某邊山公路工程地質環(huán)境特征

及其地質災害危險性評估賀鷹1張國勝2(1山西省地質工程勘察院太原030024;2山西省第三地質工程勘察院晉中030620)摘要：公路工程地質災害的發(fā)生往往與公路沿線及其周邊的復雜的地質環(huán)境條件密切相關，邊山地帶往往是崩塌、滑坡、泥石流等地質災害高易發(fā)區(qū)，線路沿程長，地形、地質條件復雜，決定了線路工程地質災害危險性評估有其特殊性。本文以山西太原西山運煤公路專線為例，簡要地介紹了線路工程地質災害評估工作的基本特點，對線路工程的地質災害危險性評估工作提供了一定的參考價值。關鍵詞：地質災害；崩塌；泥石流；危險性評估；土地適宜性0前言擬建公路為運煤專用線路，為減少大型運載車輛對城市環(huán)境的影響，擬沿城市邊山地帶新建運煤專用公路，線路總長43km。而邊山地帶往往是崩塌、滑坡、泥石流等地質災害高易發(fā)區(qū)，加上該線路鄰經城市邊山煤礦采空區(qū)，沿線地形地質條件復雜，對公路工程沿線進行周詳?shù)牡刭|環(huán)境調查，查明地質災害類型及其特征，評價地質災害的危險性，為建設單位防治地質災害提供一定依據(jù)，為盡可能減少因不合理的工程活動引發(fā)的地質災害給人民生命財產造成的損失起到一定的預防作用。1工程概況擬建線路位于太原市西部，沿邊山總體呈近南北走向，線路里程K0+000-K43+076，全長，擬建工程按二級公路標準設計，設計行車時速為60m/h，路基寬12m，全線共設置長380m的隧道1座，總長3945m的大橋11座，總長378m的中橋5座，總長29m的小橋2座，涵洞共計45道；分離式立交7處，天橋14處，通道20處。2地質環(huán)境特征2.1擬建線路評估范圍的劃分線路沿程地形地貌復雜，巖土體工程地質性質較差；破壞地質環(huán)境的人類工程活動強烈，擬建公路屬“重要建設項目”，沿線邊山地帶崩塌、滑坡、泥石流等災害點多，影響范圍不僅限于線路兩側，工程建設還有削坡、架橋等復雜工程有可能對周邊也產生影響，原則上線路工程評估范圍以線路中線向兩側外擴1000m為限，評估面積約86km2。2.2地質環(huán)境特征根據(jù)地形地貌特征，將線路評估范圍劃分為低山丘陵區(qū)、沖洪積傾斜平原區(qū)、沖積平原區(qū)（見圖1），其中低山丘陵區(qū)長占線路總長的50.2%，沖洪積傾斜平原區(qū)占線路總長的20.9%，沖積平原區(qū)占線路總長的28.9%，線路K0+000-K9+800與K37+000-K43+076段評估區(qū)呈現(xiàn)平原區(qū)的氣候特征，K9+800-K37+000段評估區(qū)呈現(xiàn)山區(qū)的氣候特征。評估區(qū)內地表水系屬黃河流域汾河水系，主要河流有汾河、虎峪溝、玉門溝、九院沙溝、冶峪溝、風峪溝等，除汾河長年有水外，其它河溝均屬季節(jié)性河流。評估范圍位于太原斷陷和西山向斜次級構造單元內。區(qū)域地層走向以NE向為主；斷裂構造以走向NE、NNE向平行排列的高角度斷裂為主，次為NW向斷裂帶；褶皺構造不甚發(fā)育，以走向NE和近SE向舒緩褶皺為主。評估區(qū)內地層由老到新依次有下古生界奧陶系，上古生界石炭系、二疊系及新生界新近系、第四系。評估范圍內大面積為黃土（Q3）覆蓋，汾河、虎峪河等河溝中，為全新統(tǒng)（Q4）沖積、沖洪積碎石、砂卵石、亞粘土。評估區(qū)線路西側長約16km地段出露有軟硬相間的灰?guī)r、頁巖或砂巖、泥巖?？傮w上巖層產狀較為平緩，巖體結構為軟硬相間，軟質巖體抗風化能力差，易軟化、泥化，被水侵蝕掏空，降低抗滑力，從而使上覆巖體產生滑動或使上部硬質巖石形成臨空面，形成危巖體或石質崩塌。