山區高速公路工程地質選線優選方法探討

王瑞云

（廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

在高速公路工程地質勘查工作中，合理選擇擁有最優地質條件的路線方案是一項重要工作。同時，應當做好沿線工程地質情況的勘測，尤其需要明確沿線是否存在被覆蓋但是卻不容易被發現的地質災害，在符合施工條件的情況下選擇出成本最低且對周邊環境不會形成破壞的方案。本文以某山區高速公路工程為例，探討山區高速公路工程地質選線優選方法，希望能夠為類似地區道路地質選線提供借鑒，促進我國山區高速公路建設。山區高速公路工程地質條件和地形條件復雜，位于低山丘陵區，峰巒疊嶂，四面環山。工程區存在軟土溶、順層、崩塌、巖堆等不良地質現象。復雜的地質條件和地形條件會嚴重影響路線選線，所以應該遵循科學選線、經濟選線、安全選線、環保選線的原則，對路線方案進行綜合比選。

1 山區高速公路地質選線優化相關概述

1.1 優化山區高速公路地質選線的重要作用

在選擇高速公路走向布局時，通常需要對當地的發展規劃進行綜合考慮，從而保證公路運輸的安全性、便捷性及高效性[1]。在地質選線過程中，重視地質選線優化，不但能夠提升公路建設質量，還能夠使資源可持續發展的要求得到更好的滿足。山區高速公路地質選線決定公路線形。

現階段，隨著私家車的普及和交通運輸行業的發展，高速公路地質選線必須提高水平。在進行高速公路地質選線時，應該對汽車行駛過程中的力學條件進行充分考慮，確保公路地質選線能夠更好地滿足駕駛員的需求，從而使交通安全事故發生的概率有效降低，為人們的生命和財產安全提供有效保障。

1.2 山區高速公路工程地質選線應遵循的原則

1.2.1 科學性原則

科學性原則主要體現在山區高速公路地質選線中的地質條件指標、技術指標等因素，這些因素都需要嚴格控制，保證滿足設計要求[2]。另外，在所有技術指標中縱面線形和橫面線形也需要滿足較高的要求。

1.2.2 經濟性原則

在經濟發展過程中，高速公路起到非常重要的作用。山區高速公路工程能夠使山區公路運輸網絡體系進一步完善，能夠加快山區經濟發展速度。與平原地區相比，山區高速公路建設需要投入更多的成本和時間。因此，在山區高速公路工程地質選線過程中，相關人員應該重視地質選線的經濟性。

1.2.3 安全性原則

山區高速公路由于線形不科學、縱坡線程長、縱坡數量多等，發生交通安全事故的概率較大[3]。為了使交通事故得到有效避免，應該以保證山區高速公路地質條件為基礎，加設應急車道至縱坡路段外車道。

1.2.4 環保性原則

山區擁有非常復雜的地質條件和地形條件，局部缺乏植被覆蓋，而地表植被具有足夠的穩定性。在進行山區高速公路工程地質選線時，應該盡量避免出現干擾土地結構的情況。對于缺少植被的路段，應該對山體開挖量進行嚴格控制，即使必須挖開山體也應該對填埋量進行適當增加，也可以將綠化植被種植在公路兩側和路基邊坡，保證植被根系的固土作用充分發揮，有效防治邊坡水土流失，保持生態系統平衡。

1.3 山區高速公路工程地質選線優選方法

想要實現山區高速公路路線方案地質條件的最優化，應該完成地質選線優選層次模型的建立，對各個分層中的內容進行明確。詳細如下：方案層為各路線方案，準則層為選擇條件，目標層為工程地質條件最佳路線方案。

在構建層次結構模型時，先要明確地質條件指標和權重。結合橋梁地基條件和隧道圍巖級別，能夠使路線方案中的水文地質條件、地質構造及地層巖性得到準確反映；工程施工導致地質災害的危害性、特殊巖土長度、不良地質條件的規模和處理難度，能夠使特殊巖石和不良地質條件得到準確反映[4]。另外，在影響路線方案合理性的因素中，壓覆礦產資源量也是重要因素。

在對工程地質選線方案進行評價時，可以對以下7個指標所占的權重進行明確。具體如下：壓覆礦產資源占0.25權重，引發地質災害的危險性占0.12權重，存在特殊巖土的規模占0.08權重，不良地質條件的規模和處理難度占0.25權重，橋梁地基條件占0.05權重，隧道圍巖級別占0.15權重，橋隧深挖比例占0.10權重。

在進行山區高速公路地質選線優選時，相關人員可以利用層次結構模型和各個指標的比重對地質選線的各項指標進行對比，完成對山區高速公路地質選線的最優化選擇。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

本工程的地質選線工作主要受到順層巖質邊坡和巖堆體的影響，這兩種地質類型也是大部分山區高速公路地質選線需要考慮的內容[5]。

2.2 順層巖地質選線優化

2.2.1 地質概況

在自然界中約有2/3的陸地存在層狀構造的沉積巖，所以山區高速公路工程也很難避免層狀巖體形成的邊坡工程[6]。當層狀巖體的層面與開挖邊坡的坡面具有一致的傾向和走向時，大多情況下將有順層巖質邊坡形成。工程實例表明，順層巖質邊坡具有危害大、問題多的特點，各地經常出現由于順層巖質邊坡滑坡導致的重大事故。

本工程某段巖性為侏羅系上統兜嶺群下亞組石英砂巖、泥質砂巖、粉砂巖、砂礫巖，巖層之間結合面一般。

2.2.2 順層邊坡影響分析

當巖層面與開挖坡面之間處于大角度相交的狀態時，順層滑動破壞發生的概率較小，但在處于小角度相交狀態時滑動破壞很可能發生。在相關的工程理論中，通常將巖層面與開挖坡面傾向接近，且走向夾角在30°以內的邊坡叫作順層邊坡。

