高速公路災害防治（川藏高速公路複雜地質災害體綜合處治分析）

2023-05-28 13:14:40 1

原標題：川藏高速公路複雜地質災害體綜合處治分析——以喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、棄渣、高填綜合處治為例

本文來源於公眾號：悠遊2019

作者：成永剛，博士，教高，註冊巖土工程師，中國巖石力學與工程學會滑坡與工程邊坡分會理事，中國土木工程學會非飽和土與特殊土專業委員會常務委員和交通巖土工程專業委員會委員，國際工程地質協會會員，中國國家公路建設項目評標專家，四川省交通運輸專業人才教育專家。

川藏高速公路位於我國地勢由第一階梯青藏高原向第二階梯四川盆地過渡段，山體陡峻高差大，大江大河發育，斷裂活動頻繁，氣象環境變化快速，具有極其複雜的地質條件，極其脆弱的生態條件，極其困難的工程建設條件，橋隧比接近90%左右。沿線滑坡、崩塌、泥石流等自然災害體分布廣泛，工程棄渣、高填路堤、深挖路塹等工程災害居高不下，甚至出現多種類型地質災害體共生的情況，對高速公路形成了巨大的安全隱患、建設成本和工期壓力。

通過對川藏高速公路喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、棄渣、高填的複雜地質災害體綜合處治方案研究，以期能為今後通過區內的川藏鐵路等的類似複雜地質災害體處治提供一定的借鑑。

一、基本情況

喇叭嘴段為典型的「兩隧夾一橋」，其中小裡程端龍進隧道長1274m，大裡程端日地1#隧道長1883m，喇叭嘴中橋長80m，橋面距溝底標高20～25m。工程建設期間接連發生了日地1#隧道進口段滑坡變形、山體卸荷開裂和崩塌落石，龍進隧道出口段滑塌和落石，大量隧道棄渣棄於橋梁部位，以及補充地質調查時發現喇叭嘴溝屬於泥石流溝等地質災害體等，對工程的建設形成了巨大安全隱患。

二、工程地質環境和災害體特徵

項目區屬河流侵蝕-構造剝蝕的高中山峽谷地貌，為高山亞寒帶氣候區，位於康定-甘孜地震帶地塊，東側為大渡河活動斷裂帶，西側為康定-磨西活動斷裂帶，構造活動強烈而地震多發，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.3g，屬於典型的高烈度地震區。區內廣泛分布晉寧～澄江期粗粒結構、塊狀構造的花崗巖，山體高陡。

1、喇叭嘴泥石流

喇叭嘴溝主溝全長7.46km，平均縱坡比降398‰，溝谷寬6～70m，流域面積約8.46km2，流域切割密度3.24km/km2，主溝相對高差 3104m。根據4744m～3900m、3900m～1860m 、1860m～1660m、1660m～1640m 四段高程分為寒凍風化區、形成區、流通區和堆積區。寒凍風化區和形成區的季節性積雪及高海拔影響碎塊石，以及溝谷兩側高陡岸坡形成的崩坡積物為泥石流物質的主要來源，泥石流靜儲量約為112.49萬方，動儲量為31.25萬方。

喇叭嘴溝在1937年和1958年發生過兩次規模較大的泥石流，近年來溝中偶有小規模的泥石流發生，但主要停積在溝道中上遊。溝內分布大量的漂木和呈稍密~中密狀礫石等泥石流堆積物。溝內海拔3000m以上地段植被多為草甸和稀疏灌木，隨著海拔降低溝內喬木比例逐漸提高，尤其是在2100m左右的高速公路附近，溝內植被茂盛，喬木直徑可達到40cm以上。溝內常年的穩定水流約為0.5方/秒，在暴雨時水量大幅增加，屬於典型的暴漲暴跌型山區溝谷，目前泥石流堆積區分布有大量居民。

圖1 喇叭嘴泥石流溝溝床縱剖面圖

圖2 喇叭嘴溝內遍布的碎塊石和漂木

2、日地1#隧道進口段和龍進隧道出口段坡體

構成坡體的斜長花崗巖中發育五組結構面，即J1：80°∠70°， J2：78～83°∠25～32°，J3：269°∠72°，J4：301°∠33°，J5：175°∠70°。

1）日地1#隧道進口段

自然斜坡高陡，坡向75°，地表為厚約10m的稍密狀崩坡積碎塊石。坡面落石現象嚴重，樹木多呈「馬刀樹」狀。下伏的強～中風化花崗巖中，傾向坡外的J1結構面追蹤發育卸荷裂隙，其貫通度達10m以上，傾向坡外的J2結構面貫通度5m以上。陡傾的J1結構面和緩傾的J2結構面組合對坡體穩定性具有控制作用。

2017年2月下旬，隧道開挖時仰坡出現約300方垮塌，坡外約70m的位置出現兩條長約15m的貫通狀裂縫，其側界明顯受花崗巖中發育的J4和J5結構面控制；距隧道洞口約20～40m的隧道洞身出現多條狀環向裂縫，其形態與花崗巖中發育的J1和J2結構面相一致。

