基于環境治理和公共安全淺析紅石峽景區地質災害發育類型與防治措施

摘要：紅石峽是由新元古代早期沉積的紅色石英砂巖在以構造控制為主，構造與自然侵蝕共同作用形成的線狀峽谷，受近SN和近EW向節理及水平層理影響，地質災害以崩塌為主。進行了地質災害成因分析并提出了針對性的防治對策。

關鍵詞：地質災害；崩塌；發育類型；防治對策

一、地質環境條件

紅石峽是一段由新元古代早期沉積的紅色石英砂巖在以構造控制為主，構造與自然侵蝕共同作用形成的線狀峽谷。區域性節理主要有近SN和近EW向兩組，其中一組走向約350°，另一組走向約280°，兩組區域性節理近垂直相交。節理帶的進一步發育即形成脆性斷裂，造成破碎或破劈理帶。由于南北向地勢的巨大差異，河流沿近SN向節理帶深度下切，最終形成長約1500m近南北向的峽谷，峽谷兩岸丹霞聳立，峽谷內水景依勢而生，或泉、或瀑、或溪、或潭，使紅石峽成為云臺山景區的核心景點。從紅石峽平面形態（圖1）中可以很清楚的看出，近EW向節理帶在峽谷全長范圍內的發育情況大致可分為平橋以南、平橋至龜背石之間、龜背石以北三段。

平橋以南約100m長度范圍內，南北向河谷兩岸峭壁對峙，幽深狹窄，構成“一線天”奇觀，近EW向節理僅在兩岸峭壁砂巖上有切割裂隙，未形成東西向溝谷。

平橋至龜背石之間約200m長度范圍內近EW向節理發育，該段河谷受近SN向和近EW向兩組節理帶共同控制，大體形成棋盤格式節理組合，節理帶破碎巖體在外營力的作用下崩落、搬運，峽谷開闊為甕形，兩側巖體破碎，東西向溝谷發育。

龜背石以北至黃龍瀑布段近EW向節理發育程度介于上述兩段之間，該段河谷收窄，但較“一線天”開闊，且河谷深度不大，兩岸東西向溝谷較為發育。

二、地質災害的發育類型

上述三段不同的構造特征、自然外營力和旅游通道對坡腳的破壞等因素決定了不同的地質災害發育類型。

（一）“一線天”段懸臂巖板離層斷裂

平橋以南約100m長度范圍內，河谷兩岸峭壁為砂巖夾薄層泥巖，人行步道開鑿于左岸峭壁中下部位置，步道頂板懸空部分寬約2.5～4.0m，厚度5～22m，整體穩定性較高。但層狀砂巖夾薄層泥巖結構類似于疊放在一起的多層懸臂板，層間通過泥巖夾層連結。當最下層砂巖的懸臂長度過大時，外端就會向下撓曲變形，并由外而內沿泥巖夾層與上部巖體脫離，最下部巖層離層得不到有效控制時就會從根部斷裂，形成墜落式崩塌，見圖2。

（二）平橋至龜背石段危巖體局部墜落式崩塌或整體傾覆式崩塌

該段峽谷開闊，巖體受近SN向和近EW向兩組節理帶共同控制，兩側巖體破碎，尤其以龜背石西側危巖體（圖3）最具代表性。

由圖3可以看出步道上部巖體被沿步道方向發育的裂隙切割為厚度0.3m～1.2m不等的薄層狀，叩擊有“啞聲”，從2013年11月巖壁局部墜落式崩塌后暴露出的裂隙帶看，只有局部未被裂隙切割，形成“巖楔”維持危巖體暫時穩定，大部分位置裂隙被細粒礦物充填，如圖4。加之冰劈和根劈作用，這些“巖楔”應力逐步增大并發生斷裂，最終導致坡體局部墜落或整體傾覆，直接威脅下方道路游客安全。

（三）龜背石以北坡面危巖體滾動墜落

龜背石以北近EW向節理發育程度介于“一線天”和雙拱橋甕形開闊段之間。該段兩側東西向溝谷中危巖體脫離母體后在自重和水流等作用下，沿溝谷向下運移，最終可能在溝口位置發生墜落，從而威脅谷底游客安全?？ㄔ邶敱呈髂戏较騼汕捅谥g的“懸石”（圖5）便是眾多順溝落石的“幸存者”，而其一溝所生“同胞兄弟”的或已被流水帶走，或堆積于溝口下部成為亂石灘。

三、地質災害的防治措施

紅石峽景區地質災害的防治有崩塌地質災害防治的普遍性，也有其作為景區災害防治的特殊性。紅石峽全長僅1500m，最窄處不足10m，最寬處也不過20余m，高峰時段單日游客數量超過5萬人，且為單線峽谷型景區，很多地段不存在避讓災害空間和時間條件，因此，應該綜合考慮預防和治理兩個方面，因地制宜地采取增加災害體的穩定性、遷改避讓、防止災害體啟動或啟動后改變其運動軌跡等措施，確保游客安全。

