地質災害危險性評估在高速公路工程中的應用

邱 英，朱郴平，易新民

1.湖南省地質環境監測總站，湖南 長沙 410007；2. 中航規劃建設長沙設計研究院有限公司，湖南 長沙 410011

高速公路在建設過程中或今后運營中會伴隨各類型的地質災害發生，同時災害的發生對過往人員造成威脅，因此地質災害危害程度是評判整個工程是否可行的一個重要因素[1].采用什么技術方法，對地質災害發生的可能性以及危害程度進行評估預測，是目前地質災害領域探討的重要課題之一[2]，國內外許多學者投入了大量的研究[3-4].

高速公路地質災害危險性主要來源滑坡，唐川[5]采用敏感性分析方法對德國波恩地區滑坡影響因素進行分析，對滑坡危險性進行評價.日本學者Masamm Aniya首先提出敏感性分析法[6]，采用統計學方法對滑坡發育的影響因素進行篩選，比較分析得出重要的影響因子，建立區域性滑坡危險性評價指標體系.在這些因子作用下，相同的因子不同組合狀態會導致滑坡發生[7]的可能性不一樣.信息量法早期被E.B維索科奧斯特羅夫斯卡婭及N.N恰金應用于礦產預測中[8]，繼而許多學者將信息論引入到環境質量評估和地質災害危險性評價中[9].滑坡危險性評價指標體系是一種條件概率分析統計法，給出了影響因子及對應權重值，客觀評價危險性[10].

本文以“益馬”高速公路為例進行分析，查明全線55.56 km路段地質環境條件和地質災害發育狀況，依據其地質環境條件對區域內的地質災害危險性進行現狀調查與評估，公路工程建設中以及工程投入運營后，可能加劇、引發或遭受的地質災害災種、發災的可能性以及危害程度進行預測評估，在現狀評估與預測評估的基礎上對工程建設場地的危害程度進行綜合評估，提出防治措施與建議[11-12]，為項目的建設用地批復和項目設計提供有利的科學依據.

1 項目基本情況

為完善高速公路網絡結構，促進區域經濟發展，開發旅游資源，滿足湖南桃花江核電站項目建設期間特大型設備的快速運輸，溝通長益高速公路與二廣國家高速公路的快速連接，開發旅游資源和加快旅游業的發展，促進區域內各種資源的開發利用和優勢資源的互補，物產資源的出口外銷，尤其是將為湘中、湘西地區的交流往來構建便捷通道，促進區域內人流、物流、信息流自由暢通，有利于實現區域之間的合理分工，增強區域競爭.益陽市人民政府提出建設益陽至馬跡塘(簡稱“益馬”)高速公路的構想.

益馬高速公路全長55.56 km，采用雙向四車道高速公路標準，路基寬度為26 m，設計速度100 km/h，設計荷載為公路Ⅰ級.

1.1 地質環境條件

a.地層巖性.

沿線區域地質條件較復雜，所經大部分地段有基巖出露，出露地層從新至老依次有：第四系殘破積層，白堊系粉砂巖，震旦系淺變質砂巖，冷家溪群板巖以及花崗巖地層.

AK0-AK26段由板巖、風化花崗巖及第四系組成丘陵區和小平原，山體走向10～15°，最大標高224 m，一般標高36～120 m，植被較發育.AK26-AK56段由板巖、砂巖及第四系組成低山、丘陵區，山體走向280～330°，最大標高450 m，一般標高80～180 m，植被發育.

軟-半堅硬碎屑巖巖性綜合體主要分布于AK47+800-AK50+400.地層為白堊系，巖性以粉砂巖、泥質砂巖、礫巖等組成.

