某边山公路工程地质环境特征及其地质灾害危险性评估

812工程勘察GeotechnicalInvestigation&Surveying2010年增刊第1期某边山公路工程地质环境特征及其地质灾害危险性评估贺鹰1张国胜2(1山西省地质工程勘察院太原030024;2山西省第三地质工程勘察院晋中030620)摘要：公路工程地质灾害的发生往往与公路沿线及其周边的复杂的地质环境条件密切相关，边山地带往往是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害高易发区，线路沿程长，地形、地质条件复杂，决定了线路工程地质灾害危险性评估有其特殊性。本文以山西太原西山运煤公路专线为例，简要地介绍了线路工程地质灾害评估工作的基本特点，对线路工程的地质灾害危险性评估工作提供了一定的参考价值。关键词：地质灾害；崩塌；泥石流；危险性评估；土地适宜性0前言拟建公路为运煤专用线路，为减少大型运载车辆对城市环境的影响，拟沿城市边山地带新建运煤专用公路，线路总长43km。而边山地带往往是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害高易发区，加上该线路邻经城市边山煤矿采空区，沿线地形地质条件复杂，对公路工程沿线进行周详的地质环境调查，查明地质灾害类型及其特征，评价地质灾害的危险性，为建设单位防治地质灾害提供一定依据，为尽可能减少因不合理的工程活动引发的地质灾害给人民生命财产造成的损失起到一定的预防作用。1工程概况拟建线路位于太原市西部，沿边山总体呈近南北走向，线路里程K0+000-K43+076，全长43.076km，拟建工程按二级公路标准设计，设计行车时速为60m/h，路基宽12m，全线共设置长380m的隧道1座，总长3945m的大桥11座，总长378m的中桥5座，总长29m的小桥2座，涵洞共计45道；分离式立交7处，天桥14处，通道20处。2地质环境特征2.1拟建线路评估范围的划分线路沿程地形地貌复杂，岩土体工程地质性质较差；破坏地质环境的人类工程活动强烈，拟建公路属“重要建设项目”，沿线边山地带崩塌、滑坡、泥石流等灾害点多，影响范围不仅限于线路两侧，工程建设还有削坡、架桥等复杂工程有可能对周边也产生影响，原则上线路工程评估范围以线路中线向两侧外扩1000m为限，评估面积约86km2。2.2地质环境特征根据地形地貌特征，将线路评估范围划分为低山丘陵区、冲洪积倾斜平原区、冲积平原区（见图1），其中低山丘陵区长占线路总长的50.2%，冲洪积倾斜平原区占线路总长的20.9%，冲积平原区占线路总长的28.9%，线路K0+000-K9+800与K37+000-K43+076段评估区呈现平原区的气候特征，K9+800-K37+000段评估区呈现山区的气候特征。评估区内地表水系属黄河流域汾河水系，主要河流有汾河、虎峪沟、玉门沟、九院沙沟、冶峪沟、风峪沟等，除汾河长年有水外，其它河沟均属季节性河流。评估范围位于太原断陷和西山向斜次级构造单元内。区域地层走向以NE向为主；断裂构造以走向NE、NNE向平行排列的高角度断裂为主，次为NW向断裂带；褶皱构造不甚发育，以走向NE和近SE向舒缓褶2010年增刊第1期工程勘察GeotechnicalInvestigation&Surveying813皱为主。评估区内地层由老到新依次有下古生界奥陶系，上古生界石炭系、二叠系及新生界新近系、第四系。评估范围内大面积为黄土（Q3）覆盖，汾河、虎峪河等河沟中，为全新统（Q4）冲积、冲洪积碎石、砂卵石、亚粘土。评估区线路西侧长约16km地段出露有软硬相间的灰岩、页岩或砂岩、泥岩。总体上岩层产状较为平缓，岩体结构为软硬相间，软质岩体抗风化能力差，易软化、泥化，被水侵蚀掏空，降低抗滑力，从而使上覆岩体产生滑动或使上部硬质岩石形成临空面，形成危岩体或石质崩塌。图1线路评估范围地貌分区3地质灾害危险性评价3.1泥石流灾害拟建线路紧邻边山布设，沿途跨越多条沟谷，较大的沟谷有风峪沟、冶峪沟、九院河沟、虎峪沟、玉门沟等。