王瑞云

（廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

在高速公路工程地質(zhì)勘查工作中，合理選擇擁有最優(yōu)地質(zhì)條件的路線方案是一項(xiàng)重要工作。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好沿線工程地質(zhì)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(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，在符合施工條件的情況下選擇出成本最低且對(duì)周邊環(huán)境不會(huì)形成破壞的方案。本文以某山區(qū)高速公路工程為例，探討山區(qū)高速公路工程地質(zhì)選線優(yōu)選方法，希望能夠?yàn)轭愃频貐^(qū)道路地質(zhì)選線提供借鑒，促進(jìn)我國山區(qū)高速公路建設(shè)。山區(qū)高速公路工程地質(zhì)條件和地形條件復(fù)雜，位于低山丘陵區(qū)，峰巒疊嶂，四面環(huán)山。工程區(qū)存在軟土溶、順層、崩塌、巖堆等不良地質(zhì)現(xiàn)象。復(fù)雜的地質(zhì)條件和地形條件會(huì)嚴(yán)重影響路線選線，所以應(yīng)該遵循科學(xué)選線、經(jīng)濟(jì)選線、安全選線、環(huán)保選線的原則，對(duì)路線方案進(jìn)行綜合比選。

1 山區(qū)高速公路地質(zhì)選線優(yōu)化相關(guān)概述

1.1 優(yōu)化山區(qū)高速公路地質(zhì)選線的重要作用

在選擇高速公路走向布局時(shí)，通常需要對(duì)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃進(jìn)行綜合考慮，從而保證公路運(yùn)輸?shù)陌踩?、便捷性及高效性[1]。在地質(zhì)選線過程中，重視地質(zhì)選線優(yōu)化，不但能夠提升公路建設(shè)質(zhì)量，還能夠使資源可持續(xù)發(fā)展的要求得到更好的滿足。山區(qū)高速公路地質(zhì)選線決定公路線形。

現(xiàn)階段，隨著私家車的普及和交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，高速公路地質(zhì)選線必須提高水平。在進(jìn)行高速公路地質(zhì)選線時(shí)，應(yīng)該對(duì)汽車行駛過程中的力學(xué)條件進(jìn)行充分考慮，確保公路地質(zhì)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(fā)生的概率有效降低，為人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全提供有效保障。

1.2 山區(qū)高速公路工程地質(zhì)選線應(yīng)遵循的原則

1.2.1 科學(xué)性原則

科學(xué)性原則主要體現(xiàn)在山區(qū)高速公路地質(zhì)選線中的地質(zhì)條件指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)等因素，這些因素都需要嚴(yán)格控制，保證滿足設(shè)計(jì)要求[2]。另外，在所有技術(shù)指標(biāo)中縱面線形和橫面線形也需要滿足較高的要求。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)性原則

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，高速公路起到非常重要的作用。山區(qū)高速公路工程能夠使山區(qū)公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)一步完善，能夠加快山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。與平原地區(qū)相比，山區(qū)高速公路建設(shè)需要投入更多的成本和時(shí)間。因此，在山區(qū)高速公路工程地質(zhì)選線過程中，相關(guān)人員應(yīng)該重視地質(zhì)選線的經(jīng)濟(jì)性。

1.2.3 安全性原則

山區(qū)高速公路由于線形不科學(xué)、縱坡線程長、縱坡數(shù)量多等，發(fā)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(yīng)該以保證山區(qū)高速公路地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，加設(shè)應(yīng)急車道至縱坡路段外車道。

1.2.4 環(huán)保性原則

山區(qū)擁有非常復(fù)雜的地質(zhì)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(wěn)定性。在進(jìn)行山區(qū)高速公路工程地質(zhì)選線時(shí)，應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)干擾土地結(jié)構(gòu)的情況。對(duì)于缺少植被的路段，應(yīng)該對(duì)山體開挖量進(jìn)行嚴(yán)格控制，即使必須挖開山體也應(yīng)該對(duì)填埋量進(jìn)行適當(dāng)增加，也可以將綠化植被種植在公路兩側(cè)和路基邊坡，保證植被根系的固土作用充分發(fā)揮，有效防治邊坡水土流失，保持生態(tài)系統(tǒng)平衡。

