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        西部山區(qū)公路泥石流的選線與整治實踐

        2023-01-02 03:32:56陳朝紅
        黑龍江交通科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:碎塊沖溝基巖

        陳朝紅

        (新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院(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,兩岸山勢陡峻,基巖裸露,沖溝地貌發(fā)育。河流右岸發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級基座階地,階面平坦,寬度80 m左右?,F(xiàn)狀公路從泥石流形成區(qū)前緣通過,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)狀公路長度有550 m通過該泥石流。

        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)儲備量大,形成區(qū)物質(zhì)來源較為豐富。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,延伸長度較長[1]。據(jù)調(diào)查以及向公路養(yǎng)護(hù)單位了解,該路段多年來一直受到泥石流的威脅,每年雨季都會有泥石流發(fā)生,平均每年1~3次。

        該泥石流由于形成區(qū)物質(zhì)來源豐富,固體物質(zhì)儲備量較大,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,因此多年來該路段不斷有泥石流發(fā)生,但規(guī)模均較小,對道路危害程度一般。泥石流處于侵蝕高山區(qū)的峽谷地段,泥石流流域為溝谷型態(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,固體儲備量較大,流通區(qū)溝床坡度大,泥石流作用強烈[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)計了三個方案通過泥石流,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)條件及評價

        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,基巖屬堅硬巖石,受構(gòu)造應(yīng)力影響。巖體強風(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級圍巖。出口段:深灰色厚層狀變質(zhì)板巖,位于強風(fēng)化巖體中。圍巖彈性波速1 500~2 200 m/s,屬Ⅳ級圍巖。

        (2)方案Ⅱ的工程地質(zhì)條件及評價

        該方案為隧道方案,線路通過泥石流堆積區(qū)中部,洞線全長約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,中密或密實狀態(tài),干燥~稍濕,根據(jù)鉆探及物探測試驗成果該層厚度大于35 m,動彈擊數(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級圍巖。

        (3)方案Ⅲ的工程地質(zhì)條件及評價

        該方案為路基方案,線路通過泥石流堆積區(qū)前緣,基本沿老路線通過,過泥石泥段線路長度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

        該方案采用隧洞方案,避開了泥石流災(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

        該方案為隧道方案,線路通過泥石流堆積區(qū)中部,可以避開泥石流沖擊破壞。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,開挖方量大,施工工藝較復(fù)雜。如發(fā)生強烈流石流易對近溝床處洞身造成破壞。

        (3)方案Ⅲ的優(yōu)缺點

        該方案為路基方案,線路通過泥石流堆積區(qū)前緣,基本沿老路線通過,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,會短暫地阻斷交通[6]。

        經(jīng)過以上分析,各方案工程地質(zhì)條件各有優(yōu)缺點,均沒有絕對優(yōu)勢,從泥石流對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

        本工程線路經(jīng)過高山峽谷地段, 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)合公路運行現(xiàn)狀情況,從泥石流對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,將泥石流對線路的危害程度降到最低。

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