針對順層巖體擁有較小傾角的情況，一般都是使用更大的開挖坡面傾角，在切斷巖層后會有臨空面形成，且很大可能會有沿軟弱夾層的滑動破壞形成。只要巖層傾角小于邊坡坡度，且巖層傾角在15°以上，順層滑動破壞的發生概率非常高，甚至有傾角不足10°的砂泥巖護層順層邊坡也會有順層滑動破壞發生[7]。

在工程建設中，大多利用順層清方的方式處理傾角在35°以上的順層邊坡。當傾角小于35°時，順層邊坡太高或清方量大時，應該與軟弱夾層的情況相結合對抗滑工程進行合理選擇，如錨索、錨固樁等。當邊坡存在較大高度，巖層傾角為中等或緩傾時，如果順層邊坡軟弱夾層具有較差的物理力學性質，需要很大的清方工程量，這時應對地質選線方案進行優化，降低順層邊坡高度，使設計路基的難度減小，進而使公路養護運營安全風險降低。

本工程的原設計方案為初測方案，中間低兩側高，為山谷地形。赤平極射投影可知，該路線與巖層走向之間存在15°夾角和20°左右巖層傾角，所以右側挖方邊坡為順層巖質邊坡。通過計算，路塹支擋工程存在非常大的下滑力，擁有很高的處理難度，存在非常大的安全風險。所以需要對原設計方案進行優化設計，對路塹邊坡高度進行降低。

2.2.3 優化地質選線方案

在布設本段地質路線時應該首先考慮如何避開右側順層邊坡。在開展一系列的工作后，決定在原設計方案的基礎上整體向左方移動20 m，雖然會在一定程度上增加左側路基的土石方工程量，但是能夠對右側順層邊坡進行有效規避，能夠使工程路基的安全性得到極大提升。順層巖地質選線優化示意圖如圖1所示，其中A線為原方案，K線為優化后的方案。

圖1 順層巖地質選線優化示意圖

2.3 巖堆地質區地質選線優化

2.3.1 地質概況

在山區高速公路工程中巖堆體這一地質現象十分常見，大多情況下巖堆體需要經過多個時期才能形成，穩定性會受到巖堆體幾何形態、巖堆體物質組成、路線布設、降雨情況及堆積床力學性質等因素的影響，很難有效開展地質勘探及評價其穩定性的工作，屬于山區公路勘察設計需要重點攻克的難題[8]。

本工程某路段為深丘地貌，擁有185～349 m高程，40 ～140 m相對高差，地形起伏較大。地質勘查發現，有坡崩積黏性土夾碎塊石覆蓋地表，厚度為15～30 m，下伏基巖為薄層煤線、炭質頁巖、砂巖夾泥巖等。通過對地質勘查進行綜合分析，明確該路段屬于巖堆體。該巖堆體屬于山前堆積體，在平面分布上近似橢圓形，此巖堆體擁有250 m左右的寬度，1 600 m的長度，20～30 m的厚度（平均厚度為25 m），1 000萬m3左右的體積，在巖堆體分類方面屬于巨型。

2.3.2 堆積體穩定性影響分析

在工程建設方面，巖堆地段的主要問題包括地基局部或整體失穩、地基沉降及邊坡坍塌等。調查發現，2010年該堆積體下方的公路曾有溜坍事故發生，導致路面出現沉降變形，并且有變形開裂在側溝出現，在河岸附近的自然邊坡中也有多處裂縫出現。巖堆體擁有34°左右基底橫坡，坡腳為沙溪河，河水沖蝕現象全年發生。分析自然坡面和原有公路的實際情況發現，該堆積體存在欠穩定現象。

在原地質路線設計中，利用橋梁或隧道的方式通過巖堆體下緣及中部。由于堆積體自身穩定狀態較差，如果仍然按照原設計開展工程建設，必須先綜合整治路線周圍的巖堆體。但巖堆體存在20～30 m的厚度，最高擁有34°基底橫坡，并且基底的主要成分為炭質頁巖和砂巖夾泥巖，具有較差的透水性，想要使工程建設的安全性要求得到滿足，必須投入較多的費用進行綜合整治，不但具有非常大的整治難度，后期還會出現較大的運營安全風險，所以需要對地質選線方案進行綜合比選，考慮對巖堆體進行繞避。

2.3.3 優化地質選線方案

通過上述分析可知，在進行地質選線時應該優先考慮對巖堆體進行繞避。經過綜合考量決定將新的路線設置在魚塘溪以北，這一方案雖然需要繞行較長的距離和較大的橋梁工程，但是其能夠實現對不穩定巖堆體的有效繞避，被本次工程所采用。巖堆體地質選線優化示意圖如圖2所示，其中A線為原方案，K線為優化后的方案。

圖2 巖堆體地質選線優化示意圖

3 結語

綜上所述，在規劃和設計山區高速公路工程的過程中，需要從科學性、經濟性、安全性、環保性等方面入手，結合山區高速公路的工程規模和造價等方面的因素，合理設置各個工程指標所占的權重，然后根據所占權重的情況對比多種地質選線方案，這樣才能夠選擇出最優的山區高速公路地質選線方案。同時，在實際開展工作的過程中，相關人員應該結合山區高速公路工程的實際地質情況開展綜合研判，從而在地質選線時有效規避各種無法滿足穩定性要求的地質。另外，雖然本次研究成果能夠為相關人員開展山區高速公路地質選線工作提供一定的借鑒意義，但是由于研究的工程案例較為單一，導致研究結果存在一定的局限性，在未來筆者將針對更多的山區地質開展高速公路地質選線研究工作。