论山区高速公路地质灾害与路线设计理念

谢立山

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

引言

随着国民经济的快速发展，城市化进程正逐步向山区推进，山区人民的发展意愿也在逐步增强。为山区经济发展提供交通基础设施和基本保障，必须对现有山区进行地质研究，提高公路网、高速公路建设水平，树立城乡一体化发展模式。山区由于其特殊的地理位置，多种复杂的地形环境相互叠加作用，经常发生崩塌、滑坡等地质灾害，这些地质灾害导致了山区高速公路建设过程中安全问题特别重要，如果设计选线不当，后续高速公路运行过程中会出现严重的安全隐患，导致道路无法正常通行，浪费了建设资金，不利于山区与外界的联系。为最大限度降低山区公路地质灾害的发生频率和严重程度，必须优化山区公路的线性设计能力，合理规避各种安全隐患。

一、设计特点

公路建设工作是在山地地形条件下进行的，路径线形设计直接关系到公路的安全运营。路径线形设计不是一个简单的概念，需要在设计中做到公路的整体形状要与地形相匹配，对于各种地震以及山体滑坡、破碎崩塌等影响尽可能规避。同时控制平面、纵断面和横断面，提高线路形状的合理性。公路应尽量避开耕地，保持沿线水土质量和生态修复。保障山区交通安全所需的交通安全设施配套道路总体规划，综合考虑沿线矿产资源分布、文化资源保护等因素，对公路设计中各分项进行适当的成本管理[1]。总之，在山路选路和设计阶段，综合考虑路线的经济可行性、安全性、舒适性，尽可能避免潜在的地质灾害，尽可能符合地形，减少充填和开挖工作对原有地质结构的影响，减少外力扰动。此外，在设计工作开展过程中，应随时联系现场调查和长期监测人员，以确保设计阶段的协调和优化。

研究思路是首先从地质构造、地形地貌、工效学、气候、水文地质、地质等方面识别高速公路周边区域可能存在的灾害风险，然后结合高速公路建设进行灾害风险评估，重点关注特殊问题[2]。在路段中，通过实地勘察、开挖、物探、坑探等手段，提前确定减灾防灾的路线规划和工程措施。结合调查数据、流程审核与沟通，及时向客户和咨询部门反馈初步路线方案，根据多方意见优化路线方案，对期间无法避免的重大灾害风险路段进行排查，最后科学选路和工程选定的规划和灾害预防和控制措施的技术流程，以避免或减少灾难性损失。

对于特殊的重大灾害风险，应规划避免风险路线，根据风险进行路线规划设计。如果无法调整路线计划，则应优先考虑项目解决方案以减少地质灾害风险的影响。地理灾害控制措施应基于整个项目周期系统，有效可靠，全面考虑在建设和运营过程中各种环境引起的工程危害，并实施必要的监测预警，实现从源头控制，并严格控制山区高速公路的前期选线工作、设计工作，保证后续高速公路运行的安全性[3]。

二、地质灾害

（一）危险的岩崩

工程线路段岩层分布形态以沉积岩为主，其中沉积岩层分布明显。不同的地层差别很大。一些岩层在长时间风化后不具有良好的承载能力。施工和运行过程中容易因外界荷载扰动导致倒塌病害发生。在山地地形中，地质构造运动较为明显，由于地质构造的长期作用，容易产生岩石裂缝，从而导致岩石坍塌。因此，在为山路选择路线的过程中，应尽量避开岩壁裂开的部分。可以通过在影响高速公路和桥梁安全的岩层中的滑坡易发位置设置长期观察点，并及时反馈灾害动态，提前制定预防措施[4]。

（二）岩堆

山区岩桩分布密集，岩桩主要由块状岩石、粒状碎石、塌陷岩等沉积物组成。岩石结构较松散，岩桩天然孔隙率高，在外荷载压缩作用下，存在较大的下沉、倒塌、全滑等灾害。因此，在选择山路的过程中，应尽量避开岩堆，对于不可避免的情况，应采取相应的防治措施，必要时可采用建筑围挡，防止山路上碎石滚落。需要清理山中破碎的岩石，并在岩石经常掉落的地方添加阻挡结构。安装盖板或防护墙，防止岩石风化、零星碎裂，清除山坡或边坡的岩屑，降低边坡速度，在岩石破损严重的路段设置护栏，石墙、岩石等块状结构。对于部分悬于边坡的岩石，根据地形和岩石的形成情况，采用钢筋混凝土柱支撑。如果坍塌量大且频繁，不能建立阻塞结构时，可以在内部使用干砖，在表面使用水泥砂浆砖并且使用隧道和其他受保护的结构来保证车辆通行安全[5]。