（一）增加災害體的穩定性

懸臂巖板離層斷裂或局部片落等危巖體局部墜落式崩塌的潛在崩塌體位于道路人流的正上方且距離很近，一旦災害啟動就將產生難以預測的人員傷亡。因此必需采取下部支撐或串層錨索加固等措施提高危巖體的穩定性，防治災害啟動。

（二）遷改避讓

當災害規模較大，治理工程實施較為困難時，可采取避讓措施，如圖3和圖4所示的危巖體，體量大治理困難，應將旅游步道遷改至災害體影響范圍以外。

（三）改變災害啟動后的運動軌跡

坡面危巖體滾動墜落，一般發生在縱向坡度不大的東西向溝谷內，脫離母體后的危巖體在墜落前一般經歷或長或短的滾動過程。因此，對于相對集中的危巖體可采用主動防護網限制其啟動，對于相對分散的危巖體，可在溝口設置被動防護網攔截其繼續滾動、墜落成災。

上述除懸臂巖板離層斷裂外，其余幾種均是地質災害治理工程中經常遇到且已形成較成熟做法的問題。以下就懸臂巖板離層斷裂形成墜落式崩塌體的防治工程進行討論。

紅石峽景區懸臂巖板離層斷裂主要發生在“一線天”段，該段崖壁陡立，崖壁巖體為層狀砂巖夾薄層狀泥巖。上部砂巖層略厚，單層厚度在200～280mm，平均約250mm；靠近旅游步道頂板的下部砂巖層較薄，單層厚度60～100mm，平均約80mm，如圖6。為簡化計算，設步道頂板的層狀砂巖厚度d=80mm，砂巖間泥巖的厚度設為0，懸臂總長度l=3m。

以步道靠山側為懸臂起始線，設巖體重度為27kN/m3，分別計算1～6層疊層（未發生離層破壞）巖板不同懸臂長度位置受拉側的拉應力如圖7。

由圖7可以看出，單層（厚度80mm）巖板由于離層造成懸臂長度達到3m時，巖板上部受拉側最大拉應力為9.112MPa，這遠超出砂巖的抗拉強度?，F場調查結果表明，最下層巖板多在由外向內離層造成懸臂長度2m左右斷裂，因此砂巖層的抗拉強度限值應為4～5MPa。因此應對最下部巖板施加一定的約束，防治離層發生。紅石峽景區開業初期，多采用鋼筋混凝土假樹對最下層巖板進行支撐，以約束其離層發展并取得了較好的效果。但是假樹支撐有以下兩個缺點：一是假樹占用旅游步道凈寬，使本就狹窄的步道通行更加困難，節假日旅游高峰時段經常造成游客擁堵；二是單棵假樹支撐面積有限，隨著離層面積的增大，需要不斷增設假樹，嚴重破壞景觀。為此，應探索新的危巖體控制措施。

圖7中不同層數疊合板的最大拉應力如圖8所示。由圖8可以看出，2層疊合時巖層最大拉應力與砂巖層的抗拉強度限值4～5MPa基本一致，3～6層疊層巖板的最大拉應力則遠小于砂巖層的抗拉強度限值，可采取穿層錨桿將下部薄層砂巖進行疊合，即通過錨桿預應力防止最下層巖板下撓變形造成離層并最終發生折斷破壞。

計算2～6層疊層懸臂巖板（單層厚度80mm，懸臂長度3m）與中性面不同間距位置的層間剪應力繪制成圖9，圖9中縱坐標0為疊層巖板厚度中心。由圖9可以看出，懸臂長度和自身重度一定的懸臂疊合板，在自重作用下產生的層間剪應力最大值總出現在疊合板厚度中間，且由嵌固端向懸臂端逐漸減小，最大剪應力與疊合板層數無關。

考慮到巖層最大水平拉應力與疊層板厚度的關系和景區錨桿鉆孔的難度，一線天段離層巖板治理采用1200mm長M18高強螺桿按間排距1400mm布置，形成串層錨桿。錨桿上部700mm采用植筋膠錨固，下部500mm采用螺母施加10kN預應力后注入聚氨酯封閉防腐。該治理工程于2012年冬進行了40m2的試驗段，目前該試驗段最下部懸臂巖板均未出現新的下撓變形，治理效果良好。

四、結論

從環境治理和公共安全角度來看，紅石峽“一線天”段步道頂懸臂巖板離層斷裂，平橋至龜背石段危巖體局部墜落式崩塌應采用串層錨桿（索）加固或下部支撐提高其穩定性；平橋至龜背石間危巖體整體傾覆式崩塌段治理工程實施困難，應將步道遷改至危巖體影響范圍以外；龜背石以北東西向溝谷中危巖體，可采用主動防護網限制其啟動或采用被動防護網在溝口攔截，防止危巖體墜落至游客區。串層錨桿可控制最下層巖板下撓離層，治理效果良好。

參考文獻

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