平行于活動斷裂帶高速公路路線選線綜合研究

摘要：為科學論證平行于鮮水河活動性斷裂布設的康爐高速路線走廊可行性，評價路線方案的合理性，基于鮮水河活動性斷裂對項目的影響，通過地質災害風險研判，多維度進行路線方案比選，并運用多種方法驗證路線方案選擇的合理性，最大程度規避或減輕地震及次生地質災害對線路影響。總結了平行于活動斷裂帶高速公路路線選線的總體思路、選線原則，形成了較為全面的基于平行于活動斷裂綜合選線方法。

關鍵詞：高速公路； 斷裂帶； 關鍵控制因素； 綜合選線原則； 平行于斷裂帶選線方法

中國分類號：U412.32A

［定稿日期］2022-12-07

［作者簡介］ 林莉（1981—），女，碩士，高級工程師，主要從事公路規劃、橋梁結構設計及研究工作。

0 引言

隨著國民經濟的快速發展，高速公路建設進入了蓬勃發展時期，高速公路布局已從以前的大通道，到現在的加密路網布局；工程建設區也從以前的平原微丘區，延伸至山嶺重丘區。隨著項目建設進入山區，大量的環境敏感點的分布，大量不良地質災害發育，地質地形條件越來越復雜，其建設的難度越來越大，建設條件越來越差，部分項目路線走廊的選擇已不能完全繞避地震斷裂帶，其活動性斷裂對高速公路的建設帶來極大的影響，也給路線走廊及路線方案的選擇提出了更高的要求，公路選線需重點研究最大限度規避或減輕地震及次生地質災害對線路及工程的影響，重點思考如何保證地震災害發生后，工程最小程度的破壞，能最快速度搶修保通，能最短時間進行恢復重建，最大限度規避或降低工程風險。

1 工程概況

康定至爐霍高速公路起于四川省康定市新都橋鎮，接G4218川藏南線高速，經爐霍縣、道孚縣，止于道孚縣雅德鄉，接G4217川藏北線高速，項目總里程約200 km，項目全域位于甘孜藏族自治州境內，項目的建設對改善甘孜州交通出行條件，實現藏區跨越發展具有重要意義（圖1）。

2 影響路線選線的關鍵控制因素

2.1 極其復雜的地形地貌條件

項目全域位于甘孜藏族自治州境內，項目起點位于新都橋鎮東俄洛村，線路基本沿現有S215、S303、G317走廊布線，海拔以松林口段最高，約3 900 m，從起點至松林口逐漸增高，松林口至道孚縣城逐漸降低，道孚縣城至終點海拔逐漸增加。走廊帶地形地貌復雜，地貌單元多樣化，受地質構造——區域性斷裂鮮水河斷裂帶和河流作用控制明顯。走廊帶內地貌類型整體屬構造剝蝕及河流侵蝕堆積地貌，其次為山麓斜坡堆積地貌，少量冰水堆積地貌。地貌從起點高原寬緩型河谷階地地貌、中低山、草原至終點中高山地貌。不同的地形地貌情況給路線方案選擇，特別是平行于活動性斷裂路線選線原則起著控制性作用。

2.2 極其活躍的地震效應

工程區位于四川省最為活躍的鮮水河地震帶內，因其特殊的大地構造環境和強烈的地殼運動，歷史強震活動頻繁。朱穎［6］基于“5·12”汶川地震都汶路白云頂越嶺段擋墻及邊坡工程震害分析統計，面向震中（或斷層）山體部位震害嚴重，背向震中的坡面震害輕微。黃潤秋等［8］根據汶川地震災區11 308個地質災害的分布規律，將其歸納為“三大因素，十大效應”，地震地質災害受發震斷裂的控制，具有明顯的距離效應、錨固段效應、上下盤效應和方向效應，同時與巖性、高程等影響因素密不可分。主要表現特征為地震次生災害具有沿發震斷裂和水系呈帶狀分布的特征。Ashford S A等［9］提出同一山體面向震中（或斷層）與背向震中的坡面差異甚大。擬建項目路線方案沿鮮水河活動性斷裂平行布設，期間將不可避免地直接穿越發震斷裂，部分區段不可避免位于位于其上盤，且面向斷層，地震效應十分顯著，沿線大型堆積體滑坡、泥石流、崩塌等地震效應帶來的不良地質廣泛分布，嚴重制約路線走廊及方案選擇的空間。

