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摘要本文阐述了山区高速公路建立各阶段应重视的地质工作,提出了勘察设计、施工、运营等不同阶段的地质工作重点,分析了目前在山区高速公路建立各阶段地质工作中存在的主要问题,并对山区高速公路地质科技开展前景进展了展望。
关键词山区高速公路勘察设计施工运营工程地质条件地质病害
1概述
由于国民经济的开展和路网完善的需求,高速公路逐步进入山区。高速公路由于其线形指标高,工程艰巨,投资宏大,对自然环境的破坏也非常严重。随着环境保护理念的日益深化人心,对于山区高速公路的勘察设计、施工运营等方面的环保要求也越来越高。山区公路环境载体主要是自然环境,也是地质环境。山区一般地形地质条件复杂,地质环境脆弱,地质灾害多发,高速公路的建立不可防止的要切坡、填沟、打洞〔隧道〕,对地质环境造成严重破坏,处理不好还会诱发和加剧各种地质灾害,增加公路建立投资,影响工期,甚至给运营阶段带来严重的平安隐患。因此山区高速公路的环保主要是地质环境的保护和地质灾害的防治。
要建立一条兼顾交通、环保、生态等方面要求的高标准的山区高速公路,应该重视和加强地质工作。地质工作应贯穿于设计、施工和运营的全过程。对地质现象和规律的认识〔岩土工程勘察工作〕是由面到线、由线到点、由表及里、由粗到细、由宏观到微观,逐步深化的,根据不同阶段应采取不同的方法和手段。
2勘察设计阶段
地质条件是客观存在的,山区高速公路在自然地质环境中穿行,并对地质环境进展改造,应该认识地质规律,尊重地质规律,在设计中充分考虑地质因素,遵循地质原那么,从源头上尽量减少山区高速公路对自然环境的破坏,并且为施工和运营提供良好的条件。
——贯彻地质选线的原那么
山区公路地质选线主要受到地形和不良地质现象的制约,主要的不良地质现象有滑坡、泥石流、岩崩、岩溶、岩堆〔坡积层〕、软弱土、膨胀土、湿陷性黄土、冻土、水害、采空区以及强震区〔高地应力〕等。本阶段应尽可能详细地搜集区域构造地质、岩石地层、水文地质、工程地质、地震地质、环境地质等方面的资料,利用遥感资料〔卫片和航片〕,编制中比例尺〔1:5万或1:10万〕工程地质图和地质灾害〔不良地质现象〕分布图,图上标注大的地质构造(主要是断层)、重大的地质病害体,分析区域性的地质灾害发生条件,进展初步的地质灾害评估,配合道路方案设计,进展必要的现场踏勘和重点路段的调查,反复比照,优选出工程地质条件最好、地质灾害最少、工程建立对地质环境的不利影响最小的道路走廊带,真正贯彻地质选线的原那么。对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等严重不良地质地段和沙漠、多年冻土等特殊地区,一般情况下道路应设法绕避。
——突出重大地质病害对道路方案的制约
确定道路方案前应对沿线地质构造带、断层、岩石的层理情况、地质病害的分布及范围等,通过对遥感地质判释资料以及不同勘测阶段的勘探、调查资料的分析,研究道路通过方案并不断优化。对地质较为复杂地段还应注意在设线后诱发并加剧地质病害的可能性,慎重确实定道路的线位和采取的工程措施。地质技术人员应配合道路设计师作好地质咨询工作,可以沿初步拟定的道道路位,进展全线踏勘,对重点工点
进展地质调查,得出初拟线位沿线的根本工程地质情况,评估道路方案的可行性,发现重大不良地质地段或预测工后会出现难以治理的地质病害的路段要及时反响信息,以便尽快调整道道路位。根本确定道路方案后,及时委托有资质的单位进展建立用地地质灾害危险性评估工作,并进展大比例尺〔1:1万〕的地质遥感解译及地质灾害调查和工程地质调绘工作,编制1:1万工程地质图和道路区域地质病害现状图。图件的重点是地质灾害和重要工点的工程地质条件,要有针对性,要突出重点,不可以拿1:5万地质图放大。如今委托地质部门做的图件,有些不能称为工程地质图,只能称为根本地质图〔工程地质分区太笼统、工程地质条件的阐述太简单〕。地质灾害评估工作不可以代替1:1万工程地质图的编制,但二者可结合进展,以节约时间和经费。
很多地质灾害〔滑坡、泥石流等〕由于植被覆盖、后期人工改造以及观察角度和范围有限等原因,在现场难以判断。通过遥感资料〔如航片〕可以从宏观上观察全貌,合理的解译,有利于对此类不良地质体的正确认识。