（三）滑坡

高速公路沿线有不同数量的滑坡土壤，滑坡土表面覆盖着各种类型的粉砂黏土、粉砂岩、砾石和松散基岩等，由于滑坡土稳定性差，岩层有向下滑动的趋势。滑坡病害集中在路基滑移区雨季、打桩、山路开挖和施工措施不当等方面更为明显。滑坡病害对山区道路建设的影响是非常不利的，所以山区高速的路线选择过程要尽量做好，避开山体滑坡区，如果实在没有办法避免，就加一个挡土墙结构，如作为沿线该位置的挡土墙，实现动态综合治理滑坡病害，加强山路路边防水排水设计，禁止在山路滑坡、堆积或倾倒土体。

三、选线步骤

（一）研究区地质

由于公路工程是条带状工程，在地质岩石结构、地质构造、地质结构和周围山体构造等方面存在很大差异。这些地质要素是地质灾害发生的物质基础。研究地质灾害物质的演化是识别地质灾害的前提。因此，在山区公路线前方，主要根据当地地质图和地质构造，研究公路廊道区的当地地质图、地质年代演变和地质局给出的报告，成岩的形成地质图，确定大规模地质灾害可能发生的区域，这是减灾和防灾的基础[6]。

地层岩与地质灾害关系密切，通道廊道地层根据当地地质图确定，识别通道区软硬岩、易发生地质灾害的地层。山区高速公路建设过程中，线路经过弹道层，由于线路经过开挖、填方、隧道，施工过程中易发生地质灾害，避开易发生地质灾害的地层减少软岩地段的范围，通过移动到硬岩地段提高施工以及道路的安全性。

局部地质图决定了路线的单层结构，与条带区域、地震、原位应力、原位温度、岩石断裂、板冲击区和有源层的地下水开发和工程地质条件有关。在开发岩石破碎和折叠结构的地区，由于岩石的强烈压缩和碎片，岩石的强度和稳定性降低，岩石裂缝增加，岩石层损坏，风化程度高，地下水水位高。在公路建设期间，存在不良的地质现象，如缓冲，滑坡和碎片流动，这也导致了道路路基质量不稳。穿过裂缝的波纹结构直接威胁到未来的安全性或正常运行。同时岩石完整性损坏，地下水沿着裂缝渗透，导致顶部塌陷会影响施工安全性，桥梁区域受到断层区域的损坏，影响桥梁沥青长度和桥梁稳定性。因此，在选择路径时，避免大规模断裂区域，使路径平行于断裂方向，避免接触山体断裂裂缝以及减少裂缝结构对公路工程的影响[7]。

当地地质图通常代表给定区域的岩石分布状态，并充分利用现有的生产来确定道路走廊坡的形成，逆深度和切线特性。该路线应远离倾斜切割线，以减少顺层。如果不可能避免顺层情况的出现，则应减少工程坡度的高度以减少地质灾害。

（二）地形识别

地形地貌学收集风化、退化、运输、沉积和硬化喷发的综合结果，作为各种地质过程的综合影响。可以根据地形地貌特征推断地质功能和演化过程，预测公路建设工程未来的变化和可能引起的地质灾害。在设计选择高速公路路线时，地形图是必不可少的参考。

等高线密集的陡坡一般会导致壤土中的沉积物塌陷，坡顶的风化裂缝和危险岩层与冲积沉积物形成的峡谷缓坡相反，容易形成沉积物和滑坡。在表面平缓独立山脉的情况下，斜坡上的岩层具有较强的耐候性，以硬岩为主，工程地质条件较好，总体来说，山体缓坡以软岩为主。地层剖面的坡度一般与边坡岩层的坡向重合，如果路径垂直于坡向，则容易发生地层滑坡。

地形斜坡结构，生存特性和周围地形上的马蹄谷或新的一些现有地层的反演，都容易发生滑坡。从地形的角度来看，沟渠的发展和分配，典型的岩溶发展，喀斯特洪水和碎片流动威胁到隧道建设和结构的安全性，岩石路基的快速崩溃威胁着道路运行的安全。因此，在选择公路路线时，要了解坡度特性的防灾措施，确定地质灾害的地形，避免或减少路线的影响。应特别注意河谷等结构对于路桥稳定性的影响以及建造难度的影响，合理选择中和长跨度桥梁的位置，这是线路设计的关键。

