牛背至天水高速公路路域地质环境安全对道路工程稳定性的影响分析.pdf

第 3 O卷第 6 期 2 0 0 8年 1 2月 冰 川 冻 土 J OURNAL OF GI ACI OI OGY AND GEOCRYOLOGY Vo1 ． 3O NO．6 De c ． 2 0 0 8 文 章编 号 1 0 0 0 0 2 4 0 2 0 0 8 0 6 1 0 7 8 0 6 牛背至天水 高速公路路域地质环境 安全对道路 工程 稳定性 的影 响分析 I mpa c t o f Env i r o nme nt a l Ge o l o g i c a l Sa f e t y o n Roa d Eng i ne e r i ng St a bi l i t y i n H i g hwa y En gi n e e r i ng Do ma i n o f Ni u be i Ti a ns hu i Exp r e s s wa y，Ga ns u 刘长江， 杨／-自7 义， 马历权， 贺宵鹏 甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司 ，甘肃 兰州 7 3 0 0 3 0 摘要 天 水 宝 鸡 高速公路牛背至天水段 丁程线路 所经过 的是 多断裂带 、岩性 较差 、多地质 灾害 且处 高地 震烈 度的不 良地质 区域 ， 公路工 程可能遭受滑坡 、 泥 石流 、 崩 塌 、黄土湿陷等地 质灾 害威 胁 ， 同时工程开挖形成 的一些边坡其稳定性较 差 ， 有诱 发地 质灾害的可能．地质灾害主要对居 民、 公路 、 农 田等构成 危害 ， 但现状评估无危 险性 大的地质灾害点．对区 内地 质灾害在采 取必要 的预防和 防治措施 条件 下 ， 并在施工过程 中注 意对地质 环境 的保 护 ， 能够保证道 路工程的稳定性和达到安全运行的要求． 关键 词 地质环境安全 ； 灾害评估 ； T程影 响 ； 减缓措施 ；山区公路 中 图 分 类 号 X8 2 0 ． 2 文 献 标 识 码 A 0 引 言 山 区公 路环 境 载体 主要 是 自然 环 境 ，也 是地 质 环境 ， 地 质环 境在 自然 作用 和人 类 工 程活 动 下会 发 生多种 变化 ． 山 区一般地 形 地质 条 件 复杂 ，环境 脆 弱及 地质 灾害 多发 ， 高 速公 路 的建 设 不可 避 免 的要 切坡 、 填 沟 、打 洞 隧 道 ，对 地 质 环 境造 成 严 重 破 坏 ，处理 不好 还会 诱 发 和加 剧 各 种地 质 灾 害 ， 增 加 公路 建设 投资 ， 影 响 工期 ，甚 至 给运 营 阶段 带来 严 重 的安全 隐患 ；目前大 量 的T程 技 术 活 动对 地 质环 境 的影 响 程度越 来 越显 著l 1 ] ． 由于人 为的工 程 技术 活动 多集 中于人 口聚集 、 经 济 建设 活 跃 的地 区． 因 此 ，对 这 些 地 区带 来 的环 境 影 响 更 为严 重 ，例 如 ， 在 山 区或 山前 平 原 的斜 坡 地 带 ，修 建 铁 路 、公 路 、 水利 工程 ， 工 业与 民用 建 筑 ，常 常 由于 缺 乏 环境 意 识 ，人 为 的造 成 坡 体稳 定 性 破 坏 ， 形 成 崩 塌 、滑坡 以及在 暴 雨 季 节 导致 泥 石 流 等 灾 害[ 3 ] ． 天 水 宝 鸡 高速公 路 牛背 至天水 段 工程线 路所 经过 的是 多 断裂破 碎 带 、岩性 较差 、多 地 质 灾 害且 处 高地 震 烈 度 的不 良地质 区域 ， 为 了确 保工 程 建设 的成 功并 最 大 限度 的降低地 质 环境对 工 程 的不 利影 响 ，需要 对 路域地 质 环境进 行 详细 的调 查 ， 并 对其 环 境 地质 安 全性做 出评价 j ． 