据调查，1996年8月4日，由强降雨诱发，九院沟、虎峪沟、玉门沟及风峪沟发生特大泥石流地质灾害，曾造成西山部分矿井坑道进水，设备被淹，并有人员伤亡。据有关部门初步统计，当次泥石流灾害造成直接经济损失累计达8.16亿元。泥石流发生有两个必备条件，一个是降雨量，一个是物源。据《泥石流灾害防治工程勘查规范》DZ/T0220-2006表G.1，5条沟谷的泥石流易发程度均为中度易发。对照《规范》附录B中的表B.1，评估区具备爆发泥石流的降水量条件，强度较大的降雨主要集中在6~9月份，雨量大，来势猛，持续时间较长，为泥石流形成提供了动力条件。水的作用一方面是浸润饱和山坡松散物质，使其向下滑动的摩擦阻力减小，另一方面水流对松散物质的侧蚀掏挖作用产生滑坡、崩塌等，增加了泥石流形成的物质来源。而随着煤矿的不断开采，采煤引发的沟谷边坡土体松动，产生了崩塌、滑坡，也增加了泥石流物源，在河道处进行的城市建筑对河道产生堵塞，所有这些因素都导致泥石流发生的可能性加大。图2虎峪沟泥石流示意图814工程勘察GeotechnicalInvestigation&Surveying2010年增刊第1期建设工程在沟谷处往往是以桥梁形式跨越，均位于可能发生泥石流的沟谷堆积区或接近于堆积区（图2），每座桥梁的造价均大于500万元。泥石流可能冲毁位于沟谷中的桥墩，使桥梁发生破坏，对建设工程产生危害，其危险性大。3.2崩塌、滑坡地质灾害（1）崩塌经调查，评估区现状发现有5处典型崩塌，其特征见表1。与线路距离较近，可能对线路产生影响的是B5崩塌。该崩塌属人工切坡，因坡度过陡，临空面大引发崩塌。目前坡体较为稳定。崩塌统计表1规模编号与线路位置关系类型坡向（°）坡角（°）长（m）宽（m）厚（m）体积（m3）级别影响因素稳定性B1K8+900左950m岩质1507550201.51500小型采石不稳定B2K10+220左300m岩质1207050202.52500小型人工采石削坡稳定B3K10+750左100m岩质1108530151.0450小型人工采石削坡不稳定B4K11+450左300m岩质1655020152600小型人工采石削坡稳定B5K13+800左50m土质100851531300小型人工开挖稳定建设工程高挖方路段表2序号里程桩号长度（m）最大挖方高度（m）挖方高度大于15m的长度（m）边坡岩性1K10+100-K10+57547517.420Q3、Q22K14+575-K14+97540025.644Q3、Q23K15+475-K15+87540020.730Q3、P2s4K16+975-K17+52555017.610Q3、Q2、P2s5K18+550-K18+83028027.412Q3、Q2、P2s6K19+625-K19+95032532.618Q3、Q2、P2s7占线路总长度%6.50.32工程建设中有多处挖方，其中可能产生崩塌、滑坡的典型高挖方路段有6处，见表2。在线路K26+000-K36+800段沿线路西侧低山丘陵区断续有高低不同的边坡挖方工程，而线路东侧断续分布有不高于10m的填方边坡。在线路K22+158-K22+538处拟建长380m的隧道一条，隧道高5m，宽12.5m，为拱式单道隧道。隧道最大埋深43.4m。（2）滑坡经调查，评估区现状发现有8处典型滑坡，其特征见表3。可能威胁到线路的滑坡为H6和H8滑坡。H6位于拟建线路黄坡大桥的北端，为土质滑坡，现状条件下危害性小，当修建桥梁时，对坡体开挖可能导致滑坡复活（图3），从而可能威胁到施工人员及设备或直接威胁桥体工程。上述已有边坡崩塌、滑坡或开挖、填方边坡，组成岩性上部为第四系上更新统亚砂土，下部为中更新统粘土、亚粘土和基岩。在降水、重力、振动等因素影响下，在施工过程中或工程建成后，边坡部位上部松散地层极易沿层面发生崩塌、滑坡。可能对现场施工人员构成威胁，或在公路建成后可能阻断交通，并威胁过往车辆。预测建设工程在上述路段地质灾害危害性中等，危险性中等。