論山區高速公路地質災害與路線設計理念

謝立山

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

引言

隨著國民經濟的快速發展，城市化進程正逐步向山區推進，山區人民的發展意愿也在逐步增強。為山區經濟發展提供交通基礎設施和基本保障，必須對現有山區進行地質研究，提高公路網、高速公路建設水平，樹立城鄉一體化發展模式。山區由于其特殊的地理位置，多種復雜的地形環境相互疊加作用，經常發生崩塌、滑坡等地質災害，這些地質災害導致了山區高速公路建設過程中安全問題特別重要，如果設計選線不當，后續高速公路運行過程中會出現嚴重的安全隱患，導致道路無法正常通行，浪費了建設資金，不利于山區與外界的聯系。為最大限度降低山區公路地質災害的發生頻率和嚴重程度，必須優化山區公路的線性設計能力，合理規避各種安全隱患。

一、設計特點

公路建設工作是在山地地形條件下進行的，路徑線形設計直接關系到公路的安全運營。路徑線形設計不是一個簡單的概念，需要在設計中做到公路的整體形狀要與地形相匹配，對于各種地震以及山體滑坡、破碎崩塌等影響盡可能規避。同時控制平面、縱斷面和橫斷面，提高線路形狀的合理性。公路應盡量避開耕地，保持沿線水土質量和生態修復。保障山區交通安全所需的交通安全設施配套道路總體規劃，綜合考慮沿線礦產資源分布、文化資源保護等因素，對公路設計中各分項進行適當的成本管理[1]。總之，在山路選路和設計階段，綜合考慮路線的經濟可行性、安全性、舒適性，盡可能避免潛在的地質災害，盡可能符合地形，減少充填和開挖工作對原有地質結構的影響，減少外力擾動。此外，在設計工作開展過程中，應隨時聯系現場調查和長期監測人員，以確保設計階段的協調和優化。

研究思路是首先從地質構造、地形地貌、工效學、氣候、水文地質、地質等方面識別高速公路周邊區域可能存在的災害風險，然后結合高速公路建設進行災害風險評估，重點關注特殊問題[2]。在路段中，通過實地勘察、開挖、物探、坑探等手段，提前確定減災防災的路線規劃和工程措施。結合調查數據、流程審核與溝通，及時向客戶和咨詢部門反饋初步路線方案，根據多方意見優化路線方案，對期間無法避免的重大災害風險路段進行排查，最后科學選路和工程選定的規劃和災害預防和控制措施的技術流程，以避免或減少災難性損失。

對于特殊的重大災害風險，應規劃避免風險路線，根據風險進行路線規劃設計。如果無法調整路線計劃，則應優先考慮項目解決方案以減少地質災害風險的影響。地理災害控制措施應基于整個項目周期系統，有效可靠，全面考慮在建設和運營過程中各種環境引起的工程危害，并實施必要的監測預警，實現從源頭控制，并嚴格控制山區高速公路的前期選線工作、設計工作，保證后續高速公路運行的安全性[3]。

二、地質災害

（一）危險的巖崩

工程線路段巖層分布形態以沉積巖為主，其中沉積巖層分布明顯。不同的地層差別很大。一些巖層在長時間風化后不具有良好的承載能力。施工和運行過程中容易因外界荷載擾動導致倒塌病害發生。在山地地形中，地質構造運動較為明顯，由于地質構造的長期作用，容易產生巖石裂縫，從而導致巖石坍塌。因此，在為山路選擇路線的過程中，應盡量避開巖壁裂開的部分。可以通過在影響高速公路和橋梁安全的巖層中的滑坡易發位置設置長期觀察點，并及時反饋災害動態，提前制定預防措施[4]。

（二）巖堆

山區巖樁分布密集，巖樁主要由塊狀巖石、粒狀碎石、塌陷巖等沉積物組成。巖石結構較松散，巖樁天然孔隙率高，在外荷載壓縮作用下，存在較大的下沉、倒塌、全滑等災害。因此，在選擇山路的過程中，應盡量避開巖堆，對于不可避免的情況，應采取相應的防治措施，必要時可采用建筑圍擋，防止山路上碎石滾落。需要清理山中破碎的巖石，并在巖石經常掉落的地方添加阻擋結構。安裝蓋板或防護墻，防止巖石風化、零星碎裂，清除山坡或邊坡的巖屑，降低邊坡速度，在巖石破損嚴重的路段設置護欄，石墻、巖石等塊狀結構。對于部分懸于邊坡的巖石，根據地形和巖石的形成情況，采用鋼筋混凝土柱支撐。如果坍塌量大且頻繁，不能建立阻塞結構時，可以在內部使用干磚，在表面使用水泥砂漿磚并且使用隧道和其他受保護的結構來保證車輛通行安全[5]。