較軟-堅硬淺變質巖巖性綜合體主要分布于AK13+000-AK13+300、AK0+000-AK1+900、AK4+600-AK13+000、AK13+300-AK13+700、AK26+400-AK47+800、AK54+100-AK54+800.地層為震旦系、元古系冷家溪群，巖性以含礫淺變質砂巖、含礫砂質板狀頁巖、含礫凝灰巖、條帶狀板巖、砂質板巖、變質砂巖、絹云母板巖及礫巖組成.

堅硬塊狀巖漿巖巖性綜合體主要分布于AK13+700-AK16+000、AK17+500-AK26+400.巖性為黑云母二長斑狀花崗巖，巖石致密塊狀，完整性較好，易風化.

b.水文地質條件.

根據評估區內地下水接其賦存條件、物理性質、水力特征劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖孔隙裂隙水和基巖裂隙水三大類型.

c.地質構造.

區域位于雪峰山弧形構造北段向東偏轉的部位，地質構造復雜.主要為東西向構造，次為北東向構造，褶皺北松南緊，斷裂主要有馬跡塘-鸕鶿渡逆斷層、三官橋-板溪斷層.歷經多次構造運動：武陵運動和雪峰運動西強東弱，主要表現為升降運動或構造掀斜，未形成明顯的角度不整合；加里東運動表現為強烈的褶皺造山運動，造就了東西向構造，并伴有強烈的巖漿運動，桃江巖體即于此時侵入；印支運動形成東西向復式向斜，并伴有巖壩橋和三官橋巖體侵入；燕山運動對前期構造進行了改造，形成了大小不一的北東向斷裂，并伴隨有巖漿活動.

沿線具體的工程地質條件可參照線路工程地質縱剖面圖，考慮線路工程較長，僅選取里程為AK45+500-AK49+000路段為例(具體見圖1), 地貌單元為丘陵區，地形略有起伏，其中AK45+500-AK46+900巖性為元古系冷家溪群板巖，為較軟-堅硬淺變質巖巖性綜合體，局部地段(AK45+860-AK45+990、AK46+650-AK46+860)地形起伏較大，相對高差30～60 m，山體坡度較陡，坡角25～30°，邊坡以斜向坡為主，切坡易發滑坡地質災害；AK46+900-AK49+000巖性為白堊系粉砂巖、泥質砂巖，為軟-半堅硬碎屑巖巖性綜合體，地形起伏相對較緩，相對高差20 m以內，山體坡度25°以下，現狀邊坡比較穩定.

圖1 AK45+500-AK49+000工程地質剖面圖Fig.1 AK45+500-AK49+000 engineering geologic profile

1.2 評估工作級別

本項目沿線所經地區地質災害低易發區，評估區域內地形地貌較簡單，地質構造復雜，巖土體工程地質性質較差，工程地質、水文地質條件中等，人類工程活動一般，地質災害現狀一般不發育.按《地質環境條件復雜程度分類表》，判定評估區地質環境條件總體復雜程度為復雜類型.

該工程建設項目為高速公路，為重要建設工程項目，根據相關技術要求，本項目的地質災害危險性評估級別為一級評估.

1.3 評估范圍

主要依據工程區及外圍可能存在的地質災害的影響來確定，用地范圍為平原區、崗地區段，由于公路所經過的崗地高度小于150 m，坡度較緩，一般10～30°，其發生地質災害的規模一般較小，影響范圍不大，因此在平原區及崗地評估范圍大致確定為線路兩側各500 m；丘陵谷地或扇形、斜坡地段，該區域所經的丘陵高度大于150 m，坡度較陡，一般在35°以上，因切坡有引發崩塌、滑坡地質災害的可能，評估范圍以第一斜坡帶為限，不能滿足評估要求時，應向上擴展直至分水嶺.

根據上述原則圈定評估范圍，面積為47.90 km2.

2 地質災害危險性評估

2.1 現狀評估

建設工程地質災害危險性評估主要涉及崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面不均勻沉降等災種[13].根據現場實地踏勘結果，評估區范圍內沒有發生上述各類地質災害，也未造成人員傷亡和財產損失，上述各類地質災害現狀對人居環境影響程度小.