1.3 山區(qū)高速公路工程地質(zhì)選線優(yōu)選方法

想要實(shí)現(xiàn)山區(qū)高速公路路線方案地質(zhì)條件的最優(yōu)化，應(yīng)該完成地質(zhì)選線優(yōu)選層次模型的建立，對(duì)各個(gè)分層中的內(nèi)容進(jìn)行明確。詳細(xì)如下：方案層為各路線方案，準(zhǔn)則層為選擇條件，目標(biāo)層為工程地質(zhì)條件最佳路線方案。

在構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型時(shí)，先要明確地質(zhì)條件指標(biāo)和權(quán)重。結(jié)合橋梁地基條件和隧道圍巖級(jí)別，能夠使路線方案中的水文地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性得到準(zhǔn)確反映；工程施工導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的危害性、特殊巖土長度、不良地質(zhì)條件的規(guī)模和處理難度，能夠使特殊巖石和不良地質(zhì)條件得到準(zhǔn)確反映[4]。另外，在影響路線方案合理性的因素中，壓覆礦產(chǎn)資源量也是重要因素。

在對(duì)工程地質(zhì)選線方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以對(duì)以下7個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重進(jìn)行明確。具體如下：壓覆礦產(chǎn)資源占0.25權(quán)重，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性占0.12權(quán)重，存在特殊巖土的規(guī)模占0.08權(quán)重，不良地質(zhì)條件的規(guī)模和處理難度占0.25權(quán)重，橋梁地基條件占0.05權(quán)重，隧道圍巖級(jí)別占0.15權(quán)重，橋隧深挖比例占0.10權(quán)重。

在進(jìn)行山區(qū)高速公路地質(zhì)選線優(yōu)選時(shí)，相關(guān)人員可以利用層次結(jié)構(gòu)模型和各個(gè)指標(biāo)的比重對(duì)地質(zhì)選線的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，完成對(duì)山區(qū)高速公路地質(zhì)選線的最優(yōu)化選擇。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

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

2.2 順層巖地質(zhì)選線優(yōu)化

2.2.1 地質(zhì)概況

在自然界中約有2/3的陸地存在層狀構(gòu)造的沉積巖，所以山區(qū)高速公路工程也很難避免層狀巖體形成的邊坡工程[6]。當(dāng)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(shí)，大多情況下將有順層巖質(zhì)邊坡形成。工程實(shí)例表明，順層巖質(zhì)邊坡具有危害大、問題多的特點(diǎn)，各地經(jīng)常出現(xiàn)由于順層巖質(zhì)邊坡滑坡導(dǎo)致的重大事故。

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

2.2.2 順層邊坡影響分析

當(dāng)巖層面與開挖坡面之間處于大角度相交的狀態(tài)時(shí)，順層滑動(dòng)破壞發(fā)生的概率較小，但在處于小角度相交狀態(tài)時(shí)滑動(dòng)破壞很可能發(fā)生。在相關(guān)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(nèi)的邊坡叫作順層邊坡。

針對(duì)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(huì)有臨空面形成，且很大可能會(huì)有沿軟弱夾層的滑動(dòng)破壞形成。只要巖層傾角小于邊坡坡度，且?guī)r層傾角在15°以上，順層滑動(dòng)破壞的發(fā)生概率非常高，甚至有傾角不足10°的砂泥巖護(hù)層順層邊坡也會(huì)有順層滑動(dòng)破壞發(fā)生[7]。

在工程建設(shè)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(dāng)傾角小于35°時(shí)，順層邊坡太高或清方量大時(shí)，應(yīng)該與軟弱夾層的情況相結(jié)合對(duì)抗滑工程進(jìn)行合理選擇，如錨索、錨固樁等。當(dāng)邊坡存在較大高度，巖層傾角為中等或緩傾時(shí)，如果順層邊坡軟弱夾層具有較差的物理力學(xué)性質(zhì)，需要很大的清方工程量，這時(shí)應(yīng)對(duì)地質(zhì)選線方案進(jìn)行優(yōu)化，降低順層邊坡高度，使設(shè)計(jì)路基的難度減小，進(jìn)而使公路養(yǎng)護(hù)運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)降低。