圖1線路評估范圍地貌分區(qū)3地質災害危險性評價3.1泥石流災害擬建線路緊鄰邊山布設，沿途跨越多條溝谷，較大的溝谷有風峪溝、冶峪溝、九院河溝、虎峪溝、玉門溝等。據(jù)調查，1996年8月4日，由強降雨誘發(fā)，九院溝、虎峪溝、玉門溝及風峪溝發(fā)生特大泥石流地質災害，曾造成西山部分礦井坑道進水，設備被淹，并有人員傷亡。據(jù)有關部門初步統(tǒng)計，當次泥石流災害造成直接經濟損失累計達8.16億元。泥石流發(fā)生有兩個必備條件，一個是降雨量，一個是物源。據(jù)《泥石流災害防治工程勘查規(guī)范》DZ/T0220-2006表G.1，5條溝谷的泥石流易發(fā)程度均為中度易發(fā)。對照《規(guī)范》附錄B中的表B.1，評估區(qū)具備爆發(fā)泥石流的降水量條件，強度較大的降雨主要集中在6~9月份，雨量大，來勢猛，持續(xù)時間較長，為泥石流形成提供了動力條件。水的作用一方面是浸潤飽和山坡松散物質，使其向下滑動的摩擦阻力減小，另一方面水流對松散物質的側蝕掏挖作用產生滑坡、崩塌等，增加了泥石流形成的物質來源。而隨著煤礦的不斷開采，采煤引發(fā)的溝谷邊坡土體松動，產生了崩塌、滑坡，也增加了泥石流物源，在河道處進行的城市建筑對河道產生堵塞，所有這些因素都導致泥石流發(fā)生的可能性加大。圖2虎峪溝泥石流示意圖建設工程在溝谷處往往是以橋梁形式跨越，均位于可能發(fā)生泥石流的溝谷堆積區(qū)或接近于堆積區(qū)（圖2），每座橋梁的造價均大于500萬元。泥石流可能沖毀位于溝谷中的橋墩，使橋梁發(fā)生破壞，對建設工程產生危害，其危險性大。3.2崩塌、滑坡地質災害（1）崩塌經調查，評估區(qū)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)有5處典型崩塌，其特征見表1。與線路距離較近，可能對線路產生影響的是B5崩塌。該崩塌屬人工切坡，因坡度過陡，臨空面大引發(fā)崩塌。目前坡體較為穩(wěn)定。工程建設中有多處挖方，其中可能產生崩塌、滑坡的典型高挖方路段有6處，見表2。在線路K26+000-K36+800段沿線路西側低山丘陵區(qū)斷續(xù)有高低不同的邊坡挖方工程，而線路東側斷續(xù)分布有不高于10m的填方邊坡。在線路K22+158-K22+538處擬建長380m的隧道一條，隧道高5m，寬12.5m，為拱式單道隧道。隧道最大埋深43.4m。（2）滑坡經調查，評估區(qū)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)有8處典型滑坡，其特征見表3。可能威脅到線路的滑坡為H6和H8滑坡。H6位于擬建線路黃坡大橋的北端，為土質滑坡，現(xiàn)狀條件下危害性小，當修建橋梁時，對坡體開挖可能導致滑坡復活（圖3），從而可能威脅到施工人員及設備或直接威脅橋體工程。上述已有邊坡崩塌、滑坡或開挖、填方邊坡，組成巖性上部為第四系上更新統(tǒng)亞砂土，下部為中更新統(tǒng)粘土、亞粘土和基巖。在降水、重力、振動等因素影響下，在施工過程中或工程建成后，邊坡部位上部松散地層極易沿層面發(fā)生崩塌、滑坡?？赡軐ΜF(xiàn)場施工人員構成威脅，或在公路建成后可能阻斷交通，并威脅過往車輛。預測建設工程在上述路段地質災害危害性中等，危險性中等。3.3地裂縫、地面塌陷地質災害線路K14+800-K16+300、K19+900-K20+400及K20+400-K21+500處穿越煤礦2、3號煤層采空區(qū)。