西部強(qiáng)震山區(qū)高速公路地質(zhì)選線與安全選線研究

摘要 該文以瀘定至石棉高速公路為例，結(jié)合項目沿線地形、地質(zhì)條件，分析斷裂帶與路線、橋梁的線位關(guān)系，對順斷裂帶路線的選線原則和特大橋橋位、橋型以及縱斷面標(biāo)高的選擇進(jìn)行研究總結(jié)，根據(jù)總結(jié)結(jié)論進(jìn)一步優(yōu)化了路線、橋梁方案，優(yōu)化后的路線、橋梁方案經(jīng)受住了“9·5”瀘定地震的檢驗。該文研究成果可為西部強(qiáng)震山區(qū)高速公路地質(zhì)選線與安全選線提供參考。

關(guān)鍵詞 活動斷裂；順斷裂帶路線的選線原則；選線原則的應(yīng)用及效果

中圖分類號 U412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0047-03

0 引言

四川省西部地區(qū)活動斷裂十分發(fā)育，其中鮮水河斷裂、安寧河—則木河斷裂、龍門山斷裂為境內(nèi)三大主要斷裂，它們呈“Y”字形分布。

瀘定至石棉高速公路位于四川省甘孜州瀘定縣及雅安市石棉縣境內(nèi)，地處青藏高原東南緣的橫斷山脈，場區(qū)主要位于龍門山地震帶和鮮水河—滇東地震帶，地震活動強(qiáng)度較大。在未來百年內(nèi)，鮮水河—滇東地震帶有可能經(jīng)歷至少兩個地震相對活躍期，并可能發(fā)生多次Ms≥7.0級地震。

場區(qū)附近7級左右大地震發(fā)生情況見表1。

場區(qū)內(nèi)斷裂多，多數(shù)方案與活動斷裂平行、相交，加之沿線滑坡、崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育，對地質(zhì)選線及安全選線提出了較高要求。

該文以瀘定至石棉高速公路工程為例，分析了項目區(qū)域沿線地形、斷裂帶和地震等地質(zhì)條件。并根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）[1]，歸納總結(jié)了順斷裂帶路線的選線原則和特大橋橋位、橋型以及縱斷面標(biāo)高的選擇，期望能為類似強(qiáng)震山區(qū)高速公路地質(zhì)選線與安全選線提供參考。

1 項目地形、地質(zhì)特點

瀘石高速公路是《四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2022—2035年）》“S73瀘定—雷波高速公路”的重要組成部分，采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度80 km/h，路基寬度25.5 m。

1.1 地形地質(zhì)條件復(fù)雜

項目沿線以中高山峽谷地貌為主，境內(nèi)山高坡陡，溝壑交錯，地勢起伏大，峽谷相對高差1 800～2 200 m。

受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、大渡河谷深切卸荷及工程區(qū)內(nèi)梯級電站的影響，項目沿線工程地質(zhì)條件極其復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害極其發(fā)育。初步設(shè)計通過大范圍谷歌地球三維模擬技術(shù)，大比例尺遙感技術(shù)，全斷面物探技術(shù)，按某個比例或足尺現(xiàn)場試驗、模型試驗、數(shù)值模型分析[2]等新技術(shù)、新手段的綜合應(yīng)用，基本查明金光村～銅槽溝沿江段工程地質(zhì)條件。測區(qū)不良地質(zhì)主要有滑坡、崩塌、巖堆、泥石流、水庫坍岸、厚層堆積體等。

1.2 路線與斷裂帶平行、相交

路線總體走向為南北向，沿大渡河兩岸布設(shè)。場區(qū)內(nèi)涉及的主要斷裂有瀘定斷裂、得妥斷層、二郎山斷裂、金坪斷層、大渡河斷裂、鮮水河斷裂、石棉—馬前門斷層等7條區(qū)域斷層。其中鮮水河斷裂南東段（磨西斷裂）、大涼山斷裂石棉段（石棉斷裂）均為全新世活動斷裂，具備發(fā)生7.5級左右大地震的構(gòu)造背景；其他斷裂均為中更新世活動斷裂，不會對工程產(chǎn)生重大影響[2]。

項目K0+000～K46+000段與非活動性平行或相交，K46+000～K96+000段與活動斷裂、非活動性平行或相交，與鮮水河斷裂最近處僅約1 km。

線位與斷裂的關(guān)系見圖1。

2 順斷裂帶路線的選線原則

該項目路線走廊帶狹窄，與磨西活斷裂、石棉活斷裂近乎平行，地形地質(zhì)條件極其復(fù)雜，強(qiáng)震對道路安全以及結(jié)構(gòu)安全影響極大。如何做好地質(zhì)選線工作是方案決策的基礎(chǔ)，是項目路線方案成敗的關(guān)鍵[3]。路線布設(shè)要貫徹地質(zhì)選線、安全選線總體設(shè)計理念，堅持以下設(shè)計原則：

