論安徽省高等級公路地質構造選線

楊鳳偉，王劍鋒

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

1 概述

設計山區和水網圩區高等級公路，由于其工程地質、水文地質條件復雜，設計人員如仍按照傳統的“選線地質”理念進行路線選線，公路施工過程中可能誘發的地質災害和環境工程地質問題的幾率將大大增加，導致設計變更和工程造價的大幅度增加，同時也給后期公路的運營安全留下較多隱患。

長期以來很多設計單位在公路工程地質勘察中對路線地質勘察的重視程度不高。這不僅有實踐上的原因，也有“地質選線”理論不夠系統、公路工程地質勘察等規范規定不明確等原因。本文總結了我們在公路工程地質勘察中的經驗和教訓，就如何在設計周期、勘察資源投入有限的前提下做好“地質構造選線”作些探討[1-2]。

2 地質構造對工程的影響

2.1 節理

節理對工程的影響：1)節理破壞了巖體的完整性，使巖體的穩定性降低，降低了巖石的承載能力；2)隧道、邊坡以及相關工程在進行開挖、支護等活動時，節理將會發生擴展演化，降低圍巖、巖體的穩定性；3)節理不利組合可造成邊坡楔形體破壞、節理組合可形成危巖；4)節理為大氣和水進入巖體內部提供了通道，易形成巖體風化帶，增強了巖體的透水性，加快可溶巖的溶蝕，且往往儲水；5)節理的存在有利于挖方采石，但影響爆破作業的效果。

2.2 斷層

斷層對工程的影響主要有以下幾個方面：1)大多數情況下，斷層面兩側一定寬度范圍內的巖體破碎，沿斷層破碎帶易形成風化深槽及巖溶發育帶，降低了巖體的強度及穩定性，對場地的穩定性影響極大。2)斷層破碎帶常為儲水場所和地下水的良好通道，給地下工程帶來涌水事故隱患。3)斷層上、下盤巖石的性質一般不同，跨越其間的建筑物可能因不均勻沉降而產生破壞。4)在新構造運動強烈的地區，有斷層可能有活動性，甚至有產生地震的可能性，這給其附近的工程帶來極大的安全隱患。活動性斷層對工程的影響有：a.活斷層的地面錯斷直接危害跨越該斷層的建筑物；b.伴有地震發生的活斷層，強烈的地面震動對較大范圍內的建筑物造成損害[3]。

2.3 褶皺

褶皺對工程的影響：1)褶皺核部。是巖層強烈變形的部位，在背斜的頂部和向斜的底部發育拉張裂隙，這些裂隙將巖體切割成塊狀，破壞了巖石的完整性，弱化了巖石的工程性質，同時裂隙為地下水的運移提供了通道。2)褶皺翼部。往往形成單斜巖層，容易產生順層滑動，特別是當巖層中存在軟弱夾層，且巖層傾向與臨空面方向一致時。

2.4 構造體系

研究構造體系對于區域地殼穩定性和重大工程場地及地基穩定性評價都有現實意義。

2.5 巖層構造

2.5.1 沉積巖的層理、地層接觸關系

研究沉積巖的層理在工程上的意義，重點是研究巖層產狀對工程的影響。當兩種不同沉積巖巖層接觸，其接觸面較陡時會造成工程穩定性問題，因為巖層接觸面一般都是軟弱結構面。另外，不整合接觸關系是劃分地層單位的依據之一；不整合接觸面也是地下水儲聚的有利場所。

2.5.2 變質巖的殘余層理構造、新生成層構造

研究變質巖巖層的構造，應從變質巖層殘余原生構造和次生構造兩個方面考慮：

1)原生成層構造保存完好或較為完好的變質巖層區應力求建立原生沉積地層系統，并按原生沉積巖層產狀研究對工程的影響。

2)在變質程度深和混合巖化變質雜巖里，應該按新生成層構造研究對工程的影響。具有劈理的變質巖劈理面產狀在工程上有重要意義，類似層理面。

2.5.3 巖漿巖的地層接觸關系

對于巖漿巖地質構造的研究，主要研究巖漿巖和圍巖的接觸關系。巖漿巖和圍巖的接觸面一般都是軟弱結構面，在工程上的意義較大。

3 根據地質構造選線

3.1 區域地質構造選線

區域構造地質選線，主要是根據區域性地質構造的部位和走向，即安徽省的深大斷裂、臺褶帶等區域性地質構造形跡線的走向，確定路線的走向。一般在規劃、可行性研究階段和初步設計階段進行。

