西部山區(qū)公路泥石流的選線與整治實(shí)踐

陳朝紅

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概 述

217公路工程泥石流形成區(qū)處于上游河谷侵蝕高山區(qū)，呈峽谷地貌，海拔高程2 200～2 800 m，該河段河谷較寬闊，寬度120～140 m，兩岸山勢(shì)陡峻，基巖裸露，沖溝地貌發(fā)育。河流右岸發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級(jí)基座階地，階面平坦，寬度80 m左右。現(xiàn)狀公路從泥石流形成區(qū)前緣通過(guò)，公路右側(cè)距現(xiàn)代河床20～50 m，最近處僅12 m，路面與現(xiàn)代河床高差8～10 m，泥石流由河右岸推向河谷，河道受泥石流淤塞，較為狹窄，現(xiàn)狀公路長(zhǎng)度有550 m通過(guò)該泥石流。

泥石流形成區(qū)巖性為第四系全新統(tǒng)(Q4sef)泥石流堆積的碎塊石土，厚度大于15 m，物質(zhì)來(lái)源主要為泥石流形成區(qū)巖體風(fēng)化剝落、崩塌形成，岸坡及泥石流下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)灰黑色、暗灰色變板巖，基巖為堅(jiān)硬巖石，受構(gòu)造應(yīng)力影響，節(jié)理、裂隙較發(fā)育。工程區(qū)屬天山中部北麓山區(qū)氣候亞區(qū)，四季氣溫懸殊，氣候較干燥少雨，山區(qū)地形高程對(duì)降水量有較大影響，地下水類型主要為基巖裂隙水。

2 泥石流形成區(qū)特征概述

泥石流形成區(qū)主要分布在海拔高程4 500 m左右極高山的冰川區(qū)上，由于區(qū)域內(nèi)地震、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)頻繁，巖體風(fēng)化、崩塌等現(xiàn)象較為發(fā)育，并且受到冰川侵蝕作用，冰磧物、冰磧堤等地質(zhì)體、冰川地貌發(fā)育，固體物質(zhì)儲(chǔ)備量大，形成區(qū)物質(zhì)來(lái)源較為豐富。冰川下部冰磧物至公路之間發(fā)育良好的溝谷形態(tài)，陡峻的溝谷為泥石流迅速下泄提供了良好的溝床條件，形成泥石流的流通區(qū)，該溝谷總體形態(tài)較為順直，總長(zhǎng)度約4.0 km，平均寬度約1.2 km，流域面積約3.92 km2。

泥石流總體形態(tài)呈典型的扇裙形，泥石流堆積區(qū)洪積扇面積6.4萬(wàn)m2，地面自然坡度12°～18°，泥石流后緣發(fā)育大沖溝，該沖溝較為順直，沖溝橫斷面呈“V”字形，底寬20～40 m，沖溝兩岸岸坡較為陡立，坡度40°～50°，沿沖溝方向地形坡度20°左右，延伸長(zhǎng)度較長(zhǎng)[1]。據(jù)調(diào)查以及向公路養(yǎng)護(hù)單位了解，該路段多年來(lái)一直受到泥石流的威脅，每年雨季都會(huì)有泥石流發(fā)生，平均每年1～3次。

該泥石流由于形成區(qū)物質(zhì)來(lái)源豐富，固體物質(zhì)儲(chǔ)備量較大，且流通區(qū)上部沖溝地形較為順直，坡度較大，有利于泥石流向下排泄，由于形成區(qū)物質(zhì)不斷產(chǎn)生，因此多年來(lái)該路段不斷有泥石流發(fā)生，但規(guī)模均較小，對(duì)道路危害程度一般。泥石流處于侵蝕高山區(qū)的峽谷地段，泥石流流域?yàn)闇瞎刃蛻B(tài)，流域面積約4 km2，按固體物質(zhì)成分及流體性質(zhì)劃分為粘性泥石流，泥石流形成區(qū)坡陡，崩塌、巖堆十分發(fā)育，風(fēng)化作用劇烈，固體儲(chǔ)備量較大，流通區(qū)溝床坡度大，泥石流作用強(qiáng)烈[2]。

泥石流巖性為第四系全新統(tǒng)(Q4sef)崩坡積的碎塊石土，塊石最大粒徑可達(dá)60 cm，碎石粒徑一般在5～20 cm，碎塊石磨圓一般，多為次棱角狀。碎塊石天然密度2.06～2.18 g/cm3，含水量2.5%～4.0%，相對(duì)密度0.30～0.38，地基允許承載力350kPa。

3 整治方案及比選

根據(jù)該段線路的工程地質(zhì)條件，本階段設(shè)計(jì)了三個(gè)方案通過(guò)泥石流，一條隧洞方案、一條明洞方案和一條路基方案[3，4]。