現狀評估結果可以通過地質災害分布圖進行說明，考慮線路工程較長，僅選取里程AK45+500-AK49+000路段為例(具體詳見圖2地質圖)，現狀調查沿線斜坡穩定，沒有發生任何地質災害，各類地質災害危險性小.

2.2 預測評估

a.工程建設加劇地質災害危險性.在現狀條件下擬建工程區沒有發生過崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等各類地質災害，因而工程建設無地質災害可加劇，故預測評估工程建設加劇地質災害的可能性小，危險性小.

b.工程建設可能引發地質災害危險性.

公路工程建設過程中邊坡開挖不可避免，新開挖邊坡是否穩定問題便是工程建設引發滑坡地質災害問題分析.為了得出客觀合理的評估結果，在本次地質災害危險性評估預測過程中，根據“區內相似、區際相異”的原則，采用定性、半定量分析方法進行預測評估，其危險性劃分為大、中、小三級，當危險性指數N≤4.0時為危險性小；47.0時為危險性大.

公路工程在今后建設過程中，切坡后巖土體失去原有平衡，可能產生新的滑坡地質災害，產生滑坡的可能性主要與邊坡內在因素以及與降雨量、人為活動外在因素有關[14]：滑坡危險性評價指標體系的構建在已有的滑坡危險性評價研究中已被廣泛應用，在野外調查及前人研究的基礎上，選取影響因素，以及各個影響因素的權重系數取值取決于影響因子致災的平均敏感性.危險性指數為各個影響因素權重系數與標度值相乘之和.

滑坡地質災害危險性預測評估結果主要借助于列表分析得到，首先在表1中列出了6個影響因素及權重系數和條件程度標度值，而條件程度標度值取值依據表2擬建工程邊坡情況，表1與表2相結合打分可得到的危險性指數；然后對照表3危險指數區間劃分，進行地質災害危險性程度分級；最后根據表1-表3進行綜合分析匯總得到切方引發滑坡地質災害危險性預測評估結果見表4.

通過周邊房屋、道路等建設工程調查以及半定量分析計算，預測公路建設引發滑坡地質災害危險性中等的地段有9段，總長3 250 m；以公路建設引發滑坡地質災害危險性大區有4段，總長1 570 m.

滑坡危險性預測評估指數計算公式：

N=K1A+K2B+K3C+K4D+K5E+K6F

(1)

式(1)中：K1、K2、K3、K4、K5、K6為危險性評判分級賦值；A、B、C、D、E、F為影響因素及權重系數.

c.工程建設可能遭受地質災害危險性.

根據區內地質環境條件分析及評估區內已有公路的工程條件類比，擬建公路切坡高度在10 m以下時，切坡產生的滑坡規模一般較小，工程遭受的危險性小，對工程建設影響不大，一般不會造成較長時間的阻塞，直接傷害行駛中的車輛和嚴重損毀公路的可能性.據道路工程可行性報告資料及結合實地地形地貌，經綜合統計分析，需切方的主要路段為26段，總長8 730 m，占擬建道路全長的15.71%；其中切方高度10～20 m的有22段，總長6 730 m，占擬建道路全長的12.11%；切方高度大于20 m的有6段，總長2 030 m，占擬建道路全長的3.65%.預測公路建設遭受滑坡地質災害危險性中等的地段有9段，總長3 250 m；遭受滑坡的地質災害危險性大區有4段，總長1 570 m，預測評估結果見表4.