據(jù)調查訪問，已出現(xiàn)的地裂縫、地面塌陷距擬建公路最近約50m，T1采空塌陷區(qū)位于K15+400左200m處，采深約230～260m，塌陷區(qū)面積約4000m2；T2采空塌陷區(qū)位于K15+800左500m處，采深約320～350m，塌陷區(qū)面積約5600m2；L1裂縫位于T2塌陷內，線路K15+800左500m處，裂縫走向135°，長約150m，寬約1m。開采時間為1994～2005年和2006～2008年，目前采空區(qū)、地裂縫、地面塌陷還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對擬建公路構成潛在隱患。公路建成后，在運煤車輛動載荷作用下，采空區(qū)有可能發(fā)生殘余變形，危害公路的正常運營。線路下伏煤層如若繼續(xù)開采，地表變形量、變形影響范圍會更大，預測線路在K14+800-K16+300處及K19+900-K21+500遭受采煤引發(fā)的地裂縫、地面塌陷地質災害危害性大，可能產生的經濟損失大于500萬元。地質災害危險性大。3.4綜合評價根據(jù)國土資源部國土資發(fā)[2004]69號文附件1中表8-1，將線路評估范圍劃分為地質災害危險性大、中、小三個區(qū)。地質災害危險性大區(qū)（A）為線路K4+000—K7+000與K10+100—K26+000段，分為2個亞區(qū)，占線路總長的43.9%，地質災害類型為崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷等，其中挖方引發(fā)的邊坡崩塌滑坡危險性中等，地裂縫地面塌陷危險性大，泥石流危險性大；地質災害危險性中等區(qū)（B）為線路K26+000—K36+800段，占線路總長的25.1%，主要地質災害類型為挖方引發(fā)的崩塌、滑坡，地質災害危險性中等；地質災害危險性小區(qū)（C）為線路K0+000—K4+000、K7+000—K10+100及K36+800—K43+076段，分為3個亞區(qū)，占線路總長的31%。依據(jù)《技術要求》將公路工程評估區(qū)地質災害危險性大區(qū)的路段劃分為基本適宜區(qū)，危險性中等區(qū)的路段劃分為基本適宜區(qū)，危險性小區(qū)為適宜區(qū)。4防治措施地質災害危險性評價一般是在工程詳細勘察之前做的工作，對所調查到的地質災害點往往處于宏觀定性評價，所提防治措施是警示性的，評估成果不能完全滿足災害治理工程的需要，需進一步開展地質災害勘察、治理設計等相關工作才能獲得較準確的各災害體的物理力學參數(shù)，為治理工程提供可靠依據(jù)。對于該所遭受或引發(fā)的地質災害的主要防治措施是：對擬建線路下伏煤層采空引起的地裂縫、地面塌陷地質災害應分別對待，對采空區(qū)進行詳細勘查并按相關規(guī)范進行治理，對壓煤區(qū)留設保護煤柱。對沿線路邊山工程切坡引發(fā)的崩塌、滑坡地質災害，按相關規(guī)范（GB50330-2002），切坡時留安全坡角，高陡斜坡應分臺階開挖，修護坡、排水溝等。對線路沿線泥石流溝谷可能發(fā)生泥石流災害，主要是按相關規(guī)范（JTJ024-85）設計、施工橋梁，修固定排水溝渠，在溝谷汛期應加強監(jiān)測，排查隱患，疏通溝谷堵塞物。5結語（1）、該運煤專線公路工程，所處地質環(huán)境條件復雜，橋梁、隧道、涵洞等工程量繁多，沿線已有地質災害和可能引發(fā)的地質災害類型，有泥石流、崩塌滑坡、地裂縫、地面塌陷等。有工程建設高挖方典型路段6處，總長2780m；沿低山丘陵區(qū)線路還斷續(xù)有15m以下挖填方路段，總長10.8km，建議應對沿線地質災害隱患點建立長期的監(jiān)測體系，以便發(fā)現(xiàn)險情及時處理。地質災害工程的設計、施工、驗收應當與主體工程的設計、施工、驗收同時進行。