2010年增刊第1期工程勘察GeotechnicalInvestigation&Surveying815滑坡统计表3规模编号与线路位置关系类型坡向（°）坡角（°）长（m）宽（m）厚（m）体积（m3）级别影响因素稳定性H1K9+710左500m岩质805080100050400000中型断裂较稳定H2K10+800左900m岩质1580160100580000小型暴雨较稳定H3K14+310左550m土质2705040801032000小型暴雨稳定H4K15+000左600m岩质705020085351000小型暴雨不稳定H5K16+000左350m土质17060352085600小型暴雨较稳定H6K16+200右20m土质17045701201399000小型暴雨不稳定H7K16+500左350m岩质1707524017011449000中型暴雨较稳定H8K34+250左80m岩质12035101003~840000小型暴雨不稳定图3H6滑坡示意图3.3地裂缝、地面塌陷地质灾害线路K14+800-K16+300、K19+900-K20+400及K20+400-K21+500处穿越煤矿2、3号煤层采空区。据调查访问，已出现的地裂缝、地面塌陷距拟建公路最近约50m，T1采空塌陷区位于K15+400左200m处，采深约230～260m，塌陷区面积约4000m2；T2采空塌陷区位于K15+800左500m处，采深约320～350m，塌陷区面积约5600m2；L1裂缝位于T2塌陷内，线路K15+800左500m处，裂缝走向135°，长约150m，宽约1m。开采时间为1994～2005年和2006～2008年，目前采空区、地裂缝、地面塌陷还处于不稳定状态，对拟建公路构成潜在隐患。公路建成后，在运煤车辆动载荷作用下，采空区有可能发生残余变形，危害公路的正常运营。线路下伏煤层如若继续开采，地表变形量、变形影响范围会更大，预测线路在K14+800-K16+300处及K19+900-K21+500遭受采煤引发的地裂缝、地面塌陷地质灾害危害性大，可能产生的经济损失大于500万元。地质灾害危险性大。3.4综合评价根据国土资源部国土资发[2004]69号文附件1中表8-1，将线路评估范围划分为地质灾害危险性大、中、小三个区。816工程勘察GeotechnicalInvestigation&Surveying2010年增刊第1期地质灾害危险性大区（A）为线路K4+000—K7+000与K10+100—K26+000段，分为2个亚区，占线路总长的43.9%，地质灾害类型为崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷等，其中挖方引发的边坡崩塌滑坡危险性中等，地裂缝地面塌陷危险性大，泥石流危险性大；地质灾害危险性中等区（B）为线路K26+000—K36+800段，占线路总长的25.1%，主要地质灾害类型为挖方引发的崩塌、滑坡，地质灾害危险性中等；地质灾害危险性小区（C）为线路K0+000—K4+000、K7+000—K10+100及K36+800—K43+076段，分为3个亚区，占线路总长的31%。依据《技术要求》8.3.3将公路工程评估区地质灾害危险性大区的路段划分为基本适宜区，危险性中等区的路段划分为基本适宜区，危险性小区为适宜区。4防治措施地质灾害危险性评价一般是在工程详细勘察之前做的工作，对所调查到的地质灾害点往往处于宏观定性评价，所提防治措施是警示性的，评估成果不能完全满足灾害治理工程的需要，需进一步开展地质灾害勘察、治理设计等相关工作才能获得较准确的各灾害体的物理力学参数，为治理工程提供可靠依据。对于该所遭受或引发的地质灾害的主要防治措施是：对拟建线路下伏煤层采空引起的地裂缝、地面塌陷地质灾害应分别对待，对采空区进行详细勘查并按相关规范进行治理，对压煤区留设保护煤柱。对沿线路边山工程切坡引发的崩塌、滑坡地质灾害，按相关规范（GB50330-2002），切坡时留安全坡角，高陡斜坡应分台阶开挖，修护坡、排水沟等。对线路沿线泥石流沟谷可能发生泥石流灾害，主要是按相关规范（JTJ024-85）设计、施工桥梁，修固定排水沟渠，在沟谷