廣平高速B2合同段地質選線研究

胡 剛

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017）

0 引言

廣平高速起于青川縣騎馬鄉(xiāng)，接既有G75蘭海高速公路，經(jīng)青川板橋、三鍋、橋樓、青溪、古城、止于平武縣母家山，接在建綿陽至九寨溝高速公路，主線長約91.523km。B2合同段起于青川橋樓，止于平武縣(樁號K49+100～K91+523)，由于該項目地處汶川地震的極重災區(qū)，地形、地質復雜，不良地質分布廣，因此全面把握沿線不良地質災害的分布、選擇具有較強抗災能力的線位是施工圖設計的核心工作之一。經(jīng)過研究及實際調查發(fā)現(xiàn)：初步設計階段路線方案緊靠活動斷裂帶甚至部分與活動斷裂帶交集一起，該初步設計路線方案存在較大的安全隱患，工程安全風險極大。

1 自然地理及工程地質特征

1.1 自然地理

工程區(qū)處于龍門山（中山）、米倉山（中山）與四川盆地低山的接合地區(qū)，區(qū)內地貌從北向南為中山、低山、深丘和河谷平壩，地勢北高南低，地形起伏大，海拔高度一般500～2000m，最高2396m，最低586m。境內地形地貌以構造剝蝕低中山-中山為主，山嶺標高1000～1500m，切割深度一般200～500m，局部達700m。北西向或北北西向橫切河谷發(fā)育。嶺脊曲折，山峰尖銳，溝深嶺窄，地形崎嶇，侵蝕作用強烈[1]。由于片理、劈理較發(fā)育，軟硬巖性相間交替，故山坡地段常有崩坡積層分布，厚達數(shù)米至十數(shù)米。局部發(fā)育的河流侵蝕堆積地貌。

1.2 區(qū)域地質

項目區(qū)處于龍門山北東向構造與摩天嶺北東東向構造帶之間，構造形態(tài)圖象較為復雜。所見構造形跡以大斷裂帶、一系列褶皺和沖斷層及片理帶為主。線路走廊帶80%的線路平行于龍門山的后山斷裂帶，即平武-青川斷裂帶。該斷裂帶為“5.12”汶川大地震的主斷裂帶之一，為活動性斷裂，斷裂規(guī)模較大，活動強，引發(fā)地震的頻次較高。區(qū)域構造綱要圖及路線方案見圖1。

圖1 區(qū)域構造綱要圖及路線方案

平武-青川斷裂帶為晚更新世活動斷裂，斷裂走向N60°～70°E，南起平武，經(jīng)青溪、青川、廣坪，止于陽平鎮(zhèn)一帶，左旋走滑性質，長約200km，為切穿地殼的深斷裂。主斷裂主要傾向北西，僅局部反傾，淺部陡傾，深部緩傾，呈鏟狀。斷裂帶一般寬500～700m，最寬處可達2000m，由2～5條次級斷裂分支復合組成。帶內的石英脈、礫石被強烈定向拉長，形成黏滯型布丁構造。斷裂帶各種旋轉剪切應變標志、拉伸線理的產(chǎn)狀及斷裂帶的運動學特征表明北西盤由北向南的逆沉推覆。

1.3 地層巖性

場區(qū)涉及的地層主要有：新生界第四系全新統(tǒng)松散堆積層（Q4）、第四系上更新統(tǒng)高階地堆積層（Q3）、泥盆系危關組（DW）變質石英砂巖、千枚狀板巖、志留系茂縣群黃坪組（Sh）絹云千枚巖夾綠泥千枚巖，志留系通化組（St）千枚巖夾白云巖及砂巖。巖性總體較軟,受構造影響，巖體表現(xiàn)出強裂的揉皺、傾倒變形和擠壓破壞，工程地質條件較差。

2 地震效應及不良地質

項目區(qū)地處四川盆地西北部邊緣，為侵蝕構造中山、低山地貌和作為“5.12”汶川大地震的重災區(qū)、極重災區(qū)之一，顯示出“地形起伏大、巖性軟、地震烈度高”的特性，具有“復雜的地形、多變的地質、脆弱的環(huán)境”等諸多不利條件。沿線活斷裂極為發(fā)育，新構造運動十分強烈，加之降雨集中，大型滑坡、堆積體、崩塌、危巖、重力變形體、泥石流及采空區(qū)發(fā)育，嚴重制約了路線選擇。