1 依托工程概况与 区域地理环境 背景 连霍 国道 主 干 线 GZ 4 5 天 水 宝 鸡 高 速 公 路牛 背至 天水 段工 程是 国家 规划 中 的高速公 路 网 中 横线 E 3 0连 云 港一 霍 尔 果 斯 高 速 公 路 的一 部 分 ，公 路从 陕甘 两省 分界 处 的牛背 沿渭河 河 谷西行 布线 至 东岔镇 ，穿过 尖坡 梁 隧道 后 离 开渭 河 峡 谷 ， 沿 其 支 流东 岔河 西行 ， 在 大水 峪 沟 进 人 大坪 里 隧 道 ，经 大 坪里越 岭 隧道后 进 入嘉 陵江 流域 ，穿越 上 仙 坪 隧道 后进 入嘉 陵江 支流 百 花河 流 域 ， 沿 百 花 河 西行 ，经 花石 山 1 隧道 之 后 进入 嘉 陵 江 支流 永 宁河 的上 游 收 稿 日期 2 0 0 8 0 7 2 0 ；修 订 日期 2 0 0 8 0 9 1 1 基 金项 目交通部西部交通建设科技项 目 2 0 0 4 3 1 8 0 0 0 5 7 资助 作 者简 介 刘长江1 9 7 0 ，男 ，高级工程 师 ， 河北新城人 ，l 9 9 3年毕业 于西安公路学 院， 现主要从事交通工程监理和工程设 计 E ma i l l i u c j g a ns u h c ． C O I I l 6期 刘长江等 牛背至天水高速公路路域地质环境安全对 道路 ． [ 程 稳定性的影响分析 1 0 7 9 石 咀 沟 ， 穿 越花 石 山 2 隧道 ， 包 家沟 隧道进 人嘉 陵 江支 流 花庙 河 的上 游 党 川 河谷 ，经燕 子 关 2 越 岭 隧道 后进 入渭 河 流域 的支 流 东柯 河 的上 游 张 家 沟 ， 沿东 柯 河下 行 经 张 家 沟 门 、宏 罗村 、街 子 乡 、并 穿 过 温 泉隧道 后进 人颖 川 河谷 ，至本 项 目的终 点天 水 市甘 泉镇 高家 庄．工 程 总 长 9 6 ． 1 4 7 k m，沿途 设 置 的大 型工 程主 要有 特大 桥 7座 、 大桥 5 l 座 、 互通 式 立交 4处 、隧道 2 3处 ， 其 中隧道长 3 2 ． 3 6 1 k m，占 线路 总长 的 3 3 ． 7 ％ ，桥涵 、 通 道 和互通 式 立 交长 约 2 2 k m，占线路 总 长 的 2 2 ． 9 ． 研究所在的地区地处陇中黄土高原南部，六盘 山南 部 ，北秦 岭 山脉北 部． 其 东部 和南 部 为 山地 地 貌 ，北部 为 黄 土 丘 陵 地 貌 ， 是 黄 土 梁 峁 沟 壑 区． 工程地跨长江 、黄河两流域 ，以西秦岭为分水岭 ， 北 部是 渭 河流域 ，南 部是 嘉 陵 江 流域 ．本 区气 候 属 陇中南部冷温带半湿润区，年平均降水量 5 7 4 mm， 自东 南 向 西 北 逐 渐 减 少 ，中 东 部 山 区 雨 量 在 6 0 0 mm 以上 ，渭 河 北 部 不 及 5 0 0 mm． 降 雨 量 年 际 变 化 大 ， 年 内分 配极 不均 匀 ，4月 下旬至 1 O月 上旬 为 多雨时段 ， 冬半年为少雨期．由于大部分土地 蓄水 性 能很 差 ， 每 当遇有 强 降水 ，雨水 就 会 迅 速 汇集 成 洪 流 沿 沟壑 流 走 ，冲刷 表 土 ，冲毁 坡 地 ，引 发 山体 滑坡、中断交通和通讯 ，甚至人员伤亡等．1 9 6 l ～ 2 0 0 6年 天水 地 区强 降水 出现 频 次 统计 结 果 表 明 ] ， 夏 季 可能 出现 大雨及 其 以上 的降水 最 多．暴 雨 主要 集 中在 7 8月 ，占全 年 的 8 4 ． 2 ；大 雨 主 要 发 生 在 6 9月 ，占全 年 的 6 5 ． 6 ％ ；7月 大 雨 和 暴 雨 最 多 ，其 次 是 8月． 强 降 水 空 间分 布 是 东 部 多 于 西 部 ． 2 路域 地质环境安全现状 新构造运动类型直接控制着该地区地形地貌特 征 ， 是 环境 地质 问题 的重要 地 质 背 景 ，而新 构 造运 动 强度 是环 境地 质 问 题 发 育程 度 的重 要 影 响 因 素． 例如天水地区的滑坡、泥石流 、崩塌及水土流失 等灾 害 的分 布与新 构造 运 动 的类 型 与强度 关 系极 为 密切 ， 灾 害 发育严 重 地带 往往 是新 构 造 运 动上 升强 烈 区等． 根据 研究 分析 ，区 内东 西 向断 裂 活动性 最 强 ， 北 西 向 次之 ，北 东 向及 南 北 向相对 较 弱 ； 新 构 造运动的主要表象形式为多层地形 河流阶地和夷 平 面 、活动 断 裂 和地 震 等 ，相应 的 运 动 形 式 主要 有差 异性 升 降运动 、断 裂运 动 和 地震 活 动 等 ．