山區(qū)高速公路建設(shè)地質(zhì)概述

1概述

由于國民經(jīng)濟的發(fā)展和路網(wǎng)完善的需求，高速公路逐步進入山區(qū)。高速公路由于其線形指標(biāo)高，工程艱巨，投資巨大，對自然環(huán)境的破壞也非常嚴(yán)重。隨著環(huán)境保護理念的日益深入人心，對于山區(qū)高速公路的勘察設(shè)計、施工運營等方面的環(huán)保要求也越來越高。山區(qū)公路環(huán)境載體主要是自然環(huán)境，也是地質(zhì)環(huán)境。山區(qū)一般地形地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境脆弱，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，高速公路的建設(shè)不可避免的要切坡、填溝、打洞（隧道），對地質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，處理不好還會誘發(fā)和加劇各種地質(zhì)災(zāi)害，增加公路建設(shè)投資，影響工期，甚至給運營階段帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此山區(qū)高速公路的環(huán)保主要是地質(zhì)環(huán)境的保護和地質(zhì)災(zāi)害的防治。
要建設(shè)一條兼顧交通、環(huán)保、生態(tài)等方面要求的高標(biāo)準(zhǔn)的山區(qū)高速公路，應(yīng)該重視和加強地質(zhì)工作。地質(zhì)工作應(yīng)貫穿于設(shè)計、施工和運營的全過程。對地質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識（巖土工程勘察工作）是由面到線、由線到點、由表及里、由粗到細(xì)、由宏觀到微觀，逐步深入的，根據(jù)不同階段應(yīng)采取不同的方法和手段。