2.1 地震效應

龍門山地震帶主要包括龍門山山脈及秦嶺的西段，帶內北部以北西西向的西秦嶺北緣斷裂帶及甘南—川西北弧形構造系為主，南部則以北東向的龍門山斷裂帶為主體構造格架，并發(fā)育有近南北向的岷江斷裂、虎牙斷裂等，是青藏高原東緣的重要組成部分。龍門山地震帶位于我國著名的南北地震帶中部，強烈地震主要叢集在天水—武都—松潘地區(qū)及龍門山斷裂帶，如1654年甘肅天水南8級大震、1879年甘肅武都南8級大震、1713年和1933年茂縣較場7級和7.5級地震及1976年松潘—平武7.2級強震群、2008年汶川8.0級地震等，是青藏高原北部地震亞區(qū)主要強震活動帶之一。

2.2 高地震烈度

“5.12”地震后，龍門山構造帶的余震活動明顯增強，已遠遠超過正常狀態(tài)下的活動水平，并會持續(xù)相當長的時間。路線臨近的平武-青川斷裂于新生代以來仍處于活動狀態(tài)，“5.12”地震時在喬莊—木魚鎮(zhèn)一帶發(fā)現(xiàn)地表破裂。歷史上在平武-青川斷裂與虎牙斷裂交匯處（平武縣城西北）曾經(jīng)多次發(fā)生6.0級以上地震。因此該路線上的平武-青川斷裂雖然現(xiàn)今活動性較弱，但仍有發(fā)生6.0級以上甚至7.0級地震的可能，不排除產(chǎn)生地表斷錯的可能性[2]。工程區(qū)基本地震動峰值加速度為0.20g，基本地震動加速度反應譜特征周期為0.40s，地震基本烈度8度。

2.3 不良地質

擬建公路路線區(qū)域走廊帶較狹窄、地形陡峻，巖性復雜、活動斷裂發(fā)育、巖體破碎，導致不良地質：滑坡、泥石流、危巖、崩塌、重力變形體、大型斜坡堆積體眾多，對路線有一定的影響。

3 地質選線研究

3.1 地質選線的原則

項目區(qū)線路走廊帶大部分的線路伴行或穿越與龍門山的后山斷裂中平武-青川斷裂帶，狹窄的走廊，復雜多變的地形，嚴重制約了路線的選擇。如何通過地質選線技術的應用，規(guī)避地質風險，在十分復雜的地質環(huán)境中選擇相對簡單或有利的地質地段作為路線走廊至關重要。根據(jù)走廊帶地質環(huán)境特點，地質選線的基本技術原則為：

（1）高地震烈度區(qū)選線，應綜合地形地質等因素，路線走廊高程盡量走低，適當降低大型橋梁的墩高（宜控制在60m以內），橋梁采用修復的橋梁形式。

（2）當路線無法避開活動斷裂帶，應以最短距離、大角度方式穿越，并以路基或易于修復的結構形式跨越斷層；當線路走向大體平行活動斷裂帶時，軸線應盡量遠離破碎帶，并盡量沿主動上盤布線。

（3）應綜合考慮地質、地震、地災等因素，路線應優(yōu)選地形平坦、場地穩(wěn)定的河谷階地、基巖裸露的穩(wěn)定地段，盡量避開不穩(wěn)定大型堆積體、不良地質發(fā)育和地震次生災害嚴重地段。

（4）隧道軸線應盡量與主要構造線大角度相交，并與最大主應力方向成小角度相交；分析各走廊隧道所存在的大變形、突水突泥等特殊工程地質問題，選擇相對易于查明和處治的區(qū)域通過。