（三）滑坡

高速公路沿線有不同數量的滑坡土壤，滑坡土表面覆蓋著各種類型的粉砂黏土、粉砂巖、礫石和松散基巖等，由于滑坡土穩定性差，巖層有向下滑動的趨勢。滑坡病害集中在路基滑移區雨季、打樁、山路開挖和施工措施不當等方面更為明顯。滑坡病害對山區道路建設的影響是非常不利的，所以山區高速的路線選擇過程要盡量做好，避開山體滑坡區，如果實在沒有辦法避免，就加一個擋土墻結構，如作為沿線該位置的擋土墻，實現動態綜合治理滑坡病害，加強山路路邊防水排水設計，禁止在山路滑坡、堆積或傾倒土體。

三、選線步驟

（一）研究區地質

由于公路工程是條帶狀工程，在地質巖石結構、地質構造、地質結構和周圍山體構造等方面存在很大差異。這些地質要素是地質災害發生的物質基礎。研究地質災害物質的演化是識別地質災害的前提。因此，在山區公路線前方，主要根據當地地質圖和地質構造，研究公路廊道區的當地地質圖、地質年代演變和地質局給出的報告，成巖的形成地質圖，確定大規模地質災害可能發生的區域，這是減災和防災的基礎[6]。

地層巖與地質災害關系密切，通道廊道地層根據當地地質圖確定，識別通道區軟硬巖、易發生地質災害的地層。山區高速公路建設過程中，線路經過彈道層，由于線路經過開挖、填方、隧道，施工過程中易發生地質災害，避開易發生地質災害的地層減少軟巖地段的范圍，通過移動到硬巖地段提高施工以及道路的安全性。

局部地質圖決定了路線的單層結構，與條帶區域、地震、原位應力、原位溫度、巖石斷裂、板沖擊區和有源層的地下水開發和工程地質條件有關。在開發巖石破碎和折疊結構的地區，由于巖石的強烈壓縮和碎片，巖石的強度和穩定性降低，巖石裂縫增加，巖石層損壞，風化程度高，地下水水位高。在公路建設期間，存在不良的地質現象，如緩沖，滑坡和碎片流動，這也導致了道路路基質量不穩。穿過裂縫的波紋結構直接威脅到未來的安全性或正常運行。同時巖石完整性損壞，地下水沿著裂縫滲透，導致頂部塌陷會影響施工安全性，橋梁區域受到斷層區域的損壞，影響橋梁瀝青長度和橋梁穩定性。因此，在選擇路徑時，避免大規模斷裂區域，使路徑平行于斷裂方向，避免接觸山體斷裂裂縫以及減少裂縫結構對公路工程的影響[7]。

當地地質圖通常代表給定區域的巖石分布狀態，并充分利用現有的生產來確定道路走廊坡的形成，逆深度和切線特性。該路線應遠離傾斜切割線，以減少順層。如果不可能避免順層情況的出現，則應減少工程坡度的高度以減少地質災害。

（二）地形識別

地形地貌學收集風化、退化、運輸、沉積和硬化噴發的綜合結果，作為各種地質過程的綜合影響。可以根據地形地貌特征推斷地質功能和演化過程，預測公路建設工程未來的變化和可能引起的地質災害。在設計選擇高速公路路線時，地形圖是必不可少的參考。

等高線密集的陡坡一般會導致壤土中的沉積物塌陷，坡頂的風化裂縫和危險巖層與沖積沉積物形成的峽谷緩坡相反，容易形成沉積物和滑坡。在表面平緩獨立山脈的情況下，斜坡上的巖層具有較強的耐候性，以硬巖為主，工程地質條件較好，總體來說，山體緩坡以軟巖為主。地層剖面的坡度一般與邊坡巖層的坡向重合，如果路徑垂直于坡向，則容易發生地層滑坡。

地形斜坡結構，生存特性和周圍地形上的馬蹄谷或新的一些現有地層的反演，都容易發生滑坡。從地形的角度來看，溝渠的發展和分配，典型的巖溶發展，喀斯特洪水和碎片流動威脅到隧道建設和結構的安全性，巖石路基的快速崩潰威脅著道路運行的安全。因此，在選擇公路路線時，要了解坡度特性的防災措施，確定地質災害的地形，避免或減少路線的影響。應特別注意河谷等結構對于路橋穩定性的影響以及建造難度的影響，合理選擇中和長跨度橋梁的位置，這是線路設計的關鍵。