2勘察設(shè)計階段

地質(zhì)條件是客觀存在的，山區(qū)高速公路在自然地質(zhì)環(huán)境中穿行，并對地質(zhì)環(huán)境進行改造，應(yīng)該認(rèn)識地質(zhì)規(guī)律，尊重地質(zhì)規(guī)律，在設(shè)計中充分考慮地質(zhì)因素，遵循地質(zhì)原則，從源頭上盡量減少山區(qū)高速公路對自然環(huán)境的破壞，并且為施工和運營提供良好的條件。
2.1工可階段——貫徹地質(zhì)選線的原則
山區(qū)公路地質(zhì)選線主要受到地形和不良地質(zhì)現(xiàn)象的制約，主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象有滑坡、泥石流、巖崩、巖溶、巖堆（坡積層）、軟弱土、膨脹土、濕陷性黃土、凍土、水害、采空區(qū)以及強震區(qū)（高地應(yīng)力）等。本階段應(yīng)盡可能詳細(xì)地收集區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)、巖石地層、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地震地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面的資料，利用遙感資料（衛(wèi)片和航片），編制中比例尺（1：5萬或1：10萬）工程地質(zhì)圖和地質(zhì)災(zāi)害（不良地質(zhì)現(xiàn)象）分布圖，圖上標(biāo)注大的地質(zhì)構(gòu)造(主要是斷層)、重大的地質(zhì)病害體，分析區(qū)域性的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生條件，進行初步的地質(zhì)災(zāi)害評估，配合路線方案設(shè)計，進行必要的現(xiàn)場踏勘和重點路段的調(diào)查，反復(fù)對比，優(yōu)選出工程地質(zhì)條件最好、地質(zhì)災(zāi)害最少、工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的不利影響最小的路線走廊帶，真正貫徹地質(zhì)選線的原則。對于滑坡、崩塌、巖堆、泥石流、巖溶、軟土、泥沼等嚴(yán)重不良地質(zhì)地段和沙漠、多年凍土等特殊地區(qū)，一般情況下路線應(yīng)設(shè)法繞避。
2.2初設(shè)階段——突出重大地質(zhì)病害對路線方案的制約
確定路線方案前應(yīng)對沿線地質(zhì)構(gòu)造帶、斷層、巖石的層理情況、地質(zhì)病害的分布及范圍等，通過對遙感地質(zhì)判釋資料以及不同勘測階段的勘探、調(diào)查資料的分析，研究路線通過方案并不斷優(yōu)化。對地質(zhì)較為復(fù)雜地段還應(yīng)注意在設(shè)線后誘發(fā)并加劇地質(zhì)病害的可能性，謹(jǐn)慎的確定路線的線位和采取的工程措施。地質(zhì)技術(shù)人員應(yīng)配合路線設(shè)計師作好地質(zhì)咨詢工作，可以沿初步擬定的路線線位，進行全線踏勘，對重點工點進行地質(zhì)調(diào)查，得出初擬線位沿線的基本工程地質(zhì)情況，評估路線方案的可行性，發(fā)現(xiàn)重大不良地質(zhì)地段或預(yù)測工后會出現(xiàn)難以治理的地質(zhì)病害的路段要及時反饋信息，以便盡快調(diào)整路線線位。基本確定路線方案后，及時委托有資質(zhì)的單位進行建設(shè)用地地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作，并進行大比例尺（1：1萬）的地質(zhì)遙感解譯及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和工程地質(zhì)調(diào)繪工作，編制1：1萬工程地質(zhì)圖和路線區(qū)域地質(zhì)病害現(xiàn)狀圖。圖件的重點是地質(zhì)災(zāi)害和重要工點的工程地質(zhì)條件，要有針對性，要突出重點，不可以拿1：5萬地質(zhì)圖放大?，F(xiàn)在委托地質(zhì)部門做的圖件，有些不能稱為工程地質(zhì)圖，只能稱為基本地質(zhì)圖（工程地質(zhì)分區(qū)太籠統(tǒng)、工程地質(zhì)條件的論述太簡略）。地質(zhì)災(zāi)害評估工作不能夠代替1：1萬工程地質(zhì)圖的編制，但二者可結(jié)合進行，以節(jié)約時間和經(jīng)費。
