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高速公路斜坡地质灾害防范对策

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摘要:藏区高速公路地处川西高海拔寒冷地区,工程场地地形高差变化极大,地形条件复杂,斜坡地质灾害非常发育。根据藏区高速公路斜坡地质灾害特点,提出了地质灾害防治的“1+4”工作方案,“1”即“抓紧开展沿线区域地质灾害综合分析再评估,形成1个再评估报告”;“4”即整治一批已发生的地质灾害,排查一批潜在的地质灾害,监测一批存在重大隐患的地质灾害,上报一批对高速公路造成巨大威胁的线外地质灾害。通过藏区高速公路地质灾害排查表明,其地质灾害类型主要以崩塌、滑坡、不稳定性斜坡、泥石流为主,在空间分布上具有分段性、相对集中性、相关性;在时间分布规律主要受降雨和冻融的控制,表现为季节性和重复性。在此基础上,基于传感网络的地质灾害监测数据自动采集关键技术,提出了藏区高速公路斜坡地质灾害长期健康监测预警的工作思路。

关键词:地质灾害;工作方案;时空规律;监测预警

中国是遭受地质灾害威胁最严重的国家之一,由于幅员辽阔,地质结构多样,地质活动频繁,崩塌、滑坡、泥石流等各类型地质灾害多有发生。近年来我国频频经历极端天气、地震、多地区进行大规模的工程建设,地质灾害有日渐增多的趋势,人民的生命财产遭受了巨大损失[1]。尤其在2008汶川大地震后,使得藏区山体松动,地质构造运动加强,地质环境发生了显著的变化,使得藏区的地质灾害更容易发生,而这些地质灾害对目前在建的藏区两条高速公路(汶马、雅康)存在着重大的威胁,因此探讨藏区高速公路斜坡地质灾害防治管理与监测预警防范有着重大的意义。监测预警作为地质灾害风险减缓的重要措施之一,正越来越受到人们的重视[2]。从21世纪初开始,区域性的滑坡监测预警工作在我国大陆地区逐渐开展,2003年4月国土资源部和中国气象局签订了《关于联合开展地质灾害气象预警预报工作协议》,随后各省、市、县也相继开展此项工作[3]。刘传正[4]指出一般意义上的灾害预警,是指某一灾害发生的地点和时间基本确定,尚未威胁到要预警的地区,从而向该地区预先发出警报。一般狭义的预警就是指警报,而广义的预警则包括了从预测到警报的全过程。目前国内外在地质灾害监测的技术、方法、手段上并无太大差距。除了传统的贴片法、埋桩法以外,GPS、钻孔倾斜仪、孔隙水压力计、自动化雨量站这些专业仪器已成为滑坡等地质灾害监测的常规设备[5],只是由于价格因素得不到广泛普及。近来,一些新技术能够很快应用到监测领域,如In-SAR[6-7]、BOTDR、三维激光扫描[8]等。监测数据的采集和传输也都实现了自动化、远程化。监测系统和预警系统有向Web-GIS发展的趋势。藏区高速公路沿线地质灾害发育,加之暴雨冰雪气象灾害、高烈度地震灾害、高地应力强荷载等诸多不利因素的叠加影响,已对雅康、汶马高速公路的建设和运营带来了严重的危害,安全风险急剧加大,有必要开展地质灾害长期健康监测预警。由此本文根据四川藏区高速公路地质灾害特点,提出了斜坡地质灾害防治的“1+4”工作方案,探讨了重大地质灾害监测预警防范对策。