断裂 活动 性相对 越 强 ，断裂 影 响范 围 内 的地 质灾 害点 数 越多 ， 地 质 灾害分 布 越密集 ． 对 公路 沿 线影 响 最大 的活 动断裂 是 西 秦 岭 北 缘 断 裂 带 和 礼 县一 罗 家堡 断 裂 ] ． 历 史上本 区地震 发 生频 繁 ， 对 区域 的地 质环 境 和 地质体 的稳 定性 产 生很大 的威 胁 和影 响．影 响 较大 的地震 依 次是公 元 7 3 4年 天 水 7 ． 5级 地震 、公 元 1 6 5 4年 天水 南 8 ． 0级地震 和公元 1 8 7 9年武都 8 ． 0级地震等．历史地震对公路沿线最大影 响烈度 可能 达到 x度 ， 2 0 0 8年 5 ． 1 2四川 汶 川 8 ． 0级 地震 也对本区有很大的影响．公路沿线地处活动性较强 的天水 地震 带 内 ，根 据 已有 的 资料 分 析 表 明 ，未 来 百年时间内发生强震 的危 险性很 高．2 0 0 02 0 0 6 年问的重力变化等值线图清晰地反映了重力异常的 增 强 过程 ， 近 期研 究 区局 部 重力 异 常 较 为剧 烈 ，应 该 对 研究 区发 生破 坏性 地震 的可 能性要 注 意和加 强 监测 ．最近 1 O年 多 的地 应力 监测 表 明 ， 附 近大 的断 裂带 应力 异常 ， 应 加强 防范 地震 危害 ． 本区岩体主要可分为坚硬 的层状变质岩及岩浆 岩岩类 和 软硬相 间 的层状 碎 屑岩岩 类． 前者 广泛 分 布于 燕子 关 2号 隧 道 出 口 以东 地 区 ，岩 石 致 密 坚 硬、节理裂 隙发育 、抗风化能力较强 ，强度高 、吸 水率低．该 区岩体容许承载力为 3 ～4 MP a ，隧道 围岩 多数 为 V级 ， 靠 近 断层 处 和 较 软 岩 石 如 片 岩 等 的地段为Ⅳ级 ；后者分布于燕子关 2号隧道出 口以西 地 区 ，岩 性 较 坚 硬 、原 生 层状 结 构 面 发育 、 抗 风 化 能 力 较 强 ，强 度 较 高． 泥 岩 抗 风 化 能 力 较 弱，强度低 、吸水率 高，遇水易膨润软化．该区岩 体容许承载力为 1 MP a ，隧道围岩多数为 Ⅳ级．区 内一般 土 主要 为 冲洪 积砂砾 卵石 及粉 土 ，特殊 土有 黄土、崩坡积碎石土和滑坡扰动土．全线划分为 3 个 工程 地质 区 和 6个 亚 区 I 秦 岭 中山工程 地 质 区 ， I 一1 基 岩 山地工 程地 质亚 区 ， I 一2渭 河 、渭河 支 流 及 嘉 陵江支 流狭 窄河 谷工 程地 质 亚 区 ；I I白垩 纪半 成 岩丘 陵工 程地 质 区 ，I I 一 1白垩 纪 及 第 三 纪基 岩 山地 工程 地质 亚 区 ，I I 一 2河 谷 工 程 地 质 亚 区 ；I I I 黄土工程地质 区，I I I 一1黄土梁峁工程地质亚 区， I I I 2黄土 地 区河流 谷地 工程 地质 亚 区L 6 J ． 通 过结合 野外 现场 调查 和 遥感 地 质解 译 ，研究 区内发 育的地 质灾 害 类 型 主要 为 滑坡 、崩 塌 、泥 石 流 、黄 土 湿 陷 等． 滑坡 主 要 分 布 在 张 家 沟 门 以西 ， 以黄 土一 泥 岩 滑 坡 为 主 ，张 家 沟 门 以东 滑坡 零 星 发 育． 区内共发育滑坡 2 9处 ，牛背一 张家沟门段拟建 公路 沿线 发 育 2处 残坡 积层 碎 石 土 滑坡 ；张家 沟 门 高家 庄 段拟 建公 路 沿 线发 育 2 7处 ，大多 为岩 质 黄 土一 泥岩 滑坡 ．评估 区滑坡 中 4处 为 巨 型滑坡 ， 8处 为 大 型 滑 坡 ，8处 为 中型 滑 坡 ，9处 为 小 型 滑 1 0 8 0 冰 川 冻 土 3 0卷 坡 ． 路域 内发 育 的崩 塌 及 潜 在 崩 塌 点 有 2 5处 ，大 多为小型岩质崩塌 ，其中崩 塌 1 4处 ，潜在崩塌 1 1 处 ．该类 地质 灾害 主要 分布 于 东 岔河 、百花 河 及东 柯河 上游 河 沟 谷 两 岸 岩 质 斜 坡 地 段 ，共 发 育 2 2 处 包括 1 1 处潜在崩塌 ， 其余 地段仅发育 零星土 质 崩塌． 潜 在 崩 塌 处 坡 体 陡 峻 ，坡 度 多 大 于 5 0 。 ， 岩 体 节 理 裂 隙 发 育 ，风 化 强 烈 ，拉 裂 变 形 破 坏 明 显 ， 岩体松动破碎而呈散体状或碎块状．斜坡稳定 性 差 ，其 破 坏方 式 为 倾倒 、拉 裂 或坡 面 坠石 ，E t 前 已形成反 向楔形裂 缝 ， 坡 体 明显失 稳． 路域 区内共有 泥 石流 沟 7条 ， 均 分 布 于渭 河水 系的支 流东 岔河 、东 柯 河 及颖 川 河 两 岸 ，其 中东 岔 河 中下 游发 育 2条 ，东柯 河 中上 游发 育 3条 ，颖 川 河左 岸发 育 2条． 区内泥石 流 均 为稀 性 ， 都 由暴雨 诱 发 ，按其 规模 划 分 有 大 型 泥 石 流 沟 1 条 ，中型 2 条 ， 小 型 4条 ； 按 流 域 特 征划 分 ，有 山坡 型 泥 石 流 沟 1条 ，沟谷 型 6条． 嘉 陵江 支 流如 百 花河 、党 川 河 等常 年流 水性 河流 流域 内及 渭河 支流 东岔河 大部 分 地段林 木茂 密 ， 植 被覆 盖率 在 8 0 以上 ， 它 们 发 挥 着涵养 水 源 、固结 表 土 、防止 水 土 流失 及 固坡稳 坡 的作用 ，使坡 面及 沟道 汇水 携 带 的 固体物 质 大 幅 减 少 ，泥石 流不 发育 ．东 岔河 流 域 内发 育 的泥 石 流 边 家泥 石流 沟 、九 江峪 泥石 流沟 主要 对 乡村 简 易 公 路造 成 危 害 ，其 暴 发 问歇 期 在 8 a以上 ，暴 发 时 在 公路 上 的堆积 物 方量 一 般 少 于 5 0 m。 ，评 估 其 现 状 危险性 为 小．东 柯 河流域 内的泥石 流暴 发 间歇期 在 5 a以上 ，沟 口堆 积 扇规 模 均不 大 或很 小 ． 黄家 泥石 流沟 沟 口无居 民房 屋及 交 通 等设 施 ， 仅 对 少量 农 田构成 危 害 ，泥石 流暴 发 时仅 冲毁 或半 毁 少 量农 田 ， 未 有伤 亡人 员及 冲 毁 房屋 记 录 ； 宏 罗 泥 石 流 沟 沟 口附近 其危 及范 围内有居 民 2 3户 8 7人 ，县 乡柏 油公 路 以桥涵 形式 从沟 口通 过 ， 调 查 访 问未 有 泥石 流 曾溢 出沟槽 的现 象 ， 属低 易 发． 以上这 些 评估 其 危 险性为 小． 颖J i I 河 流 域 内 泥石 流沟 谢 家 河 泥石 流 沟 、大江 泥 石 流 沟 流 域 面 积 较 大 ，均 为 季 节 性 流水 沟 ，出山 口至 主河 道 距 离 在 1 k m 左 右 ，地 势 平缓 ，为颖川 河 I～ Ⅱ级 阶地 ，泥石 流 沟 沟 道切 过 其 间．近 2 0 a来未有 洪 水或 泥石 流溢 出 沟道 现 象 ， 属低 易发 ．但 由于沟 口村 庄 坐落 ，国道 3 1 0线从 沟 口老洪积扇通过 ，泥石 流一旦大规模暴发 ， 其危害 对象 较为 严重 ， 故 评估 其危 险性 为 中等． 3 对道路工程稳定性 的影 响 工程 建设诱 发 、 加 剧地 质灾 害 的 可能 性 与评 估 区内地质 环境 条件 、地质 灾 害 现状 、工 程建 设 特 征 及施 工方 法 、手段 等 因素 密切 相关 ． 高速 公 路工 程 包括路面 、 桥梁的清基、建基及隧道进 出口洞脸边 坡 削方 、爆破 和 洞 内爆破 掘 进 等 ， 其 可 能诱 发地 质 灾 害 的 类 型 、分 布 与 这 些 工 程 施 工 建 设 直 接 相 关 ． 3 ． 1 可 能诱 发 的滑坡 灾害 牛天 高速 公路 可 能诱发 的滑 坡灾 害集 中分 布于 西部 的张家沟门一 赵家窑、宏罗村一 街子、伊家店一 终 点高家庄段 ， 表现为诱发现有滑坡体 的复活．这些 区域 为 白垩 系红层 丘 陵及黄 土 丘 陵沟 壑 区 ，岩层 软 硬相 间． 张 家 沟 门一 赵 家 窑 段．该 区段 斜 坡 下 伏 基 岩 为 白垩系砂 砾岩 ，上覆 4 ～8 m 厚 的残 坡 积碎石 土 层 ， 乡村公路 的修建出现削坡过陡现象 ，诱发 了四处小 型碎 石 土 滑 坡 ，滑 体 前 缘 堆 积 于公 路 临 坡 体 侧 路 面 ， 滑 体 中上部 有 碎 石 土 孔 隙潜 水 呈 浸 润 状 出露． 