3.2 施工圖路線優(yōu)化

3.2.1 K51+000～K54+000段

初步設計K50路線起點青竹江2號特大橋長約2080m（52-40m預應力混凝土簡支T梁,最大墩臺高72m），穿過橋樓鄉(xiāng)南側小寨坪階地平臺，且橋梁小角度跨越平武-青川次級斷層，橋梁規(guī)模大，且占用耕地和拆遷量較大，多次跨越青竹江魚類核心保護區(qū)，施設路線整體北移200～500m，沿著橋樓鄉(xiāng)北側傍山敷設，路線以路基穿越平武-青川次級斷層，主要采用路基、半幅橋、橋梁通過，橋梁規(guī)模小，提高路線抗災能力，降低了對自然環(huán)境的破壞[3]。K51+000～K54+000段路線優(yōu)化如圖2所示。

圖2 K51+000～K54+000段路線的優(yōu)化

3.2.2 K54+000～K61+800段

采用隧道繞避地質災害，初步設計路線推薦方案沿蘇陽溝南側主要以路基和橋梁通過，然后以隧道穿越焦家山，施工圖經(jīng)過實地踏勘和地質調查，路線大部分位于平武-青川活動斷層的破碎帶內，DK54+500處為大型堆積體，滑坡發(fā)育3處，崩塌發(fā)育5處，在斷層的破碎帶共布設4座橋梁、1座隧道[4]。該路線安全風險極大，施工圖路線整體北移50～100m，以橋樓隧道通過該不良地質區(qū)域，同時相對初步設計走低線（K54+300～K55+500路線相對初設南移100～200m），此區(qū)域全部以路基通過，取消初設該區(qū)域的所有橋梁結構物（初設橋梁墩高55～65m）。K54+000～K61+800段繞避地質災害優(yōu)化方案見圖3所示。

圖3 K54+000～K61+800段繞避地質災害優(yōu)化方案

3.2.3 K68+800～K73+400段

初步設計路線方案在魏壩河北側K70+600隧道進洞，經(jīng)施工圖定測階段實地勘察，進洞處覆蓋層較厚，且線型條件差，洞身離唐家山斷層較近，白楊坪隧道出口緊鄰唐家山斷層，巖體破碎，地質條件差（滑坡和危巖崩塌發(fā)育）[5]。施工圖路線方案為繞避唐家山斷層及隧道出口附近滑坡、危巖、崩塌等不良地質發(fā)育，經(jīng)過實地踏勘，施工圖設計路線南移200～400m，線型順直，洞身離唐家山斷層較遠，出口繞避唐家山斷層附近不良地質。K68+800～K73+400段繞避地質災害優(yōu)化方案見圖4所示。

圖4 K68+800～K73+400段繞避地質災害優(yōu)化方案

3.2.4 K80+000～K85+000段

大部分路線臨近或斜穿平武-青川斷層，受構造影響，該段滑坡發(fā)育、重大變形體、崩塌較發(fā)育，設計大栗樹隧道出口段地質條件差，變形體發(fā)育?？缭窖虮P溝及平武-青川斷層大斷層時采用9-40+73+130+73+8-40m預應力混凝土連續(xù)剛構+簡支T梁，最大墩高92m,存在極大的安全風險。施工圖階段將大栗樹隧道進口前路線整體北移80～100m，減少拆遷，出口北移，降低路基高程，利用天然沖溝消耗棄方填筑路基，對滑坡進行反壓，減小工程規(guī)模?？傮w以路基形式通過，在跨越羊盤溝及平武-青川斷層大斷層采用4-40+6-30m預應力混凝土簡支T梁，最大墩高22m。降低橋梁高度，與主斷裂交叉時盡量以路基通過，適當增加隧道規(guī)模，以繞避大型不良地質體，提高抗震、抗災能力，確保結構安全及運營安全[6]。K80+000～K85+000段段繞避地質災害優(yōu)化方案見圖5所示。

圖5 K80+000～K85+000段段繞避地質災害優(yōu)化方案

4 結束語

廣平路A2合段地處四川盆地西北部邊緣，路線基本沿龍門山的后山斷裂中平武-青川斷裂帶展線，地形起伏大，地質條件復雜，不良地質發(fā)育，地震裂度高，路線方案的選擇受到諸多條件的限制。在實地調查的基礎上，充分利用高烈度地震區(qū)選線的經(jīng)驗，提出了降低橋梁高度，與主斷裂交叉時盡量以路基通過，適當增加隧道規(guī)模，以繞避大型不良地質體地質選線原則，提高抗震、抗災能力，確保結構安全、施工安全、運營安全，地質選線效果明顯。