1工程概况

藏区高速公路(包括雅康高速公路、汶马高速公路)地处川西高海拔寒冷地区,气候条件恶劣,室外最低温度达到-30.0℃以下,不同海拔高程上物种类型差异较大。雅康高速公路全长135km,采用双向4车道高速公路标准建设,设计行车时速80km,全线桥梁、隧道众多,桥隧比高达82%,隧道总长超过50km,主要控制性工程:二郎山隧道,主洞全长13.4km,位居全国高速公路隧道第3位;泸定大渡河特大桥跨径1100m,位居全省第一。汶马高速公路全长173km,桥隧比高达86.5%,是目前全省桥隧比最高的高速公路,仅隧道总长约96km,地处川西北高原,属高山、高原过渡的侵蚀深切高山峡谷地貌,工程位于川西北高原气候区,历年平均气温-3.38℃~3.3℃,室外最低温度达到-30.0℃,气候条件恶劣。沿线人烟稀少,植被茂密,属国家自然森林保护区,工程区地形陡峻,自然坡度在30°~60°之间,部分地段大于60°,工程区出露的地层主要为三叠系侏倭组(T3zh)的薄层板岩、千枚岩、炭质千枚岩,岩体结构破碎,地质条件较差,施工非常困难。雅康高速公路和汶马高速公路工程场地地形高差变化极大,地形条件复杂,所在地形由东向西迅速升高,在较短的150~200km距离内,高程从四川盆地不足600m跨越到4000m以上的青藏高原东缘。区域内新构造运动强烈,地质构造非常复杂,项目区域断裂带及断层多且活动频繁,呈Y字形分布有龙门山、鲜水河、川滇南北构造三大断裂带。场地地质条件异常复杂,再加上降雨、地震以及人类工程活动影响强烈,滑坡、泥石流、崩塌等斜坡地质灾害频繁发生,对高速公路建设和运营具有重大威胁。如雅康高速公路C12合同标段大仁烟大桥23号及24号墩右侧于2016年7月27日突发滑坡,滑坡体由高位向下滑动,剪断左线大桥23号及24号桥墩及右线对应桥墩。大仁烟滑坡约20×104m3,滑体为河流堆积体,呈明显的二元结构(图1a)。滑面顶部可见早期错动迹象;两侧有花岗岩出露,岩体中发育倾向坡外结构面,角度约45°(图1b)。在河流下切的影响下,岩体中倾坡外结构面出现卸荷松动,雨水沿缝隙进入坡体内部进一步软化结构面。最终在7月27日暴雨的作用下,结构面产生了滑移,并牵引堆积体产生了滑坡,滑面上部呈楔形状。该滑坡已在两侧基岩处进行钢管桩加固,且拟进行削方,坡面进行锚固,坡体前缘设置锚索抗滑桩。坡体前缘临河段进行护岸设计。又如汶马高速公路C5标段桃坪隧道出口左侧裕丰危岩体,该危岩体为板岩和千枚岩构成的斜向坡,顶部山体裂缝宽3~7m。其斜坡上的危岩体崩塌的类型主要是滑移式和坠落式,微地貌类型为陡崖,近似直立(图2)。危岩岩体裂缝贯通结构面,裂隙率5~15条/m,危岩分割块度分别为0.2m×0.3m×0.1m和3m×2m×1.5m,危岩的主崩方向为50°,斜坡陡峭。影响该危岩体失稳的主要诱发因素是地震和暴雨,人为因素主要为爆破震动。目前,该危岩处于基本稳定,如若不对其及时处理,将发展为不稳定的状况,对高速公路桥梁及隧道存在严重威胁。