2.3 錯綜復雜的斷裂帶構造

工程區內構造形跡以北西（南東）向為主，主要構造為鮮水河斷裂帶。該斷裂為2個Ⅲ級構造單元的分界斷裂，屬全新世活動斷裂，自1725年有地震記錄以來，以鮮水河地震帶為發震構造的，發生5級以上地震50余次，其中7級以上8次，6.9～6.0級17次，頻度和強度均冠于全川。項目區抗震設防烈度Ⅷ度，該斷裂帶的發育特征是該項目路線走廊的選擇以及路線的選線在地質條件方面的主要控制因素。而確定該斷裂帶具體分布特征又是其中的重難點。

2.4 種類繁多的不良地質問題

受高寒、高海拔等氣象綜合影響，鮮水河活動性斷裂帶的地震效應影響，本項目工作區整體穩定性較差，線路走廊帶內不良地質現象較多，主要為滑坡、泥石流、崩塌與巖堆、砂土液化、積雪、涎流冰及季節性凍土。區內特殊性巖土主要為軟土、凍土和黃土。路線與鮮水河斷裂同一走廊，路線方案將不可避免地穿越具有強烈活動性的鮮水河斷裂帶和地貌類型、巖性組合、構造單元等差異性均很大的地質環境，查明各種不良地質現象的位置、性質、規模以及危害程度，對路線綜合選線起著至關重要的作用。

3 平行活動斷裂帶高速公路路線選線研究

平行于活動斷裂進行高速公路選線本來就是工程建設的“禁區”，其走廊受地震影響較大，為最大程度減小、減輕地震及次生地質災害對線路及工程的影響，需進行大量基礎資料收集調查、觀測以及專題研究，做到總體及路線的精細化設計。朱穎［6］基于“5·12”汶川地震震害現場調查，研究分析了地震及地震次生地質災害對鐵路的影響，提出必須重視具有“生命線”意義鐵路工程的規劃與選線、基于預防地震次生地質災害的綜合選線、地震近場效應及近場區工程選線的高烈度地震山區鐵路綜合選線三大原則；結合成蘭等鐵路選線實踐，總結提出了高烈度地震山區鐵路綜合選線原則意見16條。眾多關于活動性斷裂帶路線選線的專題研究，也大多局限于點，而整條路線平行于活動性斷裂研究相對較少。

3.1 平行活動斷裂路線選線方法及設計原則

3.1.1 行業規范要求

JTG/T 2231-01-2020《公路橋梁抗震設計規范》第4.1.10條規定：橋梁工程場地范圍內有發震斷裂時，應對斷裂的工程影響進行評價。抗震設防烈度大于等于Ⅷ度，宜采取下列措施： A類橋梁宜避開主斷裂，抗震設防烈度為Ⅷ度和Ⅸ度地區，其避開主斷裂的距離即橋墩邊緣至主斷裂帶外緣的距離分別不宜小于300 m和500 m；A類以下橋梁宜采用跨徑較小、便于修復的結構。當橋位無法避開發震斷裂時，宜將全部墩臺布置在斷層的同一盤（最好是下盤）上；當不能將全部墩臺布置在斷層的同一盤時，宜進行專項研究［4］。JTG 2232-2019《公路隧道抗震設計規范》第4.2.8條規定：隧道軸向不宜近距離平行主斷裂；當隧道不得已穿越活動斷層帶時，可布設在斷裂帶較窄的部位，且應對斷裂帶的錯動速率及錯動量等進行專題論證，并在隧道設計中采取應對措施；隧道平行于活動斷裂布置時，宜布設在斷裂帶的下盤內［5］。