（三）特殊氣候

山路建設中最常見的地質災害是山體滑坡等地質災害，但是外部氣候尤其是特殊氣候條件的影響也是一個重要的外部條件，能夠觸發地質災害，促進并加速發生和發展地質災害。設計公路時，應特別注意地表水易聚集的低洼地區、斜坡上的軟土和狹窄峽谷段的流域。同時要注意臺風等異常氣候對地面坡度的不利影響。道路經過隆起的基巖土壤區，還應注意雨旱交替對路基側坡的影響。

受到山區中河流的影響，周圍的溶洞積水，地下水和降雨滲透，改變了原始地質環境條件，進而會導致地質災害，因此需要正確地識別。隧道施工導致周圍地下結構發生變化，通過人工排水使得地下溶洞等水分減少，隧道泄漏水、巖石崩塌、路基沉降等，這些都影響施工安全、公路建設和運營。同時高風險巖石區，公路選線應繞避，避免在水流通廊道、暗河等區域附近進行道路施工[8]。

（四）人類活動

人類工程對地質環境的影響主要是對原始地質環境的破壞和地質演化。由于地表變形和塌陷、巖樁工程活動、水庫建設等，人類煤礦產生的地質損害導致形成次生碎屑。這改變了路堤的地質環境，導致路堤不穩定。

（五）加強地質調查

根據區域地質結構，地形圖中預先規劃的路線需要重點進行災害調查。災害機理包括規模、性質和災害影響，包括道路建設和運營中的災害調查、可能的風險問題和風險評估。對于具有場地勘測和工程經驗以及重大地質災害風險的區域，路線規劃者必須快速提供反饋，以調整路線規劃、檢測和監測方法。使用工程解決方案減少地質災害，或在地質災害方面相對損失較小的工程解決方案，從中選擇合適的方法減少地質災害，提高路線設計水平。

（六）科學決策

及時與業主溝通、咨詢、審查、收集經驗、做出科學決策、優化路線設計，利用業主邀請的豐富經驗的專家并結合咨詢和審查方面的豐富經驗，提高地質災害風險路線圖的設計。這是一個多方面的科學論證，需要設計人員快速響應和反饋，降低地質災害風險，最終實現地質災害風險防范，路線達到防災減災標準。

四、設計理念

（一）安全設計理念

由于山區公路的路線設計方法主要依靠公路線形，因此路線設計安全在公路設計過程中非常重要，直接關系到后續山區公路的安全通行質量和車輛的行駛質量，以及暢通科學合理的公路線形設計是車輛安全通行的基本前提。因此，公路線形設計應綜合考慮經濟、安全和技術指標，實現各項設計指標的優化組合，有效提高山地道路的安全通行質量。

（二）環境效益設計

隨著國內環保和可持續發展理念的進一步深化，在山路設計過程中也必須強調環保要求，環保設計理念必須貫穿山路設計的全過程。現行國家公路設計規范明確要求將環境保護因素納入公路選線規范條件，控制山地公路建設及后續運營對原生態環境的影響，提高環境保護和可持續發展水平。因此，在實施道路線形設計時，設計人員應注意環保要求，對路段進行綜合環境評價，盡量少占用耕地，堅決防止民挖。

（三）寬容設計

國外一些國家將公路兩側的安全設計作為一個重要的設計子項目。公路兩側的容差設計是山路安全設計的重要體現，公路兩側的容差設計的目的是為了保證車輛的安全返程有足夠的空間。其中公路兩側的參數設計包括設計寬度、坡度比和水密排水設計。為了不讓山路上的車輛行駛時偏離車道，可增加等高線、引導標志等交通安全設施，并通過車道外側顯示振動提供足夠的行車警告和通知。降低坡度比可降低車輛傾覆的可能性，應修改路基邊溝，并應盡可能使用覆蓋排水溝或碟形排水溝。道路必須按時清理，緊急避讓重型卡車，此外還需要進一步優化道路欄桿和防撞墻的結構和防撞等級。

五、結束語

總之，山區高速公路的設計應以盡量避開危險路段為基本原則，設計過程中合理規劃路線總長并繞開地質災害出現的區域。對于不可避免的路段，應當采取地質災害管理和防護措施，確保相關路段的安全運營。在山區道路的路線選擇期間，必須進行早調查晚設計，以消除影響線路穩定的因素，防止地質災害的發生。影響道路的常見地質災害，包括山體崩塌，危險的巖石，山坡等等道路路線選擇應避免大層面的裂縫，避免山體滑坡和塌陷等不利地質部分，沿著山區避免環境敏感的地區，做好土壤和水資源保護，加強地質災害管理，不擴大損害范圍，倡導山路路線設計，理性路線，防止地質災害，采取科學合理的綜合改善措施，提高地質災害防護水平，提高道路施工質量，保證駕駛安全。