在建高速公路危岩崩塌风险评估*

戴德江 谭子书 王思荣 张位华 周 娟

(1.贵州省公路工程集团有限公司 贵阳 550001； 2.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

西部地区地势起伏大、崇山峻岭、峡谷深切，公路建设普遍存在滑坡、破碎带、堆积体、崩塌等不良地质问题，边坡安全风险问题突出。边坡工程安全风险评估是防、减、治灾的基础，是降低边坡灾害损失的有效途径。崩塌灾害因发生时间不确定、崩落速度极快、主要沿垂直方向坠落的特点，可在较短的时间内造成巨大的危害，给人民的生命和财产安全带来极大威胁[1-2]。

近年来，国内外工程及学术界日益重视边坡安全风险管理评估和管理决策方法的研究，但边坡设计安全风险评估一直未受重视。在公路边坡风险管理方面，我国交通运输部在2014年颁布了《高速公路路堑高边坡施工安全风险评估指南》(试行)[3]，将高速公路路堑高边坡施工安全风险评估列为强制程序；中国工程建设标准化协会于2019年发布了T/CECS G:E70-01-2019 《在役公路边坡工程风险评价技术规程》[4]，用来指导运营公路边坡风险评估。在设计、施工和运营过程中，边坡灾害承灾对象及其成灾模式有较大的不同，将面对不同的风险事件及可能性，需在边坡工程全寿命周期的各阶段开展差异化的风险评估和风险调控[5]。针对设计阶段如何开展边坡风险评估，尤其是危岩体崩塌风险评估，目前还未颁布任何指导性标准。

贵州省兴义环城高速公路项目区地形条件差，全线共65座桥梁，其中峰林特大桥全长1 150.293 m，梁上部结构为主跨550 m单跨简支钢桁梁悬索桥，是中国山区第一座大跨径钢-混叠合梁悬索桥。峰林特大桥万屯岸危岩体分布广泛，危岩体W5位于旧屋基隧道出口及峰林特大桥桥台上方，在暴雨、施工、震动等作用下可能会发生崩落，存在安全风险。本文采用指标体系法对峰林特大桥危岩体W5开展设计阶段安全风险评估，为桥梁建设及运营安全提供保障。

1 地质概况

1.1 地形地貌

峰林特大桥横跨马岭河，桥位处为“V”形河谷，两岸地形坡度36°～71°。万屯岸地形陡直，基岩裸露，发育有W4、W5 2处危岩体，危岩体与下部构造物位置关系图见图1。

图1 W4、W5危岩体与下部构造物位置关系

岸坡自然临空面方向为271°，为反倾斜坡。

1.2 危岩体特征

危岩体W5位于桥梁右侧约7～55 m陡崖一带，岩性为三叠系中统杨柳井组中厚～厚层状白云岩，岩层产状88°∠12°，卸荷裂隙发育。根据岩体受卸荷裂隙切割情况，将危岩体W5分为W5-1和W5-2两部分，危岩体断面图见图2。

图2 危岩体W5断面图

W5-1位于W5-2外侧，受卸荷裂隙L1(产状270°∠88°、最大张开度2 cm、切割深度20～30 m)切割剥离形成长6～10 m，厚5～10 m，高40～60 m的危岩体，方量约4 000 m3；W5-2被卸荷裂隙L2(产状270°∠86°、最大张开度2 cm、切割深度25～35 m)切割与母岩剥离，形成长5～15 m、厚5～11 m、高50～70 m，方量约7 000 m3。

1.3 危岩体稳定性

危岩体W5形状鼓凸，三面临空，临空面高度超60 m，有向3个方向崩塌的风险。W5-1、W5-2被卸荷裂隙L1、L2切割形成深达25～35 m的连续贯通面，危岩体靠基座与少量母岩相连。根据稳定性计算结果，危岩体W5处于基本稳定状态，在地震、暴雨、人为活动等作用下易发生滑移式或倾倒式崩塌，对下方峰林特大桥施工及后期运营构成较大安全威胁。

1.4 危岩治理方案

由于危岩体下方为已经贯通的旧屋基隧道出口及正在施工的峰林特大桥，对其完全清除将对已施工完成的构造物造成破坏，故拟采用对危岩体加固的方案。

1) 被动防护。清除危岩体表面零星“凸”状危石及已经松动的孤石；危岩体下方设置被动防护网，底部设置落石消能槽，防止落石越过被动防护网。

2) 主动加固。对已经发生亏坡破坏的危岩采用C20片石混凝土进行嵌补；嵌补后的坡面设置预应力锚索，加固基座，危岩体中下部设置预应力锚索，防止既有贯通面向下部岩体扩展；对危岩体裂隙采用灌浆封闭。

2 崩塌灾害发生概率等级评价

公路全寿命周期不同阶段风险管理的对象、目标和影响有很大的不同。设计阶段风险评估可为确定工程对策、施工监控及资金投入等后续工作提供参考。本文采用指标体系法对危岩体W5开展设计阶段安全风险评估。