（三）特殊气候

山路建设中最常见的地质灾害是山体滑坡等地质灾害，但是外部气候尤其是特殊气候条件的影响也是一个重要的外部条件，能够触发地质灾害，促进并加速发生和发展地质灾害。设计公路时，应特别注意地表水易聚集的低洼地区、斜坡上的软土和狭窄峡谷段的流域。同时要注意台风等异常气候对地面坡度的不利影响。道路经过隆起的基岩土壤区，还应注意雨旱交替对路基侧坡的影响。

受到山区中河流的影响，周围的溶洞积水，地下水和降雨渗透，改变了原始地质环境条件，进而会导致地质灾害，因此需要正确地识别。隧道施工导致周围地下结构发生变化，通过人工排水使得地下溶洞等水分减少，隧道泄漏水、岩石崩塌、路基沉降等，这些都影响施工安全、公路建设和运营。同时高风险岩石区，公路选线应绕避，避免在水流通廊道、暗河等区域附近进行道路施工[8]。

（四）人类活动

人类工程对地质环境的影响主要是对原始地质环境的破坏和地质演化。由于地表变形和塌陷、岩桩工程活动、水库建设等，人类煤矿产生的地质损害导致形成次生碎屑。这改变了路堤的地质环境，导致路堤不稳定。

（五）加强地质调查

根据区域地质结构，地形图中预先规划的路线需要重点进行灾害调查。灾害机理包括规模、性质和灾害影响，包括道路建设和运营中的灾害调查、可能的风险问题和风险评估。对于具有场地勘测和工程经验以及重大地质灾害风险的区域，路线规划者必须快速提供反馈，以调整路线规划、检测和监测方法。使用工程解决方案减少地质灾害，或在地质灾害方面相对损失较小的工程解决方案，从中选择合适的方法减少地质灾害，提高路线设计水平。

（六）科学决策

及时与业主沟通、咨询、审查、收集经验、做出科学决策、优化路线设计，利用业主邀请的丰富经验的专家并结合咨询和审查方面的丰富经验，提高地质灾害风险路线图的设计。这是一个多方面的科学论证，需要设计人员快速响应和反馈，降低地质灾害风险，最终实现地质灾害风险防范，路线达到防灾减灾标准。

四、设计理念

（一）安全设计理念

由于山区公路的路线设计方法主要依靠公路线形，因此路线设计安全在公路设计过程中非常重要，直接关系到后续山区公路的安全通行质量和车辆的行驶质量，以及畅通科学合理的公路线形设计是车辆安全通行的基本前提。因此，公路线形设计应综合考虑经济、安全和技术指标，实现各项设计指标的优化组合，有效提高山地道路的安全通行质量。

（二）环境效益设计

随着国内环保和可持续发展理念的进一步深化，在山路设计过程中也必须强调环保要求，环保设计理念必须贯穿山路设计的全过程。现行国家公路设计规范明确要求将环境保护因素纳入公路选线规范条件，控制山地公路建设及后续运营对原生态环境的影响，提高环境保护和可持续发展水平。因此，在实施道路线形设计时，设计人员应注意环保要求，对路段进行综合环境评价，尽量少占用耕地，坚决防止民挖。

（三）宽容设计

国外一些国家将公路两侧的安全设计作为一个重要的设计子项目。公路两侧的容差设计是山路安全设计的重要体现，公路两侧的容差设计的目的是为了保证车辆的安全返程有足够的空间。其中公路两侧的参数设计包括设计宽度、坡度比和水密排水设计。为了不让山路上的车辆行驶时偏离车道，可增加等高线、引导标志等交通安全设施，并通过车道外侧显示振动提供足够的行车警告和通知。降低坡度比可降低车辆倾覆的可能性，应修改路基边沟，并应尽可能使用覆盖排水沟或碟形排水沟。道路必须按时清理，紧急避让重型卡车，此外还需要进一步优化道路栏杆和防撞墙的结构和防撞等级。

五、结束语

总之，山区高速公路的设计应以尽量避开危险路段为基本原则，设计过程中合理规划路线总长并绕开地质灾害出现的区域。对于不可避免的路段，应当采取地质灾害管理和防护措施，确保相关路段的安全运营。在山区道路的路线选择期间，必须进行早调查晚设计，以消除影响线路稳定的因素，防止地质灾害的发生。影响道路的常见地质灾害，包括山体崩塌，危险的岩石，山坡等等道路路线选择应避免大层面的裂缝，避免山体滑坡和塌陷等不利地质部分，沿着山区避免环境敏感的地区，做好土壤和水资源保护，加强地质灾害管理，不扩大损害范围，倡导山路路线设计，理性路线，防止地质灾害，采取科学合理的综合改善措施，提高地质灾害防护水平，提高道路施工质量，保证驾驶安全。