3.1.2 綜合選線基本原則

根據本項目的地形地質條件、鮮水河活動性斷裂的定位及地震影響，結合項目的功能定位，基于如何最大限度地規避或減輕地震及次生地質災害對線路及工程的影響、最大限度規避或降低工程風險，提出本項目臨近活動性斷裂帶路線綜合選線原則：

（1）“非必要不平行”的項目規劃及走廊選擇原則。項目規劃應重點考慮全新世活動性斷裂對項目工程安全的影響，結合實際的地形地質條件進行多走廊研究，并結合項目投資分析、國民經濟評價、工程項目收益進行綜合性評價。

（2）“平行盡量遠離”的路線方案綜合選線原則。充分分析、量化、定位斷裂帶的分布及影響，查明主斷裂及分支斷裂的影響寬度以及滑動速率、錯動量，專題研究各條斷裂上下盤關系。平行活動斷裂布設，最大程度遠離斷裂帶，其最小按300 m進行控制，最大程度減小地震對公路的影響。

（3）“需跨越易修復”的選線對結構物控制原則。由于項目里程約200 km，難以避免與斷裂帶的交叉。路線總體設計及綜合選線應最大程度減少和斷裂的交叉次數，不得已穿越活動斷層時，可布設在斷裂帶較窄的部位。路線綜合選線把握“交叉次數最少、交叉部位最窄、填挖高度最小、跨越方式最簡”的總體設計原則。

3.2 平行活動斷裂路線綜合選線技術重難點及解決措施

3.2.1 基于地震災害風險評估，結合社會經濟發展分析規劃走廊的合理性

從項目規劃的起止點以及控制點來看，路線串聯康定—新都橋—道孚—爐霍，基本沿現有S215、S303、G317走廊布線，但本項目走廊同鮮水河活動斷裂帶平行展布，介于川滇斷塊強烈活動斷裂區和川青斷塊強烈活動斷裂區交界邊緣，此區也為四川省構造活動最強烈的板塊。活動性斷裂帶來的項目區地震烈度高，項目區地震基本烈度高達Ⅷ度，規劃走廊工程風險級別高。但該走廊為傳統經濟走廊，也為人口較為集中區域，對促進少數民族地區經濟發展起著重要的作用。且該走廊河谷較為寬緩，加強路線方案綜合研究及結構物抗震設計，可最大限度規避或減輕地震及次生地質災害對線路及工程的影響。對比項目區的地形地貌情況以及經濟效益分析，在無更優的路線走廊可選的情況下，該路線走廊基本可行，可進行路線選線綜合研究，但應充分論證其建設的迫切性以及建設時機，結合交通量及項目財務分析評價，分析同走廊帶內不同公路等級以及技術標準的比選。

3.2.2 從項目規劃宏觀判別大地構造及活動性斷裂對路線走廊的影響

擬建項目在大地構造單元上位于Ⅰ級構造單元松潘—甘孜地槽褶皺系（Ⅰ2）內的Ⅱ級構造單元巴顏喀拉冒地槽褶皺帶（Ⅱ8）。具體構造部位于介于石渠—雅江（Ⅲ14）與馬爾康（Ⅲ12） 2個地向斜間的爐霍—乾寧地背斜（Ⅲ13），見圖2。項目區位于Ⅰ區（川滇斷塊強烈活動斷裂區）和Ⅱ區（川青斷塊強烈活動斷裂區）交界邊緣，區內構造形跡以北西（南東）向為主，主要構造為鮮水河斷裂帶，見圖3。該斷裂為2個Ⅲ級構造單元的分界斷裂，屬全新世活動斷裂，強烈的構造活動帶來的問題，首先是地震風險，其次是各類不良地質問題。