（1）路線盡可能遠(yuǎn)離大渡河右岸磨西活動斷裂，應(yīng)布設(shè)在非活動性斷裂影響區(qū)及地質(zhì)條件更好的左岸；跨越活動斷裂應(yīng)盡量采用大角度相交，以減少斷裂帶對道路安全的影響。

（2）充分重視橋位安全，特大橋橋位應(yīng)遠(yuǎn)離活動斷裂，并選擇利于抗震的橋型結(jié)構(gòu)。

（3）應(yīng)繞避大型滑坡、崩塌等重大不良地質(zhì)病害區(qū)域。

3 選線原則的應(yīng)用及效果

3.1 順活動斷裂路線走廊的選擇

K46+0000～K83+000段路線走向與磨西斷裂近于平行，最近處僅約1 km，局部與石棉斷裂和鮮水河斷裂相交。

路線與斷裂的關(guān)系見圖2。

該段走廊帶位于大渡河兩岸，得妥斷層、鮮水河斷裂帶于大渡河右岸通過。鮮水河斷裂規(guī)模較大，對該段走廊帶影響較嚴(yán)重。右岸巖體受斷層影響明顯，為碎裂結(jié)構(gòu)，承載力低，斷層影響帶附近土體松散，且易變形滑動。

右岸走廊帶不良地質(zhì)體由厚層堆積體、滑坡、錯落體、崩塌、巖堆及庫岸再造構(gòu)成。其中，由大崗山水庫庫岸再造而牽引誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害影響尤為明顯，磨西斷裂一旦發(fā)生強(qiáng)震，對路線安全影響巨大。

左岸走廊帶遠(yuǎn)離磨西斷裂，該段巖體除局部受小斷層影響，巖體較破碎外，其余段巖體整體較完整，巖質(zhì)較堅硬～堅硬。左岸走廊帶不良地質(zhì)體不發(fā)育，主要以泥石流、小型危巖為主，通過工程處治可以確保安全。

此路段工可線位沿大渡河右岸布設(shè)，右岸地形相對寬緩、路基段落長，行車舒適、投資及運營成本較低；但距離磨西活動性斷裂較近，不良地質(zhì)多，對路線安全影響巨大。初步設(shè)計將該段路線調(diào)整至大渡河左岸，以遠(yuǎn)離磨西斷裂及主要不良地質(zhì)，降低不確定地質(zhì)風(fēng)險帶來的安全隱患。該段路線重大方案調(diào)整長約37 km，占推薦線長度的比例約38.5%。

3.2 路線與活動性斷裂帶交叉方案的布設(shè)

K90+000～K96+000段石棉—馬前門斷層于大渡河河床中通過，該段大渡河左岸山體陡峭，存在大量滑坡、泥石流等不良地質(zhì)災(zāi)害；右岸無大型不良地質(zhì)體，部分不良地質(zhì)對路線有一定影響，但影響有限，可以采取工程處治措施后通行。因此，路線在安靖下壩提前跨越大渡河至右岸，且盡可能遠(yuǎn)離石棉斷裂。同時，跨大渡河橋梁采用利于震后修復(fù)的40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。

路線與斷裂的關(guān)系見圖3。

從地質(zhì)選線角度瀘石高速止點宜遠(yuǎn)離石棉活斷裂，但由于受雅西高速接線點、大渡河梯級電站設(shè)置、地形等因素影響，止點位于石棉活斷裂附近，為此針對性地編制了《石棉斷層構(gòu)造行跡及其工程效應(yīng)研究》專項報告。設(shè)計結(jié)合專項報告結(jié)論，對橋梁和邊坡均采取了特殊抗震措施，以確保運營安全。但安全性能如何尚需時間去驗證。

3.3 順斷裂帶特大橋橋位、橋型的選擇

K線在K50與K60兩次跨越大渡河，均位于大崗山電站庫區(qū)內(nèi)，主要控制性工程為K50+611.092沙壩特大橋，橋位處地震動峰值加速度為0.3 g，磨西斷裂帶基本平行于橋軸線，二者間距僅2.5 km。走廊帶內(nèi)發(fā)育多處大型不良地質(zhì)體，對擬建結(jié)構(gòu)物影響嚴(yán)重，風(fēng)險極高。