当工作中发现仍有重大的地质病害存在或有潜在的重大地质病害时,必须及时调整线位。对于重大的地质病害应尽量绕避,实在无法绕避的要考虑工程措施的可能性与可靠性,尽量在道路的平纵面优化上下功夫〔采用别离式路基、用桥隧构造物通过、从滑坡体上部通过、半路半桥等〕,防止高填深挖,以减少对地质环境的破坏,进步工程措施的可靠性和平安度。对地质病害应以防为主,以治为辅,能避当避,即使增加工程造价也是值得的。
以安徽省徽杭高速公路为例,该路全长约80km,有四分之三路段位于山区,由于勘测时间较早,对山区高速公路特点认识缺乏,以投资为主要控制因素,其中有一半左右的路段根本沿区域性的三阳断裂带布设。受构造影响,岩体风化破碎严重,并且沿线分布有雄村滑坡、朱村滑坡等规模较大的不良地质体。施工开挖后,出现大量的不稳定边坡,甚至诱发了局部滑坡。对于局部地质病害路段及时调整线位,进展了避让,而更多的病害段只能采取治理措施,结果造价大幅攀升,严重影响了工期,并且治理效果也难以预测。
必要时应增加技术设计阶段,对重大地质病害路段进展深化勘察,确定道路可行性。
——详查工点地质条件除了详细的地质勘察工作之外,还要贯彻综合设计原那么,在道路设计的各个阶段,对工程地质条件要有充分的理解,保证道路方案的科学性。对地质资料要充分利用,桥位、隧道、道路各有一套地质资料,但彼此经常脱节。比方当桥隧相连时,隧道勘察发现有不良地质现象,桥梁设计人员却不知道,还把桥台置于其上。因此加强各专业之间的交流沟通,互相学习。从事道路、隧道、桥梁设计的人员要尽量多地掌握一些根本的地质知识,以有利于对地质资料的合理使用。
3施工阶段——遵循信息化施工、补充勘察、动态设计原那么
由于地质条件的复杂性和勘察周期的制约,有些复杂场地〔岩溶、破碎带、岩性纵横向差异大的地区〕或地形困难场地〔陡坡、鱼塘等〕在设计阶段难以布置充分的勘察工作量,无法查清场地详细工程地质条件。在施工期间,可以进展补充勘察,如对岩溶发育区或岩性差异大的场地逐桩钻探,对原进场困难场地通过施工便道进场钻探。施工中发现新的地质问题也要补充勘察。应该把施工期间的勘察工作视作设计期间勘察工作的重要补充。
另外本阶段应遵循信息化施工〔施工中监测〕、动态设计的原那么。隧道的超前预报、边坡的动态监测都是施工阶段必需要进展的工作。施工单位一定要装备过硬的地质技术人员,及时发现问题,不要等到地质病害已经发生才去治理,要有前瞻性、预见性,发现边坡、隧道等有失稳的趋势之后要立即反响业主和设计单位,并及时采取适宜的加固措施,防止边坡、隧洞大面积失稳。应该认识到,设计阶段的勘察工作对地质现象和地质规律的认识往往是不全面的,甚至是错误的,据此进展的设计只能称为预设计。在边坡或隧道断面开挖以后,很多问题才会发现,此时应有岩土工程技术人员在现场,对照原有的勘察设计方案,发现新的问题之后通过合理工序及时调整设计方案。等到问题已经发生才去采取措施,既多花了钱,又耽误了工期。
目前施工单位的岩土工程技术人员也是极为缺乏的,有时由于不合理的施工方法导致或加剧了地质病害的发生和开展〔如在破碎岩体上放大炮、自下而上开挖边坡等〕
施工期间的岩土工程监理工作目前还较为薄弱的,有丰富理论知识和理论经历的岩土监理工程师极为缺乏,使施工期间的地质病害预防工作远远达不到要求。
4运营阶段——加强敏感点监测
山区高速公路运营期间也要高度重视地质工作。因为有些地质灾害的发生是一个长期的过程,应力释放或边坡的蠕变有些需要长达几年乃至十几年的时间,一次性治理有时并不能保证长治久安。因此对于一些在施工中出现病害的路段或重要工点要建立数据库,进展变形、位移和地下水的动态监测,定期巡查,建立防灾和预警系统,在雨季或洪水季节要加强对敏感点的监测。通过长期观测记录,还可以更深化的认识地质规律,分析地质病害的发生开展机理,预测开展趋势,发现有不利的趋势要及时采取措施。
5山区公路建立地质工作中存在的问题
工可阶段对地质工作不够重视,地质遥感工作不做或精度不够,不可以贯彻地质选线的原
那么,导致选定的道路走廊带中地质病害多,处理难度大,给后期工作带来极大难度。