2斜坡地质灾害防治

“1+4”工作方案根据四川藏区高速公路斜坡地质灾害特点和难度,减少或降低地质灾害对藏区高速公路的威胁,努力打造四川藏区高速公路品质工程,从管理上形成了指导思想:以确保项目工程全寿命周期安全为核心,强化项目全寿命周期设计,加强地质灾害防御和地质情况的跟踪、评估,系统提升项目沿线地质灾害防治施工及后期运营安全。根据上述指导思想,结合工程建设进展情况和建设条件,提出了斜坡地质灾害防治的“1+4”的总体工作方案。“1”:即“抓紧开展藏区高速公路沿线区域地质灾害综合分析再评估,形成1个再评估报告”。雅康、汶马高速公路沿线区域地质灾害综合分析再评估,要在基于区域地质大背景的认识基础上,着重突出沿线地质灾害及多灾叠加演化破坏规律的研究分析,有的放矢,形成分区分类、多灾叠加的带状区域灾害综合分析评估成果,研究提出地质灾害防治的基本原则、技术方案、主要措施等,为全线开展沿线地质灾害综合整治奠定基础。“4”:即“全面系统开展藏区高速公路沿线地质灾害排查整治,推进4个工作”,4个工作主要包括:(1)整治一批已发生的地质灾害:对藏区高速公路建设中已经出现、并直接影响公路安全的地质灾害进行治理。(2)排查一批潜在的地质灾害:在前期勘察设计阶段基础上,进一步排查藏区高速公路可能出现的地质灾害,尽量做到早一点发现地质灾害,避免地质灾害突然发生、引起重大损失。(3)监测一批存在重大隐患的地质灾害:在地质灾害排查和整治的基础上,对藏区高速公路安全施工和运行有影响的典型重大地质灾害,开展地质灾害全寿命周期健康监测预警。(4)上报一批对高速公路造成巨大威胁的线外地质灾害:通过地质灾害排查,除地质灾害整治和监测外,对存在于藏区高速公路红线外、但造成巨大威胁的地质灾害,上报当地国土管理部门。根据上述工作方案,开展雅康、汶马高速公路带状区域综合性地质灾害再评估,以及开展地质灾害综合整治、排查及全寿命周期安全监测预警专项设计。

3斜坡地质灾害时空规律

通过藏区高速公路地质灾害排查,其地质灾害类型主要以崩塌、滑坡、不稳定性斜坡、泥石流为主,发育具有时空特征。

3.1工程区斜坡地质灾害空间分布规律

根据工程区地质构造、地形地貌、降雨等因素,造成其地质灾害在空间分布上具有分段性、相对集中性、相关性。(1)雅康高速公路地质灾害分布如图3,可分为3段:雅安-紫石隧道段、紫石隧道-二郎山隧道段和泸定-康定段(图3)。其中,雅安-紫石隧道段以红层地区的丘陵、低山地貌为主,地形相对平缓,受构造运动的影响较轻。区域岩性以砂岩、砂泥岩互层为主,基岩上部的残坡积或崩坡积覆盖层较厚。地质灾害类型常表现为顺倾软弱岩层滑坡、浅层堆积体滑塌或厚层堆积体滑坡。紫石隧道-二郎山隧道段以高中山、河谷地貌为主,地形由缓变陡。构造运动作用较明显,尤其表现在新沟-泸定段,主要穿越新沟断裂、保皇断裂、二郎山断裂、泸定断裂等。区域岩性以花岗岩、花岗闪长岩、玄武岩等为主,其中花岗岩受沟谷卸荷影响,岩体内卸荷裂隙十分发育,呈强风化碎裂结构。地质灾害类型常表现为高位危岩、卸荷裂隙诱发的滑坡、大型崩坡积堆积体滑坡等。泸定-康定段以深切峡谷、高中山地貌为主,地形陡峻。构造运动作用较明显,如泸定断裂。区域岩性常可见花岗岩,卸荷裂隙明显。地质灾害类型常表现为高位危岩、卸荷裂隙诱发的滑坡、大型崩坡积堆积体滑坡等。(2)汶马高速公路地质灾害分布如图4,可分为两段:汶川-理县段和理县-马尔康段(图4)。其中,汶川-理县段,山体海拔高度普遍在1500m以上,整体地形坡度较陡,平均坡度在50°以上,部分斜坡坡度大于70°。河谷两岸地貌具有明显的新构造运动特征,前缘临河侧由于地壳强烈的抬升作用,杂谷脑河迅速下切,导致该斜坡前缘临空,卸荷裂隙发育,且降雨少,坡面植被稀少,基岩裸露。该段位于茂汶断裂和米亚罗断裂之间,受汶川地震等影响,使得该段岩体疏松破碎,完整性较差,物源丰富,因此地质灾害分布密集。理县-马尔康段,地质灾害发育密度相对较小。该段降雨丰富,植被发育较好,基岩裸露较少,地质灾害分布较少,主要集中在古尔沟-理县段,该段地质灾害以不稳定斜坡为主。