圖3 日地1#隧道進口邊坡

2）龍進隧道出口段

自然斜坡高陡，坡向269°。隧道仰坡部位坡體主要由強～中風化花崗巖構成，與自然坡向一致而與線路斜交的J3結構面貫通度10m以上，坡面常有零星落石掉落；隧道標高以下崩坡積碎塊石厚度約10m。

2017年5月中旬，隧道左、右洞之間的溝槽部位，沿與J3結構面近於一致的基巖面發生了約1000方的滑塌，造成隧道下部堆積體發生較大變形而威脅線路安全。

圖4 龍進隧道出口邊坡

3、隧道棄渣

隧道口的喇叭嘴溝中棄置了約22萬方的花崗巖隧道棄渣，在極端條件有成為泥石流物源的可能，存在巨大的安全隱患。根據調查，原溝底多呈臺階形，分布厚約3～17m的泥石流堆積體，溝底縱坡約350‰。喇叭嘴溝在高速公路附近呈相對寬緩的U型，溝寬約50～70m，兩側岸坡堆積厚約10m以上的稍密狀崩坡積體。棄渣體前部主溝兩側岸坡陡立，基巖完整性好，溝寬約7m左右，使棄渣所在溝谷呈典型的「葫蘆狀」。

圖5 喇叭嘴溝內隧道棄渣

三、地質災害體機理分析

1、喇叭嘴泥石流溝是典型的高海拔溝谷型泥石流。低氣溫、強日照、大溫差、季節性積雪，為泥石流物源創造了條件；季節性融雪、強降雨和寒凍風化帶的開闊地形，為泥石流的形成提供了良好的水源；寒凍風化帶和3000m以上的高海拔地帶植被稀少而基巖裸露，山體和溝谷岸坡高陡，有利於夏季雪山融水和雨季地表水的快速匯流衝刷，為泥石流的暴發提供了良好的水動力條件。

自1937年和1958年爆發兩次規模較大的泥石流發來，喇叭嘴泥石流多次小規模爆發，但由於季節性積雪的不斷減少和區內植被的有效恢復，加之泥石流溝道多彎而狹長，使小規模爆發的泥石流多在溝道後部由於阻塞而停積。但存在多年蓄能後在強震激發和極端強降雨條件下爆發較大規模泥石流的可能。

2、日地1#隧道洞口場地平整時開挖形成了最大高度約21m仰坡，造成二元結構邊坡上部欠穩定狀態的堆積體由於前緣支撐力度減弱而沿土巖界面發生滑移，滑體平均厚度為9m，滑坡體積約5萬方，主滑方向為75°，並伴有局部坡體垮塌和坡面落石。

此外，隧道挖深60m左右時，在距隧道洞口約25～40m的範圍內隧道洞身出現多條環狀、貫通裂縫，洞頂累計下沉約10mm左右，洞底仰拱部位裂縫深約2～3m。根據補充勘察，仰拱下部7.4～16.5m的部位存在穩定水位，其水位線與花崗巖中發育的傾角為25～32°的J2結構面傾角基本吻合；而隧道洞身開裂的裂縫依據花崗巖中發育的傾角為70°的J1結構面向上延伸時與地表的覆蓋層滑坡後緣裂縫基本吻合。

基於此，隧道所在坡體由於溝谷陡深而卸荷嚴重，隧道爆破開挖後造成花崗巖體依附於傾向坡外的J1和J2兩組結構面發生強烈卸荷，造成隧道在上部巖土體在重力作用下沿陡傾結構面J1發生擠壓開裂；隧道下部花崗巖體沿緩傾結構面J2發生回彈開裂。

3、龍進隧道左洞進洞前對側向邊坡進行開挖，形成了高約12m的邊坡，造成上部坡體發生了約1000方的滑塌。且在發生地震的情況下，將可能引發大規模的崩塌而直接威脅下部橋梁的安全。

4、溝道內棄置的花崗巖棄渣，若不能原位進行有效處治，在長期溝水作用下存在沿下伏較陡的溝底縱坡發生滑坡或成為泥石流物源的可能。

圖7 高速公路喇叭嘴溝段地質剖面圖

四、複雜地質災害體綜合處治方案分析

項目區地質災害體包括滑坡、崩塌、泥石流、棄渣，各地質災害體之間的工程處治既相互聯繫，又相互制約。因此，工程處治方案應具有針對性和兼顧性特徵，確保高烈度地震區各災害體的安全。

1、泥石流處治

喇叭嘴泥石流的合理處治對滑坡、崩塌、棄渣處治方案確定和線路的通過形式具有直接的影響，因此，合理地確定泥石的特徵和相關參數，是項目區複雜地質災害體綜合處治的關鍵。

1.1、泥石流防治標準確定

結合泥石流的流域、溝型、堆積扇、物質貯量、暴雨強度、植被、危害對象等指標判定，喇叭嘴泥石流定性為低頻、泥石流活動規模中等、災害等級為Ⅱ級、危害程度為一般災害。泥石流防治標準和工程設計保證率宜為10～5%。考慮到泥石流是項目區複雜地質災害體綜合處治的關鍵，故防治標準和工程設計保證率取5%。基於此，喇叭嘴溝泥石流為中頻、輕度易發、中度危險型泥石流，泥石流的防治標準和工程設計保證率取2%。

表1 喇叭嘴泥石流相關參數表