表1 滑坡危險性預測評估評判表Tabel 1 Assessment of landslide hazard forecast evaluation

表2 評估區滑坡特征表Tabel 2 The features table of landslides in assessment distriction

表3 地質災害危險性程度分級表Tabel 3 The degree of geo-hazard classification table

表4切方引發、遭受滑坡地質災害可能性及危險性預測評估表

Table 4 Cutted-side raises and suffered the possibility of landslides and risk prediction assessment form

序號里程樁號起止切坡高度0．3地形條件0．2產狀坡向0．2工程地質條件0．1水文地質條件0．1降雨量0．1得分災害類型引發可能性危險性1AK0+000AK0+4909666697．20滑坡大大2AK6+880AK7+2809666697．20滑坡大大3AK9+530AK9+6709666697．20滑坡大大4AK46+650AK46+8609666697．20滑坡大大5AK50+500AK50+8706666696．30滑坡大中等6AK53+030AK53+5009666697．20滑坡大大7AK0+990AK1+2103333393．60滑坡小小8AK1+330AK1+5003333393．60滑坡小小9AK3+840AK4+1303333393．60滑坡小小10AK4+900AK5+7603333393．60滑坡小小11AK6+310AK6+6103333393．60滑坡小小12AK11+030AK11+1003333393．60滑坡小小13AK13+280AK13+5006663696．00滑坡中等中等14AK14+770AK15+3006666396．00滑坡中等中等15AK25+580AK26+1306666396．00滑坡中等中等16AK30+890AK31+4603333393．60滑坡中等小17AK33+130AK33+2603333393．60滑坡小小18AK36+570AK36+6903333393．60滑坡小小19AK44+540AK45+2306663395．70滑坡中等中等20AK45+410AK45+5903333393．60滑坡小小21AK45+860AK45+9906663395．70滑坡中等中等22AK49+230AK49+6406633395．10滑坡中等中等23AK49+840AK50+0506633395．10滑坡中等中等24AK51+000AK51+1703333393．60滑坡小小25AK52+450AK52+7803333393．60滑坡小小26AK54+650AK55+3003333393．60滑坡小小

2.3 綜合評估

按照“技術要求”的規定，綜合評估是在現狀評估、預測評估的基礎上采用定性、半定量方法綜合評估工程建設區地質災害危險性程度[1-2]，并為工程建設場地適宜性評估提供基礎依據，為防治地質災害提供有關措施.

鑒于該工程為線性工程具一定特殊性.其地質災害危險性及其分區不僅受工程建設本身引發因素和工程建設區內地質環境的影響，同時也受工程建設鄰近地段的地質環境條件及其人類經濟活動的影響.根據前述的現狀評估、預測評估結果，工程建設區不同地段或同一地段內所面臨的地質災害類型，其危險性也有明顯的差異，為了給建設用地適宜性評估和地質災害防治提供基礎依據，擬對工程建設區地質災害危險性程度進行分區評價.

首先對工程建設區(一般為公路沿線兩側各500 m范圍內)進行以單項地質災害危險性進行分區，根據沿線工程區地質災害現狀和預測評估情況，上述區代號的羅馬數字I、II、III代表單項地質災害危險性程度大、中、小三個級別.

以切坡引發、遭受滑坡地質災害危險性大區有4段，總長1 570 m，占擬建公路總長的2.82%，經適當的工程措施處理后，較適宜于公路建設；因切方可能引發、遭受滑坡地質災害危險性中等的地段有9段，總長3 250 m，占路線總長度的5.85%，較適宜于公路建設；其余為各類地質災害危險性小區(Ⅲ區)，總長50 740 m，占路段總長91.33%，適宜于公路建設；整個評估區內地質環境及土地適宜于高速公路建設.

綜合評估的結果可通過地質災害危險性分區評價圖來表示說明，考慮線路工程較長，僅選取里程為AK45+500-AK49+000路段為例(具體詳見圖3)，AK46+650-AK46+860路段切坡高度20 m以上，坡度25°以上，以斜向坡為主，切坡引發路塹邊坡滑坡地質災害危險性大區(Ⅰ區)，重點防治區，采取工程措施和生物措施；AK45+860-AK45+990路段切坡高度10～20 m以內，坡度20°以內，以斜向坡為主，切坡引發、遭受路塹邊坡滑坡地質災害危險性中等區(Ⅱ區)，次重點防治區，防治措施采用工程措施和生物措施，其它路段切坡高度小于10 m，坡度小于20°，切坡引發、遭受路塹邊坡滑坡地質災害危險性小區(Ⅲ區)，一般防治區，防治措施采用監測措施.

