川藏高速公路营运期间的潜在地质灾害类型探讨

一、川藏高速公路所在的地质环境和高速公路特征
建设于我国第一阶梯段由第二阶梯、青藏高原与四川盆地过渡区域的川藏高速公路雅安~康定段(南线)和汶川~马尔康(北线),经过管理、设计、咨询、施工和监理等单位和技术人员五年多的艰苦建设,终于已与今年基本建成通车。
川藏高速公路地质条件极其复杂:
1)地形变化显著、山体陡峻高差大,相对高差往往达几百米~上千米;
2)地层岩性几乎汇集了寒武~第四系的时代、以花岗岩、千枚岩、砂泥岩为主的岩体,和以崩坡积、冲洪积、冰水堆积、泥石流、残坡积、滑坡等多种因素形成的堆积体;
3)大江大河发育,岷江、大渡河汇百川而腾出山,成为长江流域水量最大的流域,大、中、小型水电站开发密度相当大;
4)新构造运动强烈、断裂活动频繁,是我国地震活动最为频繁区域之一,高速公路全部布设于Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度地震区;
5)气象环境变化快速,温度变化的大,季节性冻融现象明显,坡体风化强烈。
基于以上地质环境的川藏高速公路,具有极其复杂的地质条件,极其脆弱的生态条件,极其困难的工程建设条件,滑坡、崩塌、泥石流相当发育,桥隧比高达86%左右,每公里工程投资达约2.1亿元,是目前我国双向四车道建设标准中工程造价最高的高速公路,面临巨大的地质风险、安全风险、工期风险、造价风险和管理风险。
二、主要潜在地质灾害
基于以上地质环境建设的川藏高速公路,虽然布置了监测,但仍不可能达到全方位监控和预防,不可避免的存在可能影响公路安全的地质灾害。因此在如此复杂地质环境下如何管控潜在地质灾害、如何有效提高高速公路的安全性和有效确保全天侯通畅的交通要道,是后期养护单位的重中之重。
1、作为线形工程的高速公路,区内陆形高陡,山大沟深,必然造成相对高差几百米,乃至上千米的山体,必然存在多种类型、处于不同稳定阶段的滑坡、崩塌、泥石流。沿线而这些地质病害体有的已经被工程治理,有的由于处于无人区、人迹无法抵达的高海拔山体而不可能、甚至无法逐一被发现或主动进行治理。一旦随时间推移,并随着降雨、地震、雪山融化等因素影响而可能发生自然病害,并继而可能危及高速公路。
如工程建设期间发生的高悬于线路以上约900m、体积100万方的高位滑坡,就是"没有任何征兆"的大型自然滑坡,其导致的工程改线直接增加工程造价达4亿无左右。而这类潜在地质灾害,可以肯定的是在将来的高速公路营运期间仍会时有发生。

图1 高悬于原高速公路头顶的某大型高位滑坡

2、区内陆质环境多属于地质构造活跃带,地质历史上发生的多次地震,形成了广泛发育的泥石流、滑坡、崩塌、高山融雪等地质灾害体,坡体卸荷发育、倾倒体密布、多种成因的堆积体广泛,这些稳定性欠佳的地质体,随着时空的转换和推移,其稳定性必然存在不断降低的可能。由于任何工程不可能做到绝对的潜在病害治理,尤其是区内这种复杂的地质环境,更不可能做到对所有潜在病害体的完全处治。因此,虽然有些地段设置了预防性的被动防护工程,但也不可能对全部高速公路进行铜墙铁壁式的被动防护,其对高速公路的潜在威胁是不可避免的。
高速公路布设于高山峡谷区如工程建设期间发生的桥隧相接部位、体积约30万方的大型千枚岩倾倒体就造成了约0.45亿元的工程变更。而这个倾倒体只是区内潜在地质病害的“沧海一粟”。(写作期间,该处发生了大规模崩滑,充分验证了川藏高速公路的地质的复杂性)

图2 位于隧道口的大型倾倒体

图2-1 隧道右侧大型倾倒体发生局部崩滑(4万方)

图3 区内广泛分布的泥石流沟

图4 岷江河谷密集分布的巨型滑坡

3、由于走廊限制,川藏高速公路主要沿大渡河、岷江及其支流布设。作为长江水量最大的支流区域,典型的上游特征造成沟谷洪水特征相当明显,形成的强大淘蚀、撞击等冲刷作用,甚至由于河流冲刷能量过大,而不得不采用防冲桩这类工程规模较大的措施进行处治。因此,以挡墙为主的沿河防护工程,在线路运营期间,由于河道的强烈下切和携带巨石的撞击作用,将可能是威胁线路安全的主要病害源之一。

图5 采用防冲桩防护的沿河工程

4、川藏高速公路的一个重要问题就是弃渣规模而消化处治相当困难。由于区内陆质环境恶劣,很难寻找到理想的弃置场所。造成弃渣场除应用“桥改路”进行消化外,大量弃置于沟谷和沿河区段。但由于特殊的地质环境,这些弃渣场区多具有泥石流、洪水强冲刷特征,虽然设置了强大的工程防护措施,但考虑到大自然的复杂性,不排除时间推移工程防护弱化而造成弃渣场出现隐患的可能,这需要后期养护中时时进行巡查和及时维修,并对泥石流沟谷特征进行时时监控。
图6 抗滑桩防护的沿河大型弃渣场
六、区内桥梁占比高,但布置于高陡自然山体、河岸的桥梁,仍可能受到躲在暗处而没有被人们发现的潜在病害体的威胁。此外,受到工程措施防护等级和耐久型的影响,诸如主动网、被动网、导石网等工程措施的养护将是一个重大的挑战。尤其这些措施多布置于高陡山体,甚至是高大陡崖,将来的养护维修是一个非常大的挑战。

图7 工程建设期间突发的自然堆积体造成在建大桥损坏

图8 保护大桥而在高大崖体上布置的导石网

七、高速公路所经过的地带地震烈度高,属于典型的高烈度地震活跃区。虽然线路设置相应抗震设防烈度的工程措施。但是区内发生的地震所产生的能量可能多大于人类按规范所规定的地震防护等级。尤其是区内山大沟深,即使一次较小的地震,也可能造成坡体病害的发生,而这不是高速公路一个部门,也不是人类工程所能完全杜绝的。因此,如何快速实施可能的震后抢险救灾可能是一种最好的“被动工程措施”。

图9 区内5.12地震形成的大面积岩崩

图10 野生动物活动形成的落石威胁下部高速公路

总结:
高速公路作为人类工程,它是一种满足相关规范、符合国力的构造物。作为与世界上最危险的公路—川藏公路(北线国道G317与南线国道G318)伴行的川藏高速公路,由于位于地质环境异常复杂的青藏高原边缘区,复杂的地质病害体随时时空转换和自身稳定性的不断降低,以及降雨、地震等不利外界因素的影响下,可能会在川藏高速公路运营期间转换为地质灾害体的可能。
基于此,针对性的建立熟悉区内相关潜在病害体特征的应急、养护、咨询队伍是提高川藏高速公路有效提高保通能力必不可少的有效措施。并在结合长期地质病害体监控、定期评估,以及与当地居民的及时沟通的基础上,进行群策群力式的进行地质病害体的预防和定时应急、养护演练,借鉴与之类似的成昆铁路、宝天铁路等地质灾害高发养护经验教训,将是川藏高速公路营运期间的主要课题和研究对象。
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