3.2.3 采用地調、地質遙感、物探、鉆探等綜合手段查明活動性斷裂分布情況

項目組在通過搜集1∶20萬區域地質報告《康定幅》《丹巴幅》《新龍幅》《爐霍幅》及1∶50000《鮮水河活動斷裂帶地質圖》，結合《康定至爐霍高速公路工可地質遙感解譯成果》成果報告進行宏觀分析的基礎上，利用以1∶10000地形圖為底圖，進行現場調查復核后，對跨斷裂大橋或隧道進行針對性布置鉆孔驗證。最終確定鮮水河斷裂帶發育特征，主要包括分布、產狀、活動性、滑動速率等。鮮水河斷裂帶北西起于甘孜縣卡蘇，經爐霍縣、道孚縣、康定市，止于瀘定縣磨西鎮，整體呈NW（SE）展布，長約320 km，為一條全新世左旋走滑活動斷裂帶。斷裂帶內羽列具多重性，整個斷裂帶由不同等級、不同規模、不同大小的剪切破裂依次羽列組合而成。整個斷裂帶主要由爐霍斷裂、道孚斷裂、乾寧斷裂、中谷斷裂、色哈拉—康定斷裂、磨西斷裂、折多塘斷裂及雅拉河斷裂呈左行左階羽列組成。

3.2.4 地質災害調查及災害特征分析

采用走廊帶遙感解譯，結合現場工程地質調繪，整理綜合分析，本項目工作區整體穩定性較差，受該區特有的活動斷裂帶及地層巖性組合影響，線路走廊帶內不良地質現象較多，主要為滑坡、崩塌、泥石流及砂土液化。區內特殊性巖土主要為軟土、凍土和黃土。在地球的內、外應力作用下，巖層或巖體發生變形或位移而遺留下來的形態。構造影響到斜坡的穩定性，在斷層及其附近一定范圍，巖土體遭受到構造活動的破壞，降低了坡體的穩定性，同時也成為了地下水提供營運通道，地質災害沿著斷裂構造呈帶狀發育。研究區內大的構造帶為鮮水河構造帶，地質災害點發育的總體趨勢是隨著離斷層的距離越遠，地質災害點的個數逐漸減少，詳見表1。

3.2.5 路線平面布設方法及結果比較

影響項目路線布設的核心因素為鮮水河活動性斷裂，該斷裂為全新世活動斷裂，整個斷裂帶由不同等級、不同規模、不同大小的剪切破裂依次羽列組合而成。該斷裂帶對區域穩定性影響極大，平面布設主要方法有：

（1）綜合考慮地質、地震因素;重視活斷層、不良地質等特殊場地的地震放大效應、近場區的地震近場效應，線路應繞避大型不良地質發育地段繞避地震及地震次生震害嚴重地段。

（2）路線平面布設按照規范要求，結合實際的地形地質條件，盡量遠離活動性斷裂帶。避開主斷裂外緣的距離分別以不宜小于300 m控制，關于A類橋梁及隧道在場地內存在發震斷裂時，所規定的Ⅸ度區（提高1度考慮）控制安全避讓距離。

（3）路線和活動性斷層交叉式，應選擇大角度通過斷層最窄的地段，選擇活動性較弱的安全島通過。

（4）寬緩河灘地段（新都橋路段）以及高原草原路段（龍燈草原路段），應重點研究地震時可能產生液化現象對承載力的影響，非必要不選擇，必要時路線應選擇在液化土層范圍較窄的地段通過。

（5）臨河傍山路段（松林口路段及道孚至爐霍路段），在地震力作用下極易誘發崩塌、滑坡、泥石流等地震地質災害，線路布設用充分考慮地震作用下產生的不良工程地質的影響。

路線方案和斷裂平面位置關系見表2。

3.2.6 路線縱面設計注意事項

（1）縱面設計的核心內容就是控制項目的橋隧比，最大程度上減小橋隧比，增長路基長度，更有利于項目的抗震，最大限度地規避或降低工程風險，更有利于地震發生后項目的最快搶通保通，更有利于項目的災后恢復重建。