路線走向，一般選擇與區域地質構造形跡呈大角度相交或垂直，避開幾個構造體系的復合部位。這樣有利于公路工程的穩定。如必須平行深、大斷裂，應盡量離深、大斷裂線遠一些，且不適宜在逆斷層的上盤迂回展線；路線不宜在傾斜巖層順向坡上平行通過；對于褶皺，不宜從褶皺軸部通過，宜以與褶皺軸向有較大交角(宜大于30°)通過，且通過背斜時的穩定性優于向斜。

宣城至涇縣高速公路建設工程位于安徽省宣城市西部區域，是連接宣城市區與涇縣縣城的高速通道。公路工可階段選線貫徹了地質構造選線的原則。建設區域江南深斷裂與路線走向幾近平行，地質構造選線建議選擇距離江南深斷裂較遠的方案，并建議推薦公路路線走廊帶盡量距離江南深斷裂遠一些；建設區域周王至木鎮深斷裂為近東西向，與路線相交，地質構造選線建議公路路線盡量與其大角度或垂直相交；路線走廊帶經過一處背斜山體，地質構造選線建議路線不從褶皺核部經過而從褶皺西翼通過。

3.2 場地穩定性地質選線

3.2.1 考慮巖層構造、節理選線

一般情況下，路線平行經過單斜面狀巖層構造路段時，宜選擇在面狀巖層構造逆層一側，避免路塹、邊坡在工程實施中形成順層滑坡；當路線與單斜面狀巖層構造相交時，宜垂直或與巖層走向呈大角度(30°)斜交，這樣有利于邊坡穩定。

但以上規則不能一概而論。在巖性堅硬、巖體完整，巖層間緊密接觸、無軟弱夾層的巖層中開挖邊坡，在適當的坡率下邊坡也是可以穩定的，不會形成順層滑坡。對于逆層邊坡，也不是什么情況下均可以穩定。當巖石風化程度高、巖性軟時及節理發育、巖體的完整性差時，巖體的穩定性主要取決于邊坡的坡率和防護；節理不利組合可造成邊坡楔形體破壞、節理組合可形成危巖。

山區公路定線應充分考慮在設線后誘發并加劇巖體邊坡地質災害的可能性，在考慮巖石力學性質、結構面力學性質、邊坡坡率的基礎上，綜合巖層構造、巖石節理發育狀況，謹慎地確定路線的線位和采取的工程措施[4-5]。

黃山至千島湖高速公路武陽段工可階段線位在大洲源河右岸。在初步設計階段勘察發現線位處巖層走向平行于線位，巖石傾向與切坡順層，此處巖石為千枚巖、中薄層粉砂巖，層間結合差，公路實施后如工程措施不到位易發生順層滑坡。為了確保安全、減少投資，地質選線建議將線位調整至大洲源河左岸。邊坡工程建設期間揭露發現巖層與坡向逆坡或大角度相交，未發生工程質量問題，證明此次地質選線建議是合理的[6-8]。

國道330寧國市胡樂鎮至皖浙界仁里村段沿溝谷布線，溝岸兩側為陡峭的山崖，巖性為震旦系細砂巖、粉砂巖，巖石堅硬～較硬，中厚層狀，巖層產狀為225°∠34°，層間結合緊密。公路改建工程如沿溝谷左側展線，形成的邊坡雖然是逆坡，但切坡的巖層層次比較多，巖石中節理與巖層面不利組合多，雖然坡體整體穩定，但坡體崩塌和落石較多，對公路運營安全形成較大的威脅；如沿溝谷右側展線，形成的邊坡雖然是順坡，但巖層層間結合緊密，巖性堅硬，合適坡率下難以形成順層滑坡，由于巖石中節理與巖層面不利組合少，形成邊坡后崩塌和落石少，有利于公路的安全。因此公路路線地質選線時建議從山谷的右側通過。