类 比这些 原有 公路 边坡 地质 灾 害 的发 育现 状 ， 拟 建 高 速公路 削坡 开挖 可 能在该 区段 形成 一些 小型 碎石 土层 滑坡 或诱 发原 有滑 体复 活 ， 其危 险性 大． 宏罗村一 街子段 和伊家店一 终点高家庄段．宏罗 村一 街子 区段 内斜 坡体 下伏 基岩 为 白垩系砂 岩 夹软 弱 的粉砂 质 泥岩 ， 上覆 5 ～ 1 0 m 厚 的 马兰 黄 土 ；伊 家 店～高 家庄 区段 内斜 坡体 下伏 基岩 为上第 三 系砂 岩夹 软 弱 的 泥 页岩 、泥 岩 ，上覆 1 0 ～2 5 m 厚 的马 兰黄 土． 两 区段 内坡体 浅部 地层 均 属 易滑 地层 ，黄 土一 泥岩 大 、中型 滑 坡 成 群 发 育． 拟 建 公 路 通 过 部 分 滑坡 中下部 或前 缘 ， 而 滑 体 物质 为 碎 石 土 ，结 构 松散 ，物理力 学性 质 差 ，工 程 施 工将 在 滑体 下 部 或 其前 缘削 坡开 挖进 行清基 建 基 ， 从 而 在公 路 内侧 形 成一些 高 陡碎 石土 边坡 ．边 坡存 在 发生 坍 、滑塌 危 险 ， 如施工中对滑体斜坡平衡条件破坏较严重 ，甚 至可 能会 导致 滑体 大部 或整体 复活 ，其危 险性 大． 3 ． 2可 能诱发 的崩 塌灾 害 牛天高速公路建设可能诱发的崩塌灾害主要分 布于 张家 沟 门 以东 K0 一 K 7 5 低 中 山 区 ，区 内 山坡 陡峻 ，除局部 地段 高 陡基 岩 裸露 外 ，均被 大 面 积 的 崩坡积 物 覆 盖． 区 内 东 岔 河 流 域 基 岩 主 要 为 深 变 质 、坚 硬 的片 麻 岩 、大 理 岩 等变 质 岩 系列 ，百 花河 流域主要为坚硬 的花 岗岩等岩浆岩系列．基岩构 造 、风化 、卸 荷 等成 因的 节理 裂 隙 较 为发 育 ，岩体 被 切割 成碎 块状 ， 而 残 坡 积层 结 构 松散 ，厚 度 一般 为 1 ～8 m． 拟 建 公路 在 区 内河 沟 谷 狭 窄地 段 的 建 设 中爆 破 岩 体 、开 挖 坡 积 层 将 加 剧 斜 坡 变 形 破 6期 刘长江等 牛背至天水高速公路路域地质 环境 安全 对道路工程稳定性 的影响分析 ] 0 8 1 坏 ，形成 高 陡边 坡 ，架 空 个 别 地 段 的 块 、碎 石 土 ， 岩坡地 段有 可 能产生 小 规模 崩 塌或 危 岩体 ，土坡 地 段有可能形成小规模 碎石土崩、滑塌 ，其危险性 中 等． 此 外 ， 评估 区 内隧道 均 属 深 埋 山岭 隧 道 ，除西 侧 的甘泉 隧道 围岩为第三系泥岩 、粉砂岩属 Ⅲ一 Ⅳ 类外 ，其 余隧 道均穿过 坚硬 的变 质岩 、岩 浆岩 山 区 ，其 围岩类 别 多数 为 V类 ，仅 在 断 层 断 层 角 砾 岩胶结较好 发育及含簿层 片岩夹层处为 Ⅳ类．第 三系基岩裂隙水水量贫乏 ，而岩浆岩、变质岩山区 浅层 裂 隙水 单 泉流 量一 般较 小． 而 山体深 部 的岩层 裂隙水由于缺乏资料，推断其岩体风化 、裂隙发育 程度较浅部岩体弱且地下水补给途径较长 ，裂隙水 水 量 一般应 较 小 ，并 无统 一 含 水 面 ，仅 在 断 层 或 岩 体 裂 隙较 发育 处地 下水 存在 相 对 富集 区． 但 是 ，区 内 隧道工 程 的爆 破 掘进 如 果 其 施 工 方 法 及 手 段 不 当 ，可 能引起 洞 内岩 土体坍 塌 或 冒顶 及 地下 水 的渗 水 、涌水 现象 ，其危 险性 为 中等． 3 ． 3工 程建 设可 能诱 发 的泥石 流灾 害 拟建公 路 的路 基开 挖 、隧 道 掘进 将 产生 大 量弃 碴 、弃土 ，对工 程弃 碴 、弃 土如无 合理 的整治 规划 ， 而 以在泥 石流 沟沟 道或 沟坡 就地 堆弃 的方 式人 为增 加 泥 石流松 散 固体 物 源 ，使 得 这 些弃 碴 、弃 土在 暴 雨 期 易遭受 沟 谷洪水 或 坡面 汇水 冲蚀 而诱 发泥 石 流 形 成 ．对 区 内沟 口无 居 民坐 落 、属 低 易 发且 拟建 公 路 不跨 越 的黄 家泥石 流 沟和 中易 发且 拟建 公路 不跨 越 的石 沟 泥石 流沟 预测评 估 其危 险性 为小 ；拟建 公 路 经 过沟道 下 游 、沟 口 附近 有 少 量 居 民房 屋 坐 落 、 规 模 小 的边 家 泥石 流沟 、 九 江 峪泥 石 流 沟预 测评 估 其 危 险性 为 中等 ； 谢 家沟 、大 江 沟 、宏 罗 沟 等拟 建 公 路从 下游 或 沟 口经 过 ， 且 现状 危 害 性较 大 的 泥石 流 沟 预测评 估其 危 险性 为大 ． 