西部山區公路泥石流的選線與整治實踐

陳朝紅

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概 述

217公路工程泥石流形成區處于上游河谷侵蝕高山區，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，沖溝地貌發育。河流右岸發育Ⅰ、Ⅱ級基座階地，階面平坦，寬度80 m左右。現狀公路從泥石流形成區前緣通過，公路右側距現代河床20～50 m，最近處僅12 m，路面與現代河床高差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，現狀公路長度有550 m通過該泥石流。

泥石流形成區巖性為第四系全新統(Q4sef)泥石流堆積的碎塊石土，厚度大于15 m，物質來源主要為泥石流形成區巖體風化剝落、崩塌形成，岸坡及泥石流下伏基巖為泥盆系中統灰黑色、暗灰色變板巖，基巖為堅硬巖石，受構造應力影響，節理、裂隙較發育。工程區屬天山中部北麓山區氣候亞區，四季氣溫懸殊，氣候較干燥少雨，山區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 泥石流形成區特征概述

泥石流形成區主要分布在海拔高程4 500 m左右極高山的冰川區上，由于區域內地震、地質構造活動頻繁，巖體風化、崩塌等現象較為發育，并且受到冰川侵蝕作用，冰磧物、冰磧堤等地質體、冰川地貌發育，固體物質儲備量大，形成區物質來源較為豐富。冰川下部冰磧物至公路之間發育良好的溝谷形態，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，該溝谷總體形態較為順直，總長度約4.0 km，平均寬度約1.2 km，流域面積約3.92 km2。

泥石流總體形態呈典型的扇裙形，泥石流堆積區洪積扇面積6.4萬m2，地面自然坡度12°～18°，泥石流后緣發育大沖溝，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]。據調查以及向公路養護單位了解，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生，平均每年1～3次。

該泥石流由于形成區物質來源豐富，固體物質儲備量較大，且流通區上部沖溝地形較為順直，坡度較大，有利于泥石流向下排泄，由于形成區物質不斷產生，因此多年來該路段不斷有泥石流發生，但規模均較小，對道路危害程度一般。泥石流處于侵蝕高山區的峽谷地段，泥石流流域為溝谷型態，流域面積約4 km2，按固體物質成分及流體性質劃分為粘性泥石流，泥石流形成區坡陡，崩塌、巖堆十分發育，風化作用劇烈，固體儲備量較大，流通區溝床坡度大，泥石流作用強烈[2]。

泥石流巖性為第四系全新統(Q4sef)崩坡積的碎塊石土，塊石最大粒徑可達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

根據該段線路的工程地質條件，本階段設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條件

(1)方案Ⅰ的工程地質條件及評價

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入山體進洞，洞線全長約620 m。

隧道進口段：洞臉邊坡巖層為泥盆系中統灰黑色變質板巖，基巖屬堅硬巖石，受構造應力影響。巖體強風化層厚3～5 m，巖石圍巖彈性波速1 500～2 200 m/s，完整性系數0.50，屬Ⅳ級圍巖。洞身段：巖性為泥盆系中統深灰色厚層狀變質板巖，基巖屬堅硬巖石，洞身位于微風化-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0.70，彈性抗力系數為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：深灰色厚層狀變質板巖，位于強風化巖體中。圍巖彈性波速1 500～2 200 m/s，屬Ⅳ級圍巖。

(2)方案Ⅱ的工程地質條件及評價

該方案為隧道方案，線路通過泥石流堆積區中部，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，干燥～稍濕，根據鉆探及物探測試驗成果該層厚度大于35 m，動彈擊數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0.35，彈性抗力系數為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的工程地質條件及評價

該方案為路基方案，線路通過泥石流堆積區前緣，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 各方案工程地質條件比較

(1)方案Ⅰ的優缺點

該方案采用隧洞方案，避開了泥石流災害。線路巖性為泥盆系中統深灰色厚層狀凝灰質砂巖、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，其成洞條件有待進一步研究[5]。

(2)方案Ⅱ的優缺點

該方案為隧道方案，線路通過泥石流堆積區中部，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，成洞條件差，開挖方量大，施工工藝較復雜。如發生強烈流石流易對近溝床處洞身造成破壞。

(3)方案Ⅲ的優缺點

該方案為路基方案，線路通過泥石流堆積區前緣，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，如發生泥石流，一般情況只需進行平常的路基清淤工作，會短暫地阻斷交通[6]。

經過以上分析，各方案工程地質條件各有優缺點，均沒有絕對優勢，從泥石流對各方案的危害程度以及潛在危害情況相比較，我們認為方案Ⅲ略優于其它方案。

4 結束語

本工程線路經過高山峽谷地段， 自然條件惡劣，受地形條件影響，線路布置條件有限，無法進行完全繞避，因此線路的選擇主要根據泥石泥發育特征和相關工程地質條件， 結合公路運行現狀情況，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前緣，將泥石流對線路的危害程度降到最低。