北京市懷柔區(qū)范崎路K29+500m處崩塌成因分析與成功預(yù)警處置啟示

于淼，南赟，胡福根，王海芝

（北京市地質(zhì)災(zāi)害防治研究所，北京 100102）

2022年7月1日午時(shí)，北京市懷柔區(qū)范崎路K29+500 m處發(fā)生崩塌，北京市地質(zhì)災(zāi)害防治研究所應(yīng)急調(diào)查隊(duì)伍響應(yīng)迅速，2 h內(nèi)趕赴災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)開展應(yīng)急調(diào)查工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況迅速研判、處置及時(shí)，當(dāng)日16時(shí)20分，8名道路養(yǎng)護(hù)人員成功避險(xiǎn)二次崩塌災(zāi)害。7月6日早5時(shí)，該點(diǎn)再次發(fā)生崩塌。因7月5日17時(shí)，北京市規(guī)劃與自然資源委員會(huì)根據(jù)氣象會(huì)商結(jié)果，發(fā)布了范崎路K27—K45為崩塌災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)黃色預(yù)警，研判該路段崩塌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較高，道路交通主管部門積極響應(yīng)，采取道路封控和專人值守措施，再次成功避免了因崩塌災(zāi)害造成的人員傷亡和車輛損失。本文根據(jù)多年一線應(yīng)急經(jīng)驗(yàn)，闡述了懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及道路沿線崩塌隱患特征，重點(diǎn)分析了K29+500 m處崩塌成因，總結(jié)了2次成功避險(xiǎn)的經(jīng)驗(yàn)，為新形勢(shì)下首都地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。

1 懷柔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

北京西靠太行山脈，北鄰燕山山脈，地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造活動(dòng)劇烈，人類工程活動(dòng)頻繁，是一座地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育的特大型城市（南赟等，2020；王海芝等，2022）。2022年北京市最新公布已查明地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)8 186處，主要分布在西部門頭溝、房山和北部密云、懷柔、延慶等區(qū)（圖1-a）。其中崩塌6 169處，占全市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)75.36%（北京市規(guī)劃和自然資源委員會(huì)，2022）；2021年北京市發(fā)生突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害104起，其中崩塌100起，位于道路沿線88起，占全年災(zāi)害總數(shù)的84.6%（北京市地質(zhì)災(zāi)害防治研究所，2021）。

懷柔區(qū)位于北京北部，地處燕山南麓，地勢(shì)北高南低，地形地貌復(fù)雜，存在著崩塌、滑坡、泥石流、不穩(wěn)定斜坡4類突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。截至2022年6月，懷柔區(qū)查明突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)973處，占全市11.89%，其中崩塌696處、泥石流214處、不穩(wěn)定斜坡54處、滑坡9處（圖1-b）。懷柔區(qū)道路沿線崩塌537處，占懷柔區(qū)總隱患點(diǎn)55.19%，是威脅懷柔區(qū)最主要的地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 北京市地質(zhì)災(zāi)害隱患統(tǒng)計(jì)圖（2022年）Fig.1 Statistical chart of geological hazards in Beijing（2022）

2021年懷柔區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害52起，其中崩塌災(zāi)害50處、滑坡2處，累計(jì)崩、滑方量1.2×104m3，造成直接經(jīng)濟(jì)損失168.91萬元。50處崩塌方量多為10～200 m3（圖2），災(zāi)害規(guī)模和險(xiǎn)情等級(jí)均為小型，具有數(shù)量多、規(guī)模小、監(jiān)測(cè)難、隱蔽性強(qiáng)、易發(fā)性高、預(yù)警預(yù)報(bào)難度大等特征。

圖2 懷柔區(qū)崩塌災(zāi)害方量統(tǒng)計(jì)圖（2021年）Fig.2 Statistical chart of collapse disaster quantity in Huairou District（2021）

2 懷柔區(qū)道路沿線崩塌隱患基本特征及主控因素分析

2.1 崩塌的時(shí)空特征

1）時(shí)間特征

2003—2019年，北京共發(fā)生崩塌災(zāi)害275起，主汛期7月、8月共發(fā)生189起，占全部崩塌災(zāi)害總數(shù)的69%（王海芝等，2020）。2021年懷柔區(qū)山區(qū)降雨58次，平均降雨量827.5 mm，近常年同期2倍，52起地質(zhì)災(zāi)害全部發(fā)生于汛期，表現(xiàn)為“7·13”、“7·20”2次強(qiáng)降雨過程頻發(fā)，發(fā)災(zāi)時(shí)間與降雨密切相關(guān)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，北京市降雨與崩塌災(zāi)害耦合性強(qiáng)，災(zāi)害發(fā)生與前期1～5 d的降雨相關(guān)性最大（任凱珍等，2022；甘璐等，2020；劉艷輝等，2009），是崩塌災(zāi)害的直接誘因（郭英等，2022；曾芮等，2018）。