3 ． 4可能 遭 受地质 灾 害危 险性评 估 工 程建 设本 身可 能遭 受地 质灾 害 的危 险性指 工 程 影 响范 围 内的各类 灾 害点及 灾 害 隐患 点 ，在T 程 建 设期 及运 行期 给拟 建工 程造 成危 害 的危 险性． 3 ． 4 ． 1 牛 背一 张家 沟 门段 可 能遭 受 的地质 灾害 牛 背 K 0 一 张家 沟 门 K7 5 7 0 0 段 为 山坡 坡 度 较大的低 中山区，岩性主要为坚硬的变质岩和岩浆 岩 ， 基岩表层岩体构造 、风化、卸荷等成因的节理 裂 隙发 育． 局部 河 沟 谷 狭 窄地 段 路 基 、桥 基 、隧 道 进 出 口边 坡开挖 如 形成 高 陡边 坡 ， 其 工 程 建设 可 能 遭受 一些 小型 残坡 积 层 崩 、滑塌 或 岩 质崩 塌 、坠 石 等地 质灾 害危胁 ，其危 险性 为 中等 ． 本区尤值得注意的个别地段为 1 得食下滑坡 区． 得食下 滑坡 现状 稳定 性 较差 ，属 中等 规模 残 坡 积层碎石土滑坡，拟建公路从滑体 中下部通过 ，其 开挖建设如诱发滑体局部或大部复活 ， 工程本身建 设及运行期将可能遭受其危害，危险性为中等 ；2 燕子 关 2号 隧道 出 口一 张 家 沟 门约 1 k m 路 段． 该 段 公路 在狭 窄 的 张 家沟 沟 道 内穿 行 ，由于 沟 坡 陡 峻 ， 崩坡 积块 碎石 土覆 盖层 结构 松 散 ，局 部裸 露 基岩 段 崩塌发育 ，预测评估其沿线工程建设及运行期遭受 崩、滑塌的危险性大 ； 3 上仙坪隧道出 口．该处基 岩 为黑 云母 花 岗岩 ，表层 岩 体 属 强 风 化 层 ，厚 约 7 m， 其风 化强 烈 、节理 裂 隙发 育 ， 破碎 严重 ， 结 构松 散 ， 物 理 力 学性 质 极 差 ，出 口边 坡 开挖 ，极 易 引起 该强风化层及上覆薄层碎石土的坍、滑塌 ，危险性 为 中等． 3 ． 4 ． 2 张家 沟 门一 高 家庄段 可 能遭受 的地 质灾 害 张家 沟 门 K7 5 7 0 0 一 终点 高 家 庄 段 为红 层 丘 陵及 黄 土 丘 陵 、河 谷 区 ，地 层 岩 性 软 硬 相 间 ，大 、 中型滑坡成群发育 ，而小规模黄土崩塌及岩质崩塌 也有 零 星发 育． 拟建 公 路 从 一 些 滑 坡 如宏 罗 滑 坡 、 屈家 坪滑 坡 的 中下 部或 前缘 通 过 ， 遭 受 这些 滑坡 复 活危害的危险性为大 ； 本 区崩塌规模较小 ， 其对拟 建工 程 的危 险性 为小 ；拟 建 工 程 在 本 区通 过 石 沟 、 宏 罗沟 、黄家 沟 、 谢 家河 和大 江沟 等 5条 泥石 流沟 ， 其对 工程 建设 及运 行 的危 险性 大部 为 大 ；区 内存 在 黄 土湿 陷灾 害 ， 其 湿 陷层 厚 度 不 大 ，路 基 夯 实处 理 后 ，其对 拟建 工程 的危 险性 为 小． 而 区 内所 有 隧道 工程 的爆 破掘 进如 果其 施工 方 法及 手 段不 当 ， 也 可 能使 工程 本身 遭受 洞 内岩土 体坍 塌或 冒顶 及地 下水 渗水 、涌水 的危 害 ，其危 险性 为 中等． 此外 ，拟建工 程 布置 互 通 式立 交 4处 ， 评 估 认 为 4处互 通式 立交 工 程 均 布置 在 宽 阔平 坦 的河 谷 地带 东岔 立 交设 在 东 岔 镇 南 东 岔 河 谷 、散 岔 立 交 设 在 散岔村 南 百花 河谷 、 党 J l I 立交 设 在党 川 乡东 党 川 I 河 谷 、白石 立交 设在 颖川 河 谷 白石村 北 6 0 0 m ， 工 程 建设基 本不 进行 削坡 开挖 ，前 3处互 通式 立 交 建 设 区 内地 质灾 害基 本不 发 育 ，不 存 在地 质灾 害 危 胁 ． 白石互 通式 立交 布 置在谢 家河 泥石 流 沟 口北 的 平 坦颖 川河 Ⅱ级 阶地 之上 ，距该 沟 出 山 口至颖 川 河 间沟道 约 2 5 0 m， 工 程建 设 及 运行 可 能 遭受 谢 家 河 泥石 流沟 的危胁 ，其危 险性 为大 ． 