初步设计阶段,由于道路方案调整较大,而工期紧张,因此很多勘察工作量作废,道路地质精度不够,局部工点缺少地质资料,给设计工作带来隐患,也使得施工图设计阶段道路方案有时发生较大调整。目前的山区公路工程勘察还存在许多有待改良的地方。由于如今很多工程的勘察设计工期都非常紧张,如何在很短的时间内到达尽可能高的勘察精度,确实是一个难题。为抢时间,如今地质勘察工作很大一局部外委出去,全线人员设备上了很多,但在施工中仍会暴露出很多地质问题。这一方面是由于地质现象的隐蔽性和地质科学的复杂性,难以全面深化地认识地质现象,另一方面也是由于从事岩土工程的技术人员本身才能有限所致。岩土工程在一定程度上属于经历学科,技术人员的经历非常重要。外委的勘察单位一定要过硬,对于其提供的地质资料要进展审核,去伪存真,对于不可以满足标准和设计要求的坚决返工。在其外业和内业阶段要进展监视,多沟通。外行业的地勘队伍往往对公路工程的特点及公路勘察标准理解不够,不可以有针对性的进展勘察,资料经常不能满足设计要求。另外由于工期紧,技术准备缺乏,勘察手段不合理,经常导致勘察深度缺乏,如隧道勘探未采用双管单动钻进,无法判断RQD,钻探工艺和技术不过硬,岩石取心率低,钻孔水文地质试验数据缺乏,对边坡勘察无法判断滑动面,无法获得可信的各种力学参数,物探手段与其他勘探手段的互相校核精度不够等,甚至有个别单位编造资料应付设计。所以不仅要看投入了多少人力物力,还要看投入人员技术程度、职业技能和职业道德素质如何,拟定的勘察方案是否合理,对地质现象的认识是否科学。在理论中,由于技术人员程度参差不齐,经常会出现错判、漏判地质病害的现象。因此加强公路岩土工程从业人员的技术程度是非常紧迫的事情。
地质技术力量薄弱,岩土工程监测和监理不力,施工工序和方法不对,导致地质病害的加剧,甚至诱发地质病害。对工程地质特点认识缺乏,不可以及时预测和反响地质病害,只能被动地等待地质病害的发生。
地质工作目前还根本上是空白,无法保证山区高速公路的平安顺畅。
6正确认识地质工作的重要性和特殊性
由于岩土体的组成物质差异,更重要的是在岩土体内局部布有大量的不连续界面,把完好的岩土体分割成许多块体,总体为非均质体,在应力的传递上非常复杂,因此岩土工程属于非线性科学。现有的岩石力学、土力学、岩体力学等均难以准确的描绘岩土体实际的力学本构关系。地质灾害的发生除了其本身的因素外,还受到许多外界的因素影响,非常复杂。因此,对于岩土工程的分析计算只能是半定量的,在很大程度上受分析者经历的制约。对于已经存在的滑坡、崩塌、泥石流等地质病害,其周界相对清楚,各种勘察设计技术标准较完备,认识起来相对容易。最难的是对于现状稳定的高边坡,预测其人工开挖后的稳定性。对于其地质构造的分析,地质-力学模型的建立,稳定计算分析都非常困难。勘察深度难以保证,稳定性计算方法不够科学,边坡设计时也有其不合理之处,如一般都只给出最终的边坡坡率和边界,各种边坡加固设计也是针对最终边坡的,各种分析计算也是以最终边坡为约束条件的。这样即使地质条件清楚,分析计算合理,设计稳妥,施工严格遵循标准和设计要求,也往往会出现难以意料的地质病害。其中一个重要原因是未对开挖过程中的各种边坡条件进展分析计算,虽然按最终边坡条件计算是稳定的,但不可以保证任意开挖条件下边坡都是稳定的。因此对于从事边坡设计的岩土工程师而言,应该对于边坡开挖过程中的多种控制性断面稳定性进展计算,提供合理的开挖步骤和各种稳定的开挖断面,并对不稳定的中间边坡提出临时性的工程加固措施,以保证边坡的稳定开挖。
7展望
技术进步是山区高速公路成功修筑的重要保证。如今采用三维数模,可以很快的得出道路平纵面模型,任意切割纵横断面,发现问题之后可以很快的调整线位并重新
进展分析,大大进步了工作效率。相信随着3S技术的开展,今后三维数模会和三维地学模型、岩土工程专家分析系统结合起来,对于重要工点通过现场地质工作,建立地质-力学模型,通过专家分析系统,可以任意模拟边坡开挖后的形状及物理力学状态的变化,迅速分析其稳定性,进展针对性的设计。甚至还可以对边坡等地质病害通过互联网进展远程会诊,聚集各方面力量以解决问题。
8结语
山区高速公路的修建对勘察、设计、施工、监理、管理等各个环节和部门都提出了更高的要求,大家要加强学习,真正重视问题的严重性。可以说,山区高速公路的修建,岩土工程是关键,地质病害是控制性因素。
参考文献
[1]JTJ064-:人民交通出版社,1999
[2]::陕西人民出版社,-8
[3]::陕西人民出版社,-229
[4]崔建恒,::陕西人民出版社,-235
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