(xiǎn)的巖石，山坡等等道路路線選擇應(yīng)避免大層面的裂縫，避免山體滑坡和塌陷等不利地質(zhì)部分，沿著山區(qū)避免環(huán)境敏感的地區(qū)，做好土壤和水資源保護(hù)，加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害管理，不擴(kuò)大損害范圍，倡導(dǎo)山路路線設(shè)計(jì)，理性路線，防止地質(zhì)災(zāi)害，采取科學(xué)合理的綜合改善措施，提高地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)水平，提高道路施工質(zhì)量，保證駕駛安全。