隧道位置的選擇應考慮巖層層理、劈理、軟弱夾層、不同巖性的接觸帶的物理性質及層間結合面、接觸面等的物理力學性質。層狀結構面走向與隧道軸向正交是最好的布置形式。層狀結構面走向與隧道軸向斜交，應使隧道軸向與巖層走向間夾角α>30°或垂直隧道軸向的巖層視傾角β<20°。若隧道軸向必須與巖層平行或呈小角度(<30°)斜交時，應選在巖性較好的層狀巖體中，結合層狀結構面的物理力學性質，研究順層滑動、不均勻地層壓力和偏壓等問題。在巖漿巖與沉積巖、變質巖的接觸之處，由于巖體節理發育、破碎，地下水易于聚集，隧道開挖時易產生塌方、偏壓和涌水，這時隧道位置選擇原則與斷層的選擇原則相同。

3.2.2 考慮構造體系選線

幾個構造體系的復合部位，如交匯處，構造系統往往彼此聯系，形成復雜的構造體系，褶皺、斷裂發育，巖層構造變動強烈，巖體破碎，不宜在此設置橋、隧等重要構造物。褶皺、斷裂構造的特征點處，如端點、拐點、交叉點等處，構造變動強烈，巖體破碎，有的還有活動性，不宜在此設置橋、隧等重要構造物。

宣城至涇縣高速公路建設工程工可階段B路線方案路線正好經過區域性深斷裂周王深斷裂與江南深斷裂的交匯帶，且此位置設置為橋梁。從地質構造選線角度，不推薦B路線方案。

3.2.3 考慮斷層選線

對于穩定的非活動斷層，因斷層破碎帶和兩側巖體的性質一般不同且不均勻，跨越其間的橋梁可能因不均勻沉降而產生破壞，因此應盡量通過合理布置墩臺位置，避開斷層的影響；無法避開時，應合理確定基礎形式，滿足地基抗滑、抗傾覆穩定性要求，同時考慮加強上部結構措施。選擇隧道位置時應盡力避開沿斷裂破碎帶走向布置，不易避開時應采用隧道軸線與斷裂走向線垂直或有較大的交角(>30°)通過。當隧道必須從斷裂帶附近平行斷裂帶走向通過時，應選在受斷裂影響較輕微的一盤，距破碎帶一定距離的較完整的巖層中通過。

省道217旌德至長安段改建工程經過績溪大斷裂。沿斷裂巖石破碎，角礫巖化、糜棱巖化，破碎帶寬數米至數十米。原公路與斷裂相交處為較高的邊坡。此處經常發生滑坡、崩塌，雖經抗滑樁處理仍然不穩定。公路改建在地質構造選線時建議將線位改到河對岸的灘地上，以橋梁和路基形式通過，避免在斷裂處形成邊坡。工程建成后運行良好，此段再沒發生過滑坡、崩塌等地質災害。

3.2.4 考慮褶皺選線

隧道不宜選在與向斜軸線重合位置，實在避不開時，則宜以與向斜軸向有較大交角通過。選擇隧道位置時，背斜的穩定性優于向斜[9]。

宣城至涇縣高速公路建設工程工可階段推薦路線K41+500～K47+600處為一背斜，軸向55°，地質構造選線建議路線不宜從褶皺軸部通過，建議從褶皺西翼通過，與褶皺軸向相交時以較大交角(宜大于30°)通過。

4 結語

本文論述了地質構造對公路工程的重要影響，總結了在公路工程地質勘察構造選線的經驗和教訓，通過實例驗證，對今后山區公路工程地質勘察選線提供了參考。