（2）縱面設計盡量控制項目的填挖高度，靈活設置整體式及分離式路基設計區段，盡量避免大挖大填，減小由工程建設誘發山體崩塌、垮塌、滑坡等次生災害對公路的影響。

（3）沿溪線應根據實際的地質、地災、降雨等情況綜合分析，確定合理路線高程，避免泥石流或地震形成堰塞湖衍生洪水災害對公路的影響。

（4）盡量控制橋梁設計橋高，橋梁高度不宜高于50 m，縱面控制盡量采用小跨徑、簡支結構等易施工、易修復的結構。

（5）隧道洞口盡量避免偏壓及淺埋，避免洞門的大挖大填。

3.2.7 路線綜合選線對結構物的控制

近年來，四川地震高發，從2008年“5·12”汶川地震，到2013年“4·20”蘆山地震、2017年“8·8”九寨溝地震以及2021年“9·16”瀘縣地震。從抗震救災情況以及災損調查綜合分析，公路結構物的抗震性能依次為可歸納為：路基gt;隧道gt;橋梁，即路基最優，隧道其次，最后是橋梁。公路結構物設計主要以易搶通保通及修復結構型式為主。

（1）路基：采用低路堤，避免設置高大擋防結構；繞避順層地質構造以及地震易液化路段，不能繞避應盡量選擇在非液化地段或液化層埋藏較深及最窄地段通過。

（2）橋梁：盡量控制橋梁設計橋高，橋型結構宜采用小跨徑、簡支結構等易施工、易修復的結構型式。

（3）隧道：隧道軸線宜垂直穿越斷層，且應預留變形條件，使之具有一定的錯位適應能力及補強空間；平行于斷層時，盡量布置于活動性斷裂的下盤。線路應避免短隧道群，洞口位置的選擇應貫徹“早進晚出”的原則，洞口宜接長明洞，加長明洞（防落石），防不良地質影響。

（4）互通：互通不宜設置在斷裂束中，特別是斷裂密集處、交匯處及活動斷裂的端點，無法繞避時應選擇活動性相對較弱的“安全島”。互通區結構物設置盡量避免高墩橋梁、特殊結構橋梁以及高大路基擋防工程，應盡量以路基及矮墩橋梁結構形式。

3.2.8 基于地質遙感對路線選線評價

康定至爐霍高速公路起點位于新都橋，向北沿八美（老乾寧）、道孚、爐霍，止于爐霍縣雅德鄉附近。綜合地形地質條件、鮮水河斷裂的影響、工程投資經濟分析，共擬定一條貫通的K線方案和13條同精度比較線路。依據地質災害危險性評價分區，將項目區分為12個主段，采用疊置分析法得到區內災害風險度分布圖，擬建公路災害風險計算以線路中心線兩側100 m 的范圍，利用ArcGIS建立線路緩沖區，利用“3D Analyst-功能性表面-添加表面信息”功能計算每個結構物單元中危險度總值，并根據計算線路風險量化值。首先利用ArcGIS中重分類功能，對地質災害危險性評價結果分別賦值，由低到高分別為1～5，并根據各比選方案分段中各級危險區面積×賦值，得到各級危險區的危險度值。其次，根據各結構單元的造價高低，分別對明線、橋梁、隧道賦值，為明線-1、橋梁-2、隧道-3，然后根據線路設計資料中的長度信息×賦值，得到各結構單元的造價，得到結構物各分段單元的最終統計情況。采取因素疊合法，將各區危險度值和造價進行疊合處理，即采用將危險度值和造價值相乘，得到選線優化方案定量計算的最終影響結果（圖4）。

基于以上計算結果，最終結果數值越低，選線越優，則II-1（K）、III-1（K）、V-2（EK）、VII-2（GK）、VIII-1（K）、IX-2（NK）、X-1（K）、XI-1（MK）選線更優。路線方案K+L+K線可作為進一步研究的重點線路。其中Ⅵ區（八美至松林口段）、Ⅶ區（松林口至道孚縣城段）相對影響結果較大，需加強地質災害評估、方案比選和結構抗震設計。