2）空間特征

懷柔山區(qū)主要道路多呈南北向展布，受自然地質(zhì)環(huán)境條件影響，道路蜿蜒崎嶇，多依山或沿坡而建，空間分布具有一定規(guī)律。崩塌災(zāi)害隱患主要集中在G111（72處）、G234（46處）、G335（46處）、S213（10處）、S308（4處）、S309（17處）、X004（40處）、X020（8處）、X211（19處）、X009（12處）等道路沿線，集中分布在琉璃廟鎮(zhèn)、寶山鎮(zhèn)、湯河口、長哨營4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（李巖等，2022）圖3；分布呈現(xiàn)出國道、省道、重點(diǎn)縣道點(diǎn)數(shù)多、密度小，非重點(diǎn)縣鄉(xiāng)道路點(diǎn)數(shù)少、密度大的特點(diǎn)，呈現(xiàn)這種分布規(guī)律的原因是國道、省道、重點(diǎn)縣道路程長，承擔(dān)著區(qū)內(nèi)大部分交通任務(wù)，修路時(shí)人工切坡規(guī)范，后期坡面防護(hù)工作到位；非重點(diǎn)道路路程短，承擔(dān)著交通任務(wù)輕，修路時(shí)人工切坡危巖清理不徹底，后期坡面防護(hù)工作不到位。

圖3 懷柔區(qū)崩塌隱患分布圖Fig.3 Distribution map of potential collapse hazards in Huairou District

2.2 主控因素分析

1）地層巖性

懷柔區(qū)地層巖性多變，廣泛出露中上元古界長城系、薊縣系、青白口系，中生界侏羅系、早白堊系火山巖，第四系則分布于全區(qū)（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991）。道路出露地層巖性主要有花崗巖、閃長巖、安山巖、片麻巖，長城系及薊縣系白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、砂巖，青白口系粉砂巖，侏羅系凝灰?guī)r、粉砂巖，以及第四系殘坡積沖洪積碎石土等。崩塌一般發(fā)育在巖石堅(jiān)硬、性脆、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育的基巖坡面，與人類工程活動(dòng)關(guān)系密切，坡度多大于55°，植被覆蓋率較高。

2）構(gòu)造

懷柔區(qū)地處燕山臺(tái)褶帶之承德迭隆斷與密（云）懷（來）中隆斷交會(huì)部位，特殊的大地構(gòu)造位置致使區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造活動(dòng)十分發(fā)育，斷裂構(gòu)造以近東西向、北東向及近南北向?yàn)橹鳎笠?guī)模巖漿巖侵入造成區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征的進(jìn)一步復(fù)雜化。近南北向青石嶺斷裂展布于云蒙山巖體西部，受該斷裂帶強(qiáng)烈作用，附近地形切割強(qiáng)烈，山高谷深，同時(shí)山體巖石遭受嚴(yán)重破壞；北東向崎峰茶-琉璃廟斷裂構(gòu)造位于懷柔區(qū)中部，其北東端與青石嶺斷裂相接，該斷裂經(jīng)歷了多期活動(dòng)，派生了一系列次級(jí)北東向及北西向小型斷裂，致使地形切割強(qiáng)烈，山體破碎，不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。2處斷裂構(gòu)造對(duì)道路沿線發(fā)育的崩塌災(zāi)害起到了重要的控制作用。

3）人類工程活動(dòng)

懷柔是北京重要的旅游文化風(fēng)景區(qū)，區(qū)內(nèi)道路工程建設(shè)頻繁，在修路過程中存在不合理開挖坡腳，形成陡峭邊坡，破壞了原有的地形、地貌及植被，致使巖體風(fēng)化加速，卸荷松動(dòng)，形成高陡邊坡和破碎危巖體，加之防護(hù)措施工程滯后，坡體在震動(dòng)、降雨及風(fēng)化等促發(fā)因素下，容易誘發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害。近年來，G111、G234、G335、S309和X004等主干公路人類工程活動(dòng)頻繁，沿線多發(fā)育垂直落差較大的陡坡、陡崖，主汛期多次發(fā)生崩塌災(zāi)害，威脅過往車輛和行人的安全。