3 ． 5 红土 边坡 开挖 引发 的滑 塌 宏 罗村 附 近的渭 河一 级支 流东 柯河 和颖 1 1 I 河 两 岸 的河 谷地 段 ， 此段 地 势 平 坦 开 阔 ，宏 罗村 以西 大 1 0 8 2 冰 川 冻 土 部分 地 区具有 较 宽 的一 、二 级 以及 三 级 阶地 发 育 ， 宏 罗村 以东 相 对 较 狭 窄 ，为 1 0 0 ～3 0 0 m． 在宏 罗 村附近 ，有 古滑坡 群 出现 ，高 速路通过 区开挖边 坡 ， 在 红土 边坡 开 挖 引发 滑 塌 图 1 ． 红 层 软 岩地 区公 路 开挖切 穿 岩土界 面 时 ，常 诱发 上 覆 堆积 层 的 滑 坡． 公路 开挖 切穿 黄土 与红 层 的界面 时容 易诱 发 上 部黄 土沿 红层 基岩 面滑 动 ，覆 盖层 滑 坡 形成 主要 是 由于边坡 堆积 层与 下伏 基岩 间 的接触 面 为第 四系 堆积作用形成的软弱结构面，在开挖或降雨作用下 坡 体 沿软弱 面 滑动． 红层 软岩 地 区 的公 路工 程建设 中 ，开 挖 工 程 病 害 比较 突 出 ，容 易 引 起 各类 滑坡 、 边坡岩体开裂变形等灾害 ，在边坡开挖完成后 ，容 易产 生风化 剥 落 、浅层 垮塌及 危 岩落 石． 图 1 宏罗村红土边坡滑塌和变形 Fi g．1 Re d c l a y s l op e de f o r ma t i o n a n d s l u mp i n Lu oh on gc h un Vi l l a g e 由于红层 泥 岩 中 的 高 岭 石 、伊 利 石 、蒙脱 石 、 伊／ 蒙混层等粘土矿物颗粒 细小 ，亲水性 强 ，当水 渗入 岩石 的孔 隙 中时 ，细小 颗 粒 的吸 附水 膜 便会 增 厚，引起岩石体积的膨胀． 由于这种体胀是不均匀 的 ，使得 岩石 内产 生 不均 匀 应 力 ，部 分 胶 结 物会 被 稀释 、软 化 或 溶 解 ，于 是 导 致 岩 石 颗 粒 的碎 裂 解 体． 红层 为 沉积 岩 ，强度 明显各 向异性 ，特 别是 胀 缩各 向异性 ，其结 构 松软 ，基 本 上是 非 分 子 间作 用 力相 互联 系 ，强度 低 ， 水 化 能 力强 ． 失水 后 体积 收 缩 使 原有裂 隙 扩大 ， 并 形 成 新 的裂 隙 ，纵 横交 错 形 成 裂 隙 网 ，联 系 脆 弱 ． 在 外 力 稍 大 变 化 或 重 新 渗 水 ，即碎裂成岩块 ，丧失强度．在失水情况下 ，发 生不均匀收缩 ， 产生偏应力．其结果是局部应力先 后超 过岩 石 的抗 拉 强 度 ，岩 体 就 崩 解 为 碎 裂 块 体． 本 区红层 地 区由 于受 区域 性 构造 体 系控 制 和 影 响 ， 小断 层 、节 理 、裂 隙 十 分 发 育 ，在 水 的作 用 下 ，结 构面遇水 泥化 、强度 降低 ，导致楔形体破坏失稳． 同时红层 还具 有很 强 的崩解 性 ， 边 坡 开 挖后 发生 崩 解 ，降雨及 其 形 成 的坡 面 流 作 用 下 破 坏 流 失 的 现 象 ． 当边坡 坡 度较 缓 时 ，水 力坡 度 较 小 ，不 足 以切 割成 深 沟 ，以片蚀 为 主 ， 包 括 雨 滴溅 蚀 和坡 面上 薄 层水 流作 用 引起 的面 蚀 ；随着 边 坡 坡度 增 大 ， 水 的 淘蚀 能力 加强 ，沟蚀 作 用越 发 显 著 ， 逐 渐 由最初 的 细 沟侵蚀 ，发展 成具 有一 定深 度 和宽 度 的浅 沟侵 蚀 和切沟侵蚀 ， 最终形成高强度 的冲沟侵蚀 ，而且常 在 局部 缓坡 位置 形成 落 水 洞 ；沟 蚀 越强 烈 ，被 淘空 的土体厚度越大 ，于是边坡就会在重力作用下发生 坍 塌现 象． 4 减缓地 质灾害危害 的应对措施 区内地质灾害根据其类型的不同采用不同的防 治 措 施． 滑 坡采 取 截 水 沟 、排 水 沟 、渗 水 沟 、支撑 渗 沟等 地表 水 与地下 水 的处理 措 施及 抗 滑桩 、挡 土 墙等抗滑设施．崩塌采取清除崩塌体 、危岩体或喷 射水泥砂浆 、钢丝挂 网、嵌补、锚索挡墙等 防治措 施 ． 