风险评估应进行全面的风险源识别，建立评价指标体系。每个边坡工程及不同的灾害类型都有其特定的危险源，确定评估指标体系是风险评估的基础和关键。根据已有研究成果，建立了设计阶段崩塌灾害发生概率评估指标体系，见表1。

表1 设计阶段崩塌灾害发生概率评估指标体系

在工程实践中，指标的选择应避免重复和片面，普适性的风险评估指标体系难以适应区域边坡工程实践的需要。根据影响危岩体稳定性的主要因素并结合工程实际，从众多指标中提取对危岩体W5起控制作用的因素，建立适用于危岩体W5的风险评估指标体系，见表2。

表2 危岩体W5崩塌灾害发生概率评估指标体系

每一项指标评判等级为4级，随着危险性增加，分值逐渐增大，分别为0～24、25～49、50～74及75～100。将危岩体W5的特征提取后与表中的指标体系对照，根据评分准则得出各项指标分值。

根据危岩体实际情况，对评估指标按重要性从高到低进行排序，根据指标体系法计算各指标权重系数，得出指标重要性排序及评分见表3。得到危岩崩塌风险发生概率等级见表4。根据表4判定危岩崩塌发生概率等级为3级。

表3 危岩崩塌风险评估指标重要性排序及概率分值

表4 危岩崩塌风险发生概率等级

3 崩塌灾害发生后果等级评价

崩塌灾害后果涉及人员伤亡、稳定影响、环境影响、经济影响、工期延误、功能缺失等方面，评价采用1～5逐步严重的5个等级，当多种后果同时产生时，采用就高原则判定。设计阶段承灾体的识别是基于现状调查及建设过程和建成之后边坡影响区的虚拟分析，即来源于潜在危害区内现有和施工过程中投入的人、设备和设施的估计和运营过程中构筑物分布、交通量及其相关环境经济影响的预测[6]。危岩体W5发生崩塌灾害的后果主要考虑桥梁施工阶段的人员伤亡及对桥梁结构物的影响。根据危岩体W5运动规律数值模拟结果，W5发生崩塌后大部分落石将到达桥面，且在到达桥面时仍有较大动能和转动速度，会对桥梁结构物造成比较严重的撞击和破坏，并可能造成人员伤亡。经专家调查分析，危岩崩塌后果严重等级确定为3级。

4 危岩崩塌风险等级及管控措施建议

危岩崩塌风险大小为风险发生概率和风险发生后果严重程度的组合。在进行设计阶段安全风险等级判定时，从风险发生概率等级和风险发生后果等级两方面采用矩阵法进行综合判定。其判断标准见表5。

表5 危岩崩塌灾害风险等级判断标准

根据表5显示，危岩体W5发生崩塌灾害的风险等级为III级(高风险)，风险基本不可接受。

根据风险等级，应实施削减风险的应对措施，加强勘察设计、咨询及重点监测等。具体提出如下风险控制建议。

1) 开展施工前专项风险评估。《高速公路路堑高边坡施工安全风险评估指南》(试行)对象为开挖施工的路堑边坡，评价指标对危岩体处治施工适用性不强。根据采取的处治措施，除了参照《高速公路各堑高边坡施工安全风险评估指南》(试行)对预应力锚固施工发生事故的可能性进行评价之外，还应对危石清除、消能槽、脚手架等施工作业进行评价。

2) 加强信息法施工和监测预警。危岩体母岩为中厚层状白云岩，整体受风化作用显著，人为活动等作用下可能发生局部崩落，施工期间对人员及设备存在安全隐患。建议对危岩体地表位移及卸荷裂隙发展情况、危岩体倾斜情况等进行监测，必要时开展锚索应力监测。

5 结语

公路边坡设计安全风险评估工作是公路边坡灾害全过程风险评估的关键环节之一，是完善公路工程安全风险管理体系的一项措施。本文以实际工程为例，有针对性地建立崩塌发生概率评价指标体系，对高速公路边坡危岩体进行设计风险评估，得出风险等级，并提出控制建议措施。

1) 公路全寿命周期不同阶段危岩体风险管理的对象、目标和影响有很大的不同，设计阶段风险评估主要是为确定工程对策、施工监控及资金投入等后续工作提供参考，但还缺乏指导性标准。

2) 根据现有研究成果及相关规范，归纳总结了设计阶段危岩崩塌发生概率指标，包括4个一级指标和23个二级指标。

3) 选取有针对性的评价指标对依托工程崩塌发生概率进行了评价，并根据崩塌周边环境条件得出灾害后果等级，根据矩阵法得出危岩体风险等级为III级。根据风险接受准则，建议开展施工前专项风险评估，并加强信息法施工和监测预警，保障施工人员和设备的安全。