3 范崎路K 2 9+5 0 0 m崩塌災(zāi)害成因分析

3.1 范崎路K 29+500 m崩塌基本特征

崩塌位于范崎路K29+500 m路西側(cè)，屬低山溝谷地貌，雖海拔較低，但地勢(shì)落差較大，點(diǎn)位東南側(cè)溝底至山脊最高點(diǎn)相對(duì)高差約160 m。災(zāi)害坡體長約30 m、寬約100 m、高約25 m、坡向140°、坡度約80°。坡體巖性為大理巖化白云巖，層理S0：220°∠40°，中等風(fēng)化，基巖較破碎，發(fā)育2組節(jié)理及不規(guī)則裂隙，節(jié)理產(chǎn)狀分別為J1：40°∠85°、J2：140°∠80°。坡體頂部上覆第四系坡積物，厚度5～20 cm，灌木發(fā)育。3次崩落位置位于邊坡中上部，距離地面高度分別約為15 m、20 m、25 m，水平運(yùn)動(dòng)距離最遠(yuǎn)7 m（圖4）。崩塌方量分別為40 m3、30 m3、60 m3，堆積體造成道路中斷，損毀路側(cè)護(hù)欄數(shù)米，主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)百余平，直接經(jīng)濟(jì)損失13.9萬元，規(guī)模和災(zāi)情等級(jí)均為小型。

圖4 范崎路K29+500 m崩塌全貌Fig.4 Full view of collapse at Fanqi Road K29+500 m

3.2 范崎路K29+500 m崩塌成因分析

崩塌成災(zāi)觸發(fā)因素復(fù)雜（趙忠海等，2018；任凱珍等，2017），災(zāi)害形成和發(fā)生受地形地貌、巖土成分、地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)在因素和氣象條件、人為作用外在因素及其組合共同控制，內(nèi)外因素耦合累積作用或隨機(jī)引發(fā)達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)就會(huì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害（劉傳正，2019）。

1）道路工程建設(shè)開挖坡腳，破壞巖土體自然穩(wěn)定狀態(tài)，形成25 m高陡峭邊坡，中上部危巖體臨空，為崩塌災(zāi)害的孕育形成提供了有利的地形條件。

2）路段內(nèi)巖性較單一，主要出露長城系高于莊組白云巖，大理巖化較強(qiáng)，巖石中等風(fēng)化、性脆、構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，礦物顆粒間隙大，吸水后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。

3）層理S0傾向與坡面斜交，傾斜坡外，層厚1～2 m。主控節(jié)理面J2即為坡面，壁面陡立且平整光滑，是崩塌巖體的關(guān)鍵切割面。節(jié)理面J1與主控節(jié)理和層理大角度相交，將巖體切割成塊體，形成危巖體，赤平投影分析，危巖體向106°方位發(fā)生崩滑可能性大（圖5）。

圖5 范崎路K29+500 m崩塌赤平投影分析Fig.5 Stereographic projection of collapse at Fanqi Road K29+500 m

4）坡面及坡頂發(fā)育灌木，可見節(jié)理面內(nèi)植被根系穿插生長，根劈作用加劇了巖體破碎程度。

5）該處7日內(nèi)累計(jì)降雨45 mm，降雨沿節(jié)理裂隙入滲，使基巖與覆蓋物容重增加，結(jié)構(gòu)面抗滑力降低，在重力作用下破碎巖石沿節(jié)理面失穩(wěn)崩塌。降雨是形成本次崩塌災(zāi)害的直接誘因，崩塌類型為三級(jí)牽引式墜落型。

4 成功預(yù)警處置啟示

4.1 基本掌握災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)底數(shù)

北京市各級(jí)政府及相關(guān)主管部門高度重視地質(zhì)災(zāi)害防治工作，貫徹落實(shí)黨的十八大以來習(xí)近平總書記關(guān)于防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)一系列重要指示批示精神，堅(jiān)持以人民為中心的發(fā)展思想，扎實(shí)開展地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別與評(píng)價(jià)工作，建立高效科學(xué)的自然災(zāi)害防治體系。范崎路K29+500 m處崩塌是2019年開展的“北京市山區(qū)道路沿線崩塌、滑坡災(zāi)害隱患精細(xì)調(diào)查與評(píng)價(jià)”項(xiàng)目識(shí)別的隱患點(diǎn)之一，2022年納入北京市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)臺(tái)賬管理，崩塌災(zāi)害的成功預(yù)警是地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別與評(píng)價(jià)工作的重要體現(xiàn)。