3.2工程区斜坡地质灾害时间发育规律

藏区高速公路沿线地质灾害的时间分布规律主要受降雨的控制,表现为地质灾害普遍具有季节性和重复性。(1)季节性:地质灾害多发生在雨季。降雨对地质灾害具有促进作用,降雨的主要不良作用体现在饱和岩土体、增大容重、降低岩土强度、产生动水压力和扬压力、降低潜在滑面附近的抗滑阻力等等,从而容易导致斜坡变形破坏。(2)重复性:公路沿线崩塌、滑坡等地质灾害诱发因素主要是降雨、冻融作用,故常表现出重复性。即在每年旱季或者河流枯水期的时候,崩塌、滑坡处于稳定或者基本稳定状态;在气温上升,冰雪融化或暴雨季节,滑体饱水,可能失稳。整体来说,藏区高速公路地质灾害的形成受地形地貌、地层岩性、地质构造、降雨、地震、人类工程措施等多种因素的控制。

4斜坡地质灾害监测预警防范对策

在藏区高速公路斜坡地质灾害防治的“1+4”工作方案中,其核心工作之一是对斜坡地质灾害开展长期的健康安全监测预警,由此提出了地质灾害监测预警工作思路为:(1)首先,选取重点研究的藏区高速公路地质灾害隐患点,根据现场调研、变形破坏机制分析和监测结果,建立公路沿线崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的预警模型,并提出具有针对性的预警判据标准。同时,研发藏区高速公路地质灾害监测预警综合数据库,建立对地质灾害监测预警相关的多源信息进行管理、操作与分析的数据库操作平台。(2)在此基础上,以藏区高速公路(雅康、汶马)沿线典型崩塌、滑坡、泥石流为研究对象,研究基于传感网络的地质灾害监测数据自动采集关键技术,实现地质灾害监测数据的高精度、无人值守、动态分级采集,同时建立地质灾害监测数据远程传输体系,实现灾前“敏感”信息的快速、实时、远程传输;以监测示范区段为基础,开展公路沿线崩塌、滑坡、泥石流灾害监测示范工程建设。(3)将以上成果形成一套集图形显示、属性查询、数据处理、应急决策为一体的公路地质灾害信息管理与监测预警系统,为公路相关部门实现地质灾害监测预警及应急决策指挥提供软件支撑平台。地质灾害监测预警发布系统将依托互联网和无线通信网络,建设地质灾害预警信息查询与信息发布平台。系统可根据预设警界值进行风险判别,实时以红色预警屏显、警报声音、短消息、电子邮件等形式进行多级别、多渠道状态信息发布。

5结论

(1)藏区高速公路地处川西高海拔寒冷地区,气候条件恶劣,工程场地地形高差变化极大,地形条件复杂,所在地形由东向西迅速升高,区域内新构造运动强烈,地质构造非常复杂,再加上降雨和地震的影响,滑坡、泥石流、崩塌等斜坡地质灾害频繁发生,对高速公路建设和运营具有重大威胁。(2)根据藏区高速公路斜坡地质灾害特点,提出了地质灾害防治的“1+4”工作方案。“1”即“抓紧开展沿线区域地质灾害综合分析再评估,形成1个再评估报告”;“4”即整治一批已发生的地质灾害,排查一批潜在的地质灾害,监测一批存在重大隐患的地质灾害,上报一批对高速公路造成巨大威胁的线外地质灾害。(3)通过藏区高速公路地质灾害排查表明,其类型主要以崩塌、滑坡、不稳定性斜坡、泥石流为主,在空间分布上具有分段性、相对集中性、相关性;在时间分布规律主要受降雨和冻融的控制,表现为季节性和重复性。(4)针对藏区高速公路斜坡地质灾害特点,提出了斜坡地质灾害长期健康安全监测预警的工作思路。

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作者:袁飞云;李永林;郑斌 单位:四川藏区高速公路有限责任公司

高速公路斜坡地质灾害防范对策责任编辑:张雨    阅读:人次