3.1 各比選方案工程地質(zhì)條件

(1)方案Ⅰ的工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

該方案為隧道方案，采用繞避方法，近泥石流線路向左提前進(jìn)入山體進(jìn)洞，洞線全長(zhǎng)約620 m。

隧道進(jìn)口段：洞臉邊坡巖層為泥盆系中統(tǒng)灰黑色變質(zhì)板巖，基巖屬堅(jiān)硬巖石，受構(gòu)造應(yīng)力影響。巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，巖石圍巖彈性波速1 500～2 200 m/s，完整性系數(shù)0.50，屬Ⅳ級(jí)圍巖。洞身段：巖性為泥盆系中統(tǒng)深灰色厚層狀變質(zhì)板巖，基巖屬堅(jiān)硬巖石，洞身位于微風(fēng)化-新鮮巖體中，洞線方向與巖體中層面方向近垂直，成洞條件較好。巖石飽和抗壓強(qiáng)度55～65 MPa，圍巖彈性波速4 000～4 800 m/s，完整性系數(shù)0.70，彈性抗力系數(shù)為900～1 200 MPa/m，靜彈性模量15～25 GPa，泊松比0.29，屬Ⅱ級(jí)圍巖。出口段：深灰色厚層狀變質(zhì)板巖，位于強(qiáng)風(fēng)化巖體中。圍巖彈性波速1 500～2 200 m/s，屬Ⅳ級(jí)圍巖。

(2)方案Ⅱ的工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

該方案為隧道方案，線路通過(guò)泥石流堆積區(qū)中部，洞線全長(zhǎng)約470 m。

隧道段圍巖地層為第四系泥石流堆積的塊碎石夾土，呈灰色或灰黑色，中密或密實(shí)狀態(tài)，干燥～稍濕，根據(jù)鉆探及物探測(cè)試驗(yàn)成果該層厚度大于35 m，動(dòng)彈擊數(shù)18～25擊。塊碎石夾土，天然密度2.08～2.15 g/cm3，含水量2.2%～3.5%，相對(duì)密度0.30～0.38，圍巖彈性波速450～600 m/s，完整性系數(shù)0.35，彈性抗力系數(shù)為70～120 MPa/m，靜彈性模量1.0～1.5 GPa，泊松比0.40，屬Ⅴ級(jí)圍巖。

(3)方案Ⅲ的工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

該方案為路基方案，線路通過(guò)泥石流堆積區(qū)前緣，基本沿老路線通過(guò)，過(guò)泥石泥段線路長(zhǎng)度600 m，地層為第四系(Q4sef)沖積、泥石流堆積的漂卵石夾土及礫石土層，承載力滿足要求。碎塊石土最大粒徑可達(dá)60 cm，碎石粒徑一般在5～20 cm，碎塊石磨圓一般，多為次棱角狀。碎塊石天然密度2.06～2.18 g/cm3，含水量2.5%～4.0%，相對(duì)密度0.30～0.38，地基允許承載力350 kPa。

3.2 各方案工程地質(zhì)條件比較

(1)方案Ⅰ的優(yōu)缺點(diǎn)

該方案采用隧洞方案，避開(kāi)了泥石流災(zāi)害。線路巖性為泥盆系中統(tǒng)深灰色厚層狀凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖，基巖屬中硬—堅(jiān)硬巖石，成洞條件好。但洞身段位于泥石流主溝槽處下部，基巖埋深起伏不定，無(wú)法判斷其上覆巖體厚度，其成洞條件有待進(jìn)一步研究[5]。

(2)方案Ⅱ的優(yōu)缺點(diǎn)

該方案為隧道方案，線路通過(guò)泥石流堆積區(qū)中部，可以避開(kāi)泥石流沖擊破壞。沿線地層為第四系沖積、泥石流堆積的漂卵石夾土及礫石土層，多呈松散狀態(tài)，成洞條件差，開(kāi)挖方量大，施工工藝較復(fù)雜。如發(fā)生強(qiáng)烈流石流易對(duì)近溝床處洞身造成破壞。

(3)方案Ⅲ的優(yōu)缺點(diǎn)

該方案為路基方案，線路通過(guò)泥石流堆積區(qū)前緣，基本沿老路線通過(guò)，地層為第四系沖積、泥石流堆積的漂卵石夾土及礫石土層。該方案未避開(kāi)泥石流，不能根治泥石流的危害，如發(fā)生泥石流，一般情況只需進(jìn)行平常的路基清淤工作，會(huì)短暫地阻斷交通[6]。

經(jīng)過(guò)以上分析，各方案工程地質(zhì)條件各有優(yōu)缺點(diǎn)，均沒(méi)有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，從泥石流對(duì)各方案的危害程度以及潛在危害情況相比較，我們認(rèn)為方案Ⅲ略優(yōu)于其它方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

本工程線路經(jīng)過(guò)高山峽谷地段， 自然條件惡劣，受地形條件影響，線路布置條件有限，無(wú)法進(jìn)行完全繞避，因此線路的選擇主要根據(jù)泥石泥發(fā)育特征和相關(guān)工程地質(zhì)條件， 結(jié)合公路運(yùn)行現(xiàn)狀情況，從泥石流對(duì)各方案的危害程度以及潛在危害情況相比較，將線路布置于泥石流堆積區(qū)前緣，將泥石流對(duì)線路的危害程度降到最低。