本工程的原設(shè)計(jì)方案為初測方案，中間低兩側(cè)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?guī)r層傾角，所以右側(cè)挖方邊坡為順層巖質(zhì)邊坡。通過計(jì)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(fēng)險(xiǎn)。所以需要對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)路塹邊坡高度進(jìn)行降低。

2.2.3 優(yōu)化地質(zhì)選線方案

在布設(shè)本段地質(zhì)路線時(shí)應(yīng)該首先考慮如何避開右側(cè)順層邊坡。在開展一系列的工作后，決定在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上整體向左方移動(dòng)20 m，雖然會(huì)在一定程度上增加左側(cè)路基的土石方工程量，但是能夠?qū)τ覀?cè)順層邊坡進(jìn)行有效規(guī)避，能夠使工程路基的安全性得到極大提升。順層巖地質(zhì)選線優(yōu)化示意圖如圖1所示，其中A線為原方案，K線為優(yōu)化后的方案。

圖1 順層巖地質(zhì)選線優(yōu)化示意圖

2.3 巖堆地質(zhì)區(qū)地質(zhì)選線優(yōu)化

2.3.1 地質(zhì)概況

在山區(qū)高速公路工程中巖堆體這一地質(zhì)現(xiàn)象十分常見，大多情況下巖堆體需要經(jīng)過多個(gè)時(shí)期才能形成，穩(wěn)定性會(huì)受到巖堆體幾何形態(tài)、巖堆體物質(zhì)組成、路線布設(shè)、降雨情況及堆積床力學(xué)性質(zhì)等因素的影響，很難有效開展地質(zhì)勘探及評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性的工作，屬于山區(qū)公路勘察設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)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(duì)高差，地形起伏較大。地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，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(zhì)頁巖、砂巖夾泥巖等。通過對(duì)地質(zhì)勘查進(jìn)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(wěn)定性影響分析

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

在原地質(zhì)路線設(shè)計(jì)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(wěn)定狀態(tài)較差，如果仍然按照原設(shè)計(jì)開展工程建設(shè)，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(zhì)頁巖和砂巖夾泥巖，具有較差的透水性，想要使工程建設(shè)的安全性要求得到滿足，必須投入較多的費(fèi)用進(jìn)行綜合整治，不但具有非常大的整治難度，后期還會(huì)出現(xiàn)較大的運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)，所以需要對(duì)地質(zhì)選線方案進(jìn)行綜合比選，考慮對(duì)巖堆體進(jìn)行繞避。

2.3.3 優(yōu)化地質(zhì)選線方案

通過上述分析可知，在進(jìn)行地質(zhì)選線時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮對(duì)巖堆體進(jìn)行繞避。經(jīng)過綜合考量決定將新的路線設(shè)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?qū)崿F(xiàn)對(duì)不穩(wěn)定巖堆體的有效繞避，被本次工程所采用。巖堆體地質(zhì)選線優(yōu)化示意圖如圖2所示，其中A線為原方案，K線為優(yōu)化后的方案。

圖2 巖堆體地質(zhì)選線優(yōu)化示意圖

3 結(jié)語

綜上所述，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)山區(qū)高速公路工程的過程中，需要從科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性等方面入手，結(jié)合山區(qū)高速公路的工程規(guī)模和造價(jià)等方面的因素，合理設(shè)置各個(gè)工程指標(biāo)所占的權(quán)重，然后根據(jù)所占權(quán)重的情況對(duì)比多種地質(zhì)選線方案，這樣才能夠選擇出最優(yōu)的山區(qū)高速公路地質(zhì)選線方案。同時(shí)，在實(shí)際開展工作的過程中，相關(guān)人員應(yīng)該結(jié)合山區(qū)高速公路工程的實(shí)際地質(zhì)情況開展綜合研判，從而在地質(zhì)選線時(shí)有效規(guī)避各種無法滿足穩(wěn)定性要求的地質(zhì)。另外，雖然本次研究成果能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員開展山區(qū)高速公路地質(zhì)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(dǎo)致研究結(jié)果存在一定的局限性，在未來筆者將針對(duì)更多的山區(qū)地質(zhì)開展高速公路地質(zhì)選線研究工作。