很多地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、泥石流等）由于植被覆蓋、后期人工改造以及觀察角度和范圍有限等原因，在現(xiàn)場難以判斷。通過遙感資料（如航片）可以從宏觀上觀察全貌，合理的解譯，有利于對此類不良地質(zhì)體的正確認(rèn)識。
當(dāng)工作中發(fā)現(xiàn)仍有重大的地質(zhì)病害存在或有潛在的重大地質(zhì)病害時，必須及時調(diào)整線位。對于重大的地質(zhì)病害應(yīng)盡量繞避，實在無法繞避的要考慮工程措施的可能性與可靠性，盡量在路線的平縱面優(yōu)化上下功夫（采用分離式路基、用橋隧構(gòu)造物通過、從滑坡體上部通過、半路半橋等），避免高填深挖，以減少對地質(zhì)環(huán)境的破壞，提高工程措施的可靠性和安全度。對地質(zhì)病害應(yīng)以防為主，以治為輔，能避當(dāng)避，即使增加工程造價也是值得的。
以安徽省徽杭高速公路為例，該路全長約80km，有四分之三路段位于山區(qū)，由于勘測時間較早，對山區(qū)高速公路特點認(rèn)識不足，以投資為主要控制因素，其中有一半左右的路段基本沿區(qū)域性的三陽斷裂帶布設(shè)。受構(gòu)造影響，巖體風(fēng)化破碎嚴(yán)重，并且沿線分布有雄村滑坡、朱村滑坡等規(guī)模較大的不良地質(zhì)體。施工開挖后，出現(xiàn)大量的不穩(wěn)定邊坡，甚至誘發(fā)了部分滑坡。對于部分地質(zhì)病害路段及時調(diào)整線位，進行了避讓，而更多的病害段只能采取治理措施，結(jié)果造價大幅攀升，嚴(yán)重影響了工期，并且治理效果也難以預(yù)測。
必要時應(yīng)增加技術(shù)設(shè)計階段，對重大地質(zhì)病害路段進行深入勘察，確定路線可行性。
2.3施工圖設(shè)計階段——詳查工點地質(zhì)條件
通過初步設(shè)計階段的各種地質(zhì)工作，已經(jīng)基本查明路沿線的地質(zhì)條件，但是工作深度和廣度還不夠。本階段應(yīng)詳查工點地質(zhì)（橋位、隧道、深路塹、高填路堤、陡坡路堤、支擋構(gòu)造物），進行重要工點1：2000地質(zhì)測繪。采用調(diào)查、測繪、槽探、坑探、鉆探、物探等綜合勘察手段。查明場地巖土體組成、性質(zhì)、分布以及風(fēng)化層、不良地質(zhì)、特殊性巖土等工程地質(zhì)條件在路線縱橫方向的變化。以前對于橋位和隧道等構(gòu)造物工點地質(zhì)勘察較為重視，但是對于深路塹和陡路堤、斜坡路堤、支擋構(gòu)造物等路基方面的工點也必須加強勘察，特別是高邊坡和不良地質(zhì)體的勘察和預(yù)測。另外對于筑路材料料場和棄土場的勘察一定要重視，以前山區(qū)公路曾出現(xiàn)過取土、棄土場所不合理，亂挖亂棄，破壞環(huán)境，導(dǎo)致水土流失的事例。
除了詳細(xì)的地質(zhì)勘察工作之外，還要貫徹綜合設(shè)計原則，在路線設(shè)計的各個階段，對工程地質(zhì)條件要有充分的了解，保證路線方案的科學(xué)性。對地質(zhì)資料要充分利用，橋位、隧道、路線各有一套地質(zhì)資料，但彼此經(jīng)常脫節(jié)。比如當(dāng)橋隧相連時，隧道勘察發(fā)現(xiàn)有不良地質(zhì)現(xiàn)象，橋梁設(shè)計人員卻不知道，還把橋臺置于其上。因此加強各專業(yè)之間的交流溝通，互相學(xué)習(xí)。從事路線、隧道、橋梁設(shè)計的人員要盡量多地掌握一些基本的地質(zhì)知識，以有利于對地質(zhì)資料的合理使用。