路線與斷裂的關(guān)系見圖4。

沙壩特大橋跨越電站庫區(qū)，橋位處為高烈度地震區(qū)、近強(qiáng)震活動斷裂帶，抗震安全是橋位及橋型方案選擇的決定性因素。初步設(shè)計擬定了鋼管混凝土拱橋方案（主跨601 m，計算跨徑約574 m）與無塔懸索橋方案（纜跨830 m、主梁長630 m）進(jìn)行同精度比較。考慮沙壩特大橋橋梁跨徑大、距離磨西活動斷裂帶較近，無論采用鋼管混凝土拱橋方案與無塔懸索橋方案，施工及后期運營安全風(fēng)險均較大。經(jīng)反復(fù)研究，推薦采用了遠(yuǎn)離磨西斷裂帶（距離約5 km），在大崗山庫區(qū)尾水區(qū)跨越大渡河，更有利于抗震、結(jié)構(gòu)物更安全的E1線方案，其跨大渡河的得妥特大橋主跨為4×72 m+5×70 m鋼箱組合梁。

E1線方案跨大渡河得妥大橋效果見圖5。

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3.4 縱斷面標(biāo)高的選擇

瀘石高速公路橋隧比例約90%，復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下，橋梁、隧道的安全也是路線安全選線的重要組成部分。橋隧相接路段對上跨泥石流沖溝（或潛在泥石流溝）的隧道洞口、橋梁設(shè)計高程選擇時宜高不宜低，以留足橋下跨越泥石流溝空間，避免遠(yuǎn)期溝谷淤堵，危及橋梁、隧道安全。

3.5 “9·5”瀘定地震的檢驗

2022年9月5日，瀘定磨西鎮(zhèn)發(fā)生6.8級地震，地震導(dǎo)致震區(qū)道路發(fā)生多處災(zāi)毀，交通中斷，地方交通出行受到了極大限制。區(qū)域內(nèi)S217線得妥至大崗山電站壩址附近段地震災(zāi)毀嚴(yán)重，其中S217線大崗山電站庫區(qū)大渡河左岸聯(lián)合村隧道至田灣河段（K49+000～K61+000對應(yīng)右岸段）道路至今仍不具備通行條件。但該項目K44+000～K60+000得妥段路線和橋梁、隧道等重大構(gòu)筑物均經(jīng)受住了地震的檢驗，避免了重大安全事故及投資損失。同時，若該路段選擇右岸工可線位，強(qiáng)震將對路線、橋梁、隧道和施工人員安全均會帶來巨大的威脅。

4 結(jié)語

該文以瀘定至石棉高速公路為例，結(jié)合項目沿線地形、地質(zhì)條件，對順斷裂帶路線的選線原則和特大橋橋位、橋型的選擇以及縱斷面標(biāo)高的選擇進(jìn)行研究總結(jié)。期望能為西部強(qiáng)震山區(qū)高速公路地質(zhì)選線與安全選線提供參考。研究結(jié)論如下：

（1）西部強(qiáng)震區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，by/fILWwqF0Lv7pgTfMjQlTjSpnpc+7yBpqOFvPncuo=在實際地質(zhì)選線、安全選線工作中將遇到一定困難，需要查明區(qū)域內(nèi)的不良工程地質(zhì)，包括區(qū)域穩(wěn)定性問題以及不良地質(zhì)問題。同時，可通過無人機(jī)航拍技術(shù)、大范圍谷歌地球三維模擬技術(shù)、大比例尺遙感技術(shù)、全斷面物探技術(shù)等新技術(shù)、新手段的綜合應(yīng)用，提高勘察成果的精度，為地質(zhì)選線奠定堅實的基礎(chǔ)。

（2）順斷裂帶強(qiáng)震區(qū)的路線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離活動斷裂，減少不良地質(zhì)的影響，將路線布設(shè)在地質(zhì)條件較好的一端；同時，應(yīng)充分重視高烈度山區(qū)的橋梁安全，橋梁結(jié)構(gòu)選型要符合“大震不倒、中震可修、小震不壞”的抗震設(shè)計原則。

（3）經(jīng)過“9·5”瀘定地震檢驗，瀘定至石棉高速公路在強(qiáng)震區(qū)、活動斷裂的地質(zhì)選線、安全選線原則總體是合理的，為今后強(qiáng)震區(qū)域高速公路路線設(shè)計提供了一定的經(jīng)驗，但具體到每個項目還應(yīng)結(jié)合活動斷裂的實際特點做進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國交通運輸部.公路路線設(shè)計規(guī)范：JTG D20—2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[2]劉四昌.公路總體設(shè)計的地質(zhì)選線思路、原則和方法[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017（4）：417-424.

[3]孫廣遠(yuǎn).山區(qū)高速公路地質(zhì)選線實例研究[J].公路工程，2013（10）：258-262.

收稿日期：2024-08-16

作者簡介：王強(qiáng)（1973—），男，本科，高級工程師，目前從事道路勘察設(shè)計與咨詢審查等工作。

通訊作者：王兆林（1977—），男，碩士研究生，正高級工程師，目前從事道路交通安全設(shè)施設(shè)計與咨詢審查、安全性評價、安全工程等工作。