圖3 AK45+500-AK49+000地質災害危險性分區評價Fig.3 AK45+500-AK49+000 risk assessment of geological disaster

3 防治措施

對擬建工程沿線地質災害的防治應采取選線時盡量避讓、線路經過就提早預防和根本上治理為主、不留后患的原則.制訂方案要突出重點，防治措施要針對性強、有實效.為此將所有災點進行防治分級并按災種、災點防治級別提出防治措施或建議.

根據區內地質環境條件及地質災害現狀發育程度，提出如下防治措施建議：以工程措施為主，生物措施為輔，對邊坡高度小，并有條件放坡的邊坡工程，宜采用坡率法放坡處理，否則應進行支擋邊坡坡面.施工過程中要注意合理的開挖順序，要避免在施工中引發滑坡，切坡完成后，應采取支護措施，避免地質災害的發生.

4 結論和建議

a.評估區內地形較簡單，地質構造復雜，巖土體工程地質性質較差，工程地質及水文地質條件較簡單，地震烈度為Ⅵ度區，地震動峰值加速度為0.05 g，人類工程活動一般，地質災害現狀不發育，在工程建設中，對地質環境的破壞程度較強烈，按《地質環境條件復雜程度分類表》，判定評估區地質環境條件總體復雜程度為復雜類型.

b.湖南省益陽至馬跡塘高速公路工程地質災害危險性現狀評估結果：評估區內未發生各類地質災害，地質災害對人居環境影響程度小，危險性小；預測評估結果：Ⅰ區為適宜性差區，全長1 570 m，占擬建公路總長的2.82%.Ⅱ區為基本適宜區，全長3 250 m，占路段總長的5.85%；Ⅲ區為適宜區，路段全長50 740 m，占路段總長的91.33%.總之，擬建公路土地適宜性為基本適宜；綜合評估結果：以切坡引發路塹邊坡滑坡為主的地質災害危險性大區(Ⅰ區)有4段，總長1 570 m，占擬建公路總長的2.82%；因切方可能遭受引發滑坡地質災害危險性中等區(Ⅱ區)有9段，總長3 250 m，占路線總長度的5.85%；其余為各類地質災害危險小區(Ⅲ區)總長50 740 m，占路段總長91.33%.

c.工程建設過程中，應建立臨時性地質災害監測網，特別是道路半切坡、半填方交接地段進行路基不均勻沉陷的監測及高路堤、高路塹邊坡的監測，減少因路基不均勻沉陷，高路堤、高路塹邊坡崩塌、滑坡等地質災害造成的損失.

d.該地質災害危險性評估不替代工程地質勘察或有關的評價工作，公路工程施工前要進行詳細工程勘察工作.

致 謝

本論文以湖南省交通規劃勘察設計院提交的《益陽至馬跡塘高速公路工程可行性研究報告》成果資料作為技術依據，同時得到了湖南省地質環境監測總站領導的指導和幫助，屬集體學術研究成果，在此一并致謝！

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[11] 國土資源部.國土資發[2004]69號文，國土資源部關于實行建設用地地質災害危險性評估的通知[EB/OL].[2014-07-14] http://www.law-lib.com/lawhtm/1999/70792.htm

[12] 國務院令第349號文，地質災害防治條例[EB/OL].(2005-09-27)[2014-07-14] http://www.gov.cn/yjgl/2005-09/27/content_70706.htm

[13] 國土資源部.國土資發[2004]69號文，地質災害危險性評估技術要求(試行)[EB/OL].[2014-07-14]

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