4.2 應(yīng)急工作機(jī)制不斷健全

北京市突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查大隊(duì)成立于2003年，成立至今形成了與北京市規(guī)劃與自然資源委員會(huì)和10個(gè)分局保持應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，汛前排查、汛中調(diào)查、汛后核查的地質(zhì)災(zāi)害“三查”工作機(jī)制。近年來，政府部門逐步健全了氣象、水文、交通、防災(zāi)多部門聯(lián)動(dòng)預(yù)警機(jī)制，開展了地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)化預(yù)警工作，為地質(zhì)災(zāi)害防治主管部門、市道路交通主管部門精細(xì)化管理工作提供了技術(shù)支撐。范崎路K29+500 m處崩塌是公路部門發(fā)現(xiàn)并上報(bào)，防災(zāi)部門開展應(yīng)急調(diào)查并聯(lián)合氣象部門發(fā)布預(yù)警，交通部門積極響應(yīng)并落實(shí)防災(zāi)聯(lián)動(dòng)應(yīng)急工作機(jī)制的成功避險(xiǎn)案例。

4.3 應(yīng)急技術(shù)能力明顯提高

近年來，應(yīng)急調(diào)查大隊(duì)積極推進(jìn)無人機(jī)、邊坡雷達(dá)和三維激光掃描等非接觸式現(xiàn)代化應(yīng)急裝備的應(yīng)用，為準(zhǔn)確研判和科學(xué)處置提供了技術(shù)依據(jù)，應(yīng)急技術(shù)能力明顯提高。范崎路K29+500 m處崩塌調(diào)查采用地面調(diào)查和無人機(jī)遙感相結(jié)合，掌握了地面災(zāi)害體基本特征，克服了高陡危險(xiǎn)邊坡人不能到達(dá)的弱點(diǎn)，觀測(cè)到災(zāi)害邊坡高陡位置細(xì)節(jié)特征，調(diào)查方法合理，測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，變形趨勢(shì)研判及時(shí)，處置方法科學(xué)，專業(yè)支撐作用明顯。

5 結(jié)論與建議

1）道路崩塌是懷柔區(qū)最主要的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)行人和車輛造成嚴(yán)重威脅。崩塌受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和人類工程活動(dòng)影響明顯，具有數(shù)量多、規(guī)模小、高易發(fā)、難監(jiān)測(cè)、隱蔽性強(qiáng)、預(yù)警預(yù)報(bào)難度大等特征。

2）懷柔區(qū)降雨與崩塌災(zāi)害耦合性強(qiáng)，崩塌災(zāi)害多在主汛期強(qiáng)降雨過程中集中頻發(fā)，空間分布呈現(xiàn)出國道、省道、重點(diǎn)縣道點(diǎn)多、密度小，非重點(diǎn)縣鄉(xiāng)道路點(diǎn)少、密度大的特點(diǎn)。

3）范崎路K29+500 m 3次災(zāi)害為降雨誘發(fā)的牽引式墜落崩塌，陡峻的邊坡及局部巖體臨空為崩塌災(zāi)害的孕育形成提供了有利的地形條件；地層巖性和斷裂構(gòu)造導(dǎo)致巖體破碎，為崩塌的形成提供了有利的地質(zhì)條件；人類工程活動(dòng)和生物作用加劇了崩塌的變形；降雨是崩塌發(fā)生的直接誘發(fā)因素。

4）范崎路K29+500 m崩塌災(zāi)害的成功避險(xiǎn)，是黨、政部門對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的高度重視、專業(yè)應(yīng)急調(diào)查隊(duì)伍風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和應(yīng)急處置能力不斷提高和多部門聯(lián)動(dòng)響應(yīng)積極落實(shí)的體現(xiàn)，可為類似情況下防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。

5）地質(zhì)災(zāi)害防治工作是一項(xiàng)復(fù)雜的、長期的系統(tǒng)工程，崩塌災(zāi)害預(yù)測(cè)尚為世界難題，仍需加強(qiáng)崩塌災(zāi)害形成機(jī)理、致災(zāi)規(guī)律和早期識(shí)別等基礎(chǔ)理論研究，科學(xué)有效地化解重大地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

6）現(xiàn)階段建議實(shí)行“隱患點(diǎn)+風(fēng)險(xiǎn)區(qū)雙控”模式，做好單點(diǎn)和區(qū)域、公路路段的排查及預(yù)警工作，重點(diǎn)防范與人類活動(dòng)相關(guān)的農(nóng)村切坡建房隱患點(diǎn)和公路開挖形成的基巖裸露路段。