4 結論

（1）影響康定至爐霍高速路線方案成立的核心因素為鮮水河活動性斷裂，其發震活動頻次高，滑動速率大，地表破壞性強。受其地震影響，地表破裂帶、滑坡、崩塌、泥石流等遞增災害極其發育。場區具有極其復雜的地形地貌條件、極其活躍的地震效應、錯綜復雜的斷裂帶構造以及種類繁多的工程地質問題，需利用綜合手段及專題研究對活動性斷裂進行定性定量分析。路線方案綜合選線應以地質為綱，多手段、多方案進行路線方案比選，并對路線方案進行綜合性評價，擇優推薦路線方案。

（2）平行于活動斷裂帶公路路線綜合選線應把握最大限度的規避或減輕地震及次生地質災害對線路及工程的影響的設計原則，堅持“非必要不平行、平行盡量遠離、需跨越易修復”指導思想，路線設計以“交叉次數最少、交叉部位最窄、填挖高度最小、跨越方式最簡”進行精細化設計。

（3）路線走廊平行于活動斷裂應謹慎選擇，走廊受其地震影響，工程風險較大，工可研究應重點研究論證規劃路線走廊的合理性及可行性，需堅持非“非必要不平行”的規劃原則。

（4）平行于活動斷裂帶高速公路需對項目建設的迫切性及建設時序進行深度研究，在斷裂帶研究未完全定性定量、施工建造工藝及項目運維養護為完全達到的情況下，建議持續深入研究，暫緩實施。

（5）平行于活動斷裂帶公路等級及技術標準需進一步研究比較，應結合區域社會經濟情況、交通量等綜合因素論證是否有必要采用高速鐵路、高速公路等安全要求等級高、線型指標高的工程建設。應結合項目區域交通量以及通行能力分析，開展高速公路和等級道路的比較、公路高速化等方向的研究。

（6）經綜合選線研究，盡管鮮水河斷裂帶對康定至爐霍高速的路線方案的安全性影響較大，但工程可行性階段通過資料收集、地調、地質遙感、物探、鉆探等綜合手段以及地震地質專項研究基本查明活動性斷裂分布、滑動速率以及不良地質情況，并采取了多手段進行綜合選線比較，最大程度上規避或減輕地震及次生地質災害對線路影響，可將K+L+K線作為進一步研究的重點線路。

（7）由于鮮水河活動性斷裂構造復雜且平行于路線走廊，對路線安全影響較大，下一階段還需進一步定性研究斷裂情況，查明不良工程地質問題，細化路線方案方案，開展結構抗震專項研究，為項目的順利實施提供可靠的技術支撐。

參考文獻

［1］ 四川省交通勘察設計研究院有限公司，交通運輸部規劃研究院.康定至爐霍高速公路工程可行性研究報告［R］.2019.

［2］ 成都理工大學.地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室.康定至爐霍高速公路工可地質遙感解譯報告［R］.2018.

［3］ 鮑衛剛，李建中，陶夏新，等. 公路工程抗震規范： JTG B02-2013［S］.北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

［4］ 公路橋梁抗震設計規范： JTG/T 2231-01-2020［S］.北京：人民交通出版社股份有限公司，2020：23-25.

［5］ 蔣樹屏，林志，李玉文，等. 公路隧道抗震設計規范： JTG 2232-2019［S］.北京：人民交通出版社股份有限公司，2020：11-12.

［6］ 朱穎.復雜艱險山區鐵路選線與總體設計論文集［M］.北京：中國鐵道出版社，2010：8-16.

［7］ 朱穎，姚令侃，魏永幸.復雜艱險山區鐵路減災選線理論與技術［M］.北京：科學出版社，2016.

［8］ 黃潤秋，李為樂.“5.12”汶川大地震觸發地質災害的發育分布規律研究［J］.巖土力學與工程學報， 2008（12）：2585-2592.

［9］ Ashford S A，Sitar N.Analysis of topographic amplification of inclined shear wavea in a steep coastal bluff［J］.Bull.Seis.Soc.Am.1997，87：692-700.

［10］ 劉品.構造地質選線在山區高速公路建設中的運用研究［J］.公路，2022（3）：26-31.