3施工階段——遵循信息化施工、補充勘察、動態(tài)設(shè)計原則

由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和勘察周期的制約，有些復(fù)雜場地（巖溶、破碎帶、巖性縱橫向差異大的地區(qū)）或地形困難場地（陡坡、魚塘等）在設(shè)計階段難以布置充分的勘察工作量，無法查清場地詳細(xì)工程地質(zhì)條件。在施工期間，可以進行補充勘察，如對巖溶發(fā)育區(qū)或巖性差異大的場地逐樁鉆探，對原進場困難場地通過施工便道進場鉆探。施工中發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)問題也要補充勘察。應(yīng)該把施工期間的勘察工作視作設(shè)計期間勘察工作的重要補充。
另外本階段應(yīng)遵循信息化施工（施工中監(jiān)測）、動態(tài)設(shè)計的原則。隧道的超前預(yù)報、邊坡的動態(tài)監(jiān)測都是施工階段必須要進行的工作。施工單位一定要配備過硬的地質(zhì)技術(shù)人員，及時發(fā)現(xiàn)問題，不要等到地質(zhì)病害已經(jīng)發(fā)生才去治理，要有前瞻性、預(yù)見性，發(fā)現(xiàn)邊坡、隧道等有失穩(wěn)的趨勢之后要立即反饋業(yè)主和設(shè)計單位，并及時采取合適的加固措施，避免邊坡、隧洞大面積失穩(wěn)。應(yīng)該認(rèn)識到，設(shè)計階段的勘察工作對地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)規(guī)律的認(rèn)識往往是不全面的，甚至是錯誤的，據(jù)此進行的設(shè)計只能稱為預(yù)設(shè)計。在邊坡或隧道斷面開挖以后，很多問題才會發(fā)現(xiàn)，此時應(yīng)有巖土工程技術(shù)人員在現(xiàn)場，對照原有的勘察設(shè)計方案，發(fā)現(xiàn)新的問題之后通過合理工序及時調(diào)整設(shè)計方案。等到問題已經(jīng)發(fā)生才去采取措施，既多花了錢，又耽誤了工期。
目前施工單位的巖土工程技術(shù)人員也是極為缺乏的，有時由于不合理的施工方法導(dǎo)致或加劇了地質(zhì)病害的發(fā)生和發(fā)展（如在破碎巖體上放大炮、自下而上開挖邊坡等）
施工期間的巖土工程監(jiān)理工作目前還較為薄弱的，有豐富理論知識和實踐經(jīng)驗的巖土監(jiān)理工程師極為缺乏，使施工期間的地質(zhì)病害預(yù)防工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