泥石 流采取 水土 保持 、 谷 坊 、 挡 土墙 、 排 导堤 、 加大桥下净空等防治措施．黄土湿陷场区采取重机 碾 压 、重 锤夯 实 、石灰 桩挤 密加 固、换填 土及 拦截 、 排除地表水 、地下水等防治措施．应对地质灾害的 措 施及 建议 工程 开挖 清 基建 基 时 ，边 坡坡 度 应设 计合理 ， 个别临空面较大的斜坡应修建护坡．公路 通 过 滑 坡 、崩 塌 地段 ，可 考 虑清 除小 规模 崩 、滑体 或修筑 抗滑 支挡 工程 ．通 过 泥石 流地 段 ，应修 筑过 流断 面合理 的桥 涵 ，同时在建 设 期尽 量 减 少在 沟 道 内堆 放弃 碴 、弃 土 ． 隧道 设计 、爆破 掘 进施 工 中应 加 强对 洞 内较 软弱岩 石夹 层 、断层 等处 洞 壁 的支 护 和衬砌 ； 危 险性 大 的地 段 施 工 中应 加 强监 测 ．各工 程项 目在施工过程中应注意对地质环境的保护． 针对 红层 所特 有 的水 岩作 用特 征 ， 在 工程 实践 中应 注意 减 少边 坡 的暴露 面 ，缩短 边坡 暴 露 时 间 ， 对 红层 边坡 坡 面应及 时采 用全 封 闭式 防 护方 法 ； 边 开 挖边 防护 ，防止雨 水 冲刷及 人 渗 边坡 ；排 除 地表 水 以拦 截 排 泄 为 主 ，在 边 坡 顶 设 置 截水 沟 ，防止 外来的地表水冲刷及下渗 ， 截水沟到坡顶部位应封 闭．边坡面设置急流槽 ，边坡平台设排水沟 ，并对 平 台及 时 进 行 封 闭 ；排 泄 地 下 水 红层 岩 体 破 碎 ， 很多边坡渗水严重，应改善地下水排泄条件 ，降低 地 下水 压水 头 ，根据 情 况设 置 泄 水 孔 、渗 沟 及钻 孔 等 ． 6期 刘长江等 牛背至天水高速公路路域地质环境安全对道路工 程稳 定性 的影响分析 1 0 8 3 5 结 论 研究区张家沟 以东地 区处于西秦岭褶 皱带北 缘 ，属构 造侵蚀 的低 中山 区 ，区 内东岔河 、百花 河 、 党 川河 拟建 公路 通过 处部 分地 段 河 谷开 阔平坦 ，局 部地段河谷较窄 、 地形陡峻 ， 斜坡岩体 由片麻岩等 变 质岩 或花 岗岩 等岩 浆 岩 构 成 ，岩 石 致 密 坚硬 ，抗 风化能力较 强，岩坡完 整性 好，河 沟 岸大 部稳 定．区内地质灾害现状危险性均小 ， 类型主要为小 型 崩塌 ， 其 仅对 少量 林 地 和 简 易公 路 构 成危 害 ，滑 坡 、泥石 流零 星发 育 ，威胁 少量 居 民． 张 家沟 以西 地段 为构 造剥 蚀红 层丘 陵和 黄土 丘 陵 、 河 谷 区 ，发 育 的地 质 灾 害类 型 主要 为滑 坡 、泥 石 流及黄 土 湿陷 ， 综 合评 估危 险 性大 的 区位 于 该 区 段．区内河谷地带开阔平坦 ，I～ Ⅱ级 阶地广泛分 布 ， 谷 宽一 般 1 O 0 ～1 0 0 0 i n ， 丘 陵 区 山坡坡 度 多 小 于 3 5 。 ，斜坡 地层 岩性 软硬 相 问 ，大 、中型 滑坡 、泥 石 流较 为 发 育 ，稳 定 性 大 多 较 好 或 易 发 性 大 多 较 低 ， 而 黄 土湿 陷性微 地 貌 特 征不 明显 ，湿 陷层 厚 度 不 大． 本 区地 质灾 害 主要 对 居 民 、公 路 、农 田等 构 成危害 ， 但现状评估无危险性大的地质灾害点． 综合 评估 认 为 ，公 路 工 程 可 能遭 受 一 些 滑 坡 、 泥石 流 、崩 塌 、黄土 湿 陷等 地 质 灾 害 ，同时 工 程 开 挖形成的一些高边坡其稳定性较差 ，有诱发地质灾 害 的可能 ，对 区内地 质灾 害在 采取 必 要 的预 防和 防 治措施 条 件下 ，能够保 证 拟建 工程 建 设 和运 行 的安 伞 ． 致谢 研 究 中得 到甘 肃 省地 矿局 和 中 国建 筑 西 北设 计 院相 关专 家的 支持 ，特 别是 章 伟 民教授 级 高 工和 张慧 清 高级 工程 师 的帮 助 ，在 此表 示衷 心 的感 谢 ． 参 考文 献 R e f e r e n c e s [ 1 ] C u i J i a n h e n ，S h a n g Yo n g s e n ．P r o b l e ms f o r e n v i r o n me n t