4運營階段——加強敏感點監(jiān)測

山區(qū)高速公路運營期間也要高度重視地質(zhì)工作。因為有些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是一個長期的過程，應(yīng)力釋放或邊坡的蠕變有些需要長達(dá)幾年乃至十幾年的時間，一次性治理有時并不能保證長治久安。因此對于一些在施工中出現(xiàn)病害的路段或重要工點要建立數(shù)據(jù)庫，進行變形、位移和地下水的動態(tài)監(jiān)測，定期巡查，建立防災(zāi)和預(yù)警系統(tǒng)，在雨季或洪水季節(jié)要加強對敏感點的監(jiān)測。通過長期觀測記錄，還可以更深入的認(rèn)識地質(zhì)規(guī)律，分析地質(zhì)病害的發(fā)生發(fā)展機理，預(yù)測發(fā)展趨勢，發(fā)現(xiàn)有不利的趨勢要及時采取措施。

5山區(qū)公路建設(shè)地質(zhì)工作中存在的問題

5.1前期階段
工可階段對地質(zhì)工作不夠重視，地質(zhì)遙感工作不做或精度不夠，不能夠貫徹地質(zhì)選線的原則，導(dǎo)致選定的路線走廊帶中地質(zhì)病害多，處理難度大，給后期工作帶來極大難度。
初步設(shè)計階段，由于路線方案調(diào)整較大，而工期緊張，因此很多勘察工作量作廢，路線地質(zhì)精度不夠，部分工點缺少地質(zhì)資料，給設(shè)計工作帶來隱患，也使得施工圖設(shè)計階段路線方案有時發(fā)生較大調(diào)整。
施工圖設(shè)計階段不做或漏做重要工點的1：2000地質(zhì)測繪，或雖做了但精度不夠；對一些地質(zhì)病害研究不深，導(dǎo)致對一些重要工點的勘察深度不夠；對于路線地質(zhì)調(diào)查深度不夠，導(dǎo)致一些地質(zhì)敏感點遺漏，在施工中出現(xiàn)地質(zhì)病害。構(gòu)造物勘察相對較細(xì)，而路基方面的勘察則往往較粗略。
目前的山區(qū)公路工程勘察還存在許多有待改進的地方。由于現(xiàn)在很多項目的勘察設(shè)計工期都非常緊張，如何在很短的時間內(nèi)達(dá)到盡可能高的勘察精度，的確是一個難題。為搶時間，現(xiàn)在地質(zhì)勘察工作很大一部分外委出去，全線人員設(shè)備上了很多，但在施工中仍會暴露出很多地質(zhì)問題。這一方面是由于地質(zhì)現(xiàn)象的隱蔽性和地質(zhì)科學(xué)的復(fù)雜性，難以全面深入地認(rèn)識地質(zhì)現(xiàn)象，另一方面也是由于從事巖土工程的技術(shù)人員本身能力有限所致。巖土工程在一定程度上屬于經(jīng)驗學(xué)科，技術(shù)人員的經(jīng)驗非常重要。外委的勘察單位一定要過硬，對于其提供的地質(zhì)資料要進行審核，去偽存真，對于不能夠滿足規(guī)范和設(shè)計要求的堅決返工。在其外業(yè)和內(nèi)業(yè)階段要進行監(jiān)督，多溝通。外行業(yè)的地勘隊伍往往對公路工程的特點及公路勘察規(guī)范了解不夠，不能夠有針對性的進行勘察，資料經(jīng)常不能滿足設(shè)計要求。另外由于工期緊，技術(shù)準(zhǔn)備不足，勘察手段不合理，經(jīng)常導(dǎo)致勘察深度不足，如隧道勘探未采用雙管單動鉆進，無法判斷RQD，鉆探工藝和技術(shù)不過硬，巖石取心率低，鉆孔水文地質(zhì)試驗數(shù)據(jù)不足，對邊坡勘察無法判斷滑動面，無法取得可信的各種力學(xué)參數(shù)，物探手段與其他勘探手段的互相校核精度不夠等，甚至有個別單位編造資料應(yīng)付設(shè)計。所以不僅要看投入了? 嗌偃肆ξ锪Γ?掛?賜度肴嗽奔際跛??、职覍?dǎo)寄芎橢耙檔賴濾刂嗜綰危?舛ǖ目輩旆槳甘欠窈俠恚?緣刂氏窒蟮娜鮮妒欠窨蒲АＴ謔導(dǎo)?校?捎詡際躒嗽彼?講尾畈黃耄??；岢魷執(zhí)砼?、漏判地质病害的现象。因此紤n抗?費彝涼こ檀右等嗽鋇募際跛?絞欠淺＝羝鵲氖慮欏?BR> 5.2施工階段
地質(zhì)技術(shù)力量薄弱，巖土工程監(jiān)測和監(jiān)理不力，施工工序和方法不對，導(dǎo)致地質(zhì)病害的加劇，甚至誘發(fā)地質(zhì)病害。對工程地質(zhì)特點認(rèn)識不足，不能夠及時預(yù)測和反饋地質(zhì)病害，只能被動地等待地質(zhì)病害的發(fā)生。
5.3運營階段
地質(zhì)工作目前還基本上是空白，無法保證山區(qū)高速公路的安全順暢。

6正確認(rèn)識地質(zhì)工作的重要性和特殊性

由于巖土體的組成物質(zhì)差異，更重要的是在巖土體內(nèi)部分布有大量的不連續(xù)界面，把完整的巖土體分割成許多塊體，總體為非均質(zhì)體，在應(yīng)力的傳遞上非常復(fù)雜，因此巖土工程屬于非線性科學(xué)?，F(xiàn)有的巖石力學(xué)、土力學(xué)、巖體力學(xué)等均難以準(zhǔn)確的描述巖土體實際的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生除了其本身的因素外，還受到許多外界的因素影響，十分復(fù)雜。因此，對于巖土工程的分析計算只能是半定量的，在很大程度上受分析者經(jīng)驗的制約。對于已經(jīng)存在的滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)病害，其周界相對清楚，各種勘察設(shè)計技術(shù)規(guī)范較完備，認(rèn)識起來相對容易。最難的是對于現(xiàn)狀穩(wěn)定的高邊坡，預(yù)測其人工開挖后的穩(wěn)定性。對于其地質(zhì)構(gòu)造的分析，地質(zhì)－力學(xué)模型的建立，穩(wěn)定計算分析都十分困難?？辈焐疃入y以保證，穩(wěn)定性計算方法不夠科學(xué)，邊坡設(shè)計時也有其不合理之處，如一般都只給出最終的邊坡坡率和邊界，各種邊坡加固設(shè)計也是針對最終邊坡的，各種分析計算也是以最終邊坡為約束條件的。這樣即使地質(zhì)條件清楚，分析計算合理，設(shè)計穩(wěn)妥，施工嚴(yán)格遵循規(guī)范和設(shè)計要求，也往往會出現(xiàn)難以預(yù)料的地質(zhì)病害。其中一個重要原因是未對開挖過程中的各種邊坡條件進行分析計算，雖然按最終邊坡條件計算是穩(wěn)定的，但不能夠保證任意開挖條件下邊坡都是穩(wěn)定的。因此對于從事邊坡設(shè)計的巖土工程師而言，應(yīng)該對于邊坡開挖過程中的多種控制性斷面穩(wěn)定性進行計算，提供合理的開挖步驟和各種穩(wěn)定的開挖斷面，并對不穩(wěn)定的中間邊坡提出臨時性的工程加固措施，以保證邊坡的穩(wěn)定開挖。

7展望

技術(shù)進步是山區(qū)高速公路成功修筑的重要保證?，F(xiàn)在采用三維數(shù)模，可以很快的得出路線平縱面模型，任意切割縱橫斷面，發(fā)現(xiàn)問題之后可以很快的調(diào)整線位并重新進行分析，大大提高了工作效率。相信隨著3S技術(shù)的發(fā)展，今后三維數(shù)模會和三維地學(xué)模型、巖土工程專家分析系統(tǒng)結(jié)合起來，對于重要工點通過現(xiàn)場地質(zhì)工作，建立地質(zhì)－力學(xué)模型，通過專家分析系統(tǒng)，可以任意模擬邊坡開挖后的形狀及物理力學(xué)狀態(tài)的變化，迅速分析其穩(wěn)定性，進行針對性的設(shè)計。甚至還可以對邊坡等地質(zhì)病害通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠(yuǎn)程會診，聚集各方面力量以解決問題。

8結(jié)語

地質(zhì)環(huán)境保護和地質(zhì)災(zāi)害防治是山區(qū)高速公路建設(shè)成敗的關(guān)鍵，為此必須重視地質(zhì)工作。（1）業(yè)主要認(rèn)識到，前期的地質(zhì)工作一定要認(rèn)真細(xì)致，勘察設(shè)計階段多花些錢和時間，盡量詳細(xì)地查明地質(zhì)條件，避免地質(zhì)隱患，對于施工來說會節(jié)約大量的投資和工期。（2）設(shè)計階段的地質(zhì)勘察工作必須加強，要達(dá)到必要的深度。（3）施工單位要加強地質(zhì)技術(shù)力量，業(yè)主單位也要增加地質(zhì)技術(shù)人員，巖土工程監(jiān)理工作要加強。（4）運營階段的巖土工程監(jiān)測工作必須重視。（5）單純依靠前期地質(zhì)工作對地質(zhì)客觀規(guī)律和地質(zhì)環(huán)境的認(rèn)識是不夠的，在設(shè)計施工運營的全過程中要不斷的加強地質(zhì)工作。（6）由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，雖然進行了前期地質(zhì)勘察工作，在施工和運營中出現(xiàn)地質(zhì)病害也是正常的。（7）設(shè)計階段深入細(xì)致的地質(zhì)工作可以確保施工時不出現(xiàn)大的地質(zhì)病害，施工階段的細(xì)致的地質(zhì)工作可以確保運營期間不出現(xiàn)大的地質(zhì)病害。（8）公路勘察設(shè)計、施工、建設(shè)及運營管理單位一般巖土工程技術(shù)力量相對薄弱，應(yīng)加強人才培養(yǎng)，適應(yīng)山區(qū)高等級公路建設(shè)的需要。
山區(qū)高速公路的修建對勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、管理等各個環(huán)節(jié)和部門都提出了更高的要求，大家要加強學(xué)習(xí)，真正重視問題的嚴(yán)重性?？梢哉f，山區(qū)高速公路的修建，巖土工程是關(guān)鍵，地質(zhì)病害是控制性因素。

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