山区高速公路工程地质选线优选方法探讨

王瑞云

（广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001）

0 引言

在高速公路工程地质勘查工作中，合理选择拥有最优地质条件的路线方案是一项重要工作。同时，应当做好沿线工程地质情况的勘测，尤其需要明确沿线是否存在被覆盖但是却不容易被发现的地质灾害，在符合施工条件的情况下选择出成本最低且对周边环境不会形成破坏的方案。本文以某山区高速公路工程为例，探讨山区高速公路工程地质选线优选方法，希望能够为类似地区道路地质选线提供借鉴，促进我国山区高速公路建设。山区高速公路工程地质条件和地形条件复杂，位于低山丘陵区，峰峦叠嶂，四面环山。工程区存在软土溶、顺层、崩塌、岩堆等不良地质现象。复杂的地质条件和地形条件会严重影响路线选线，所以应该遵循科学选线、经济选线、安全选线、环保选线的原则，对路线方案进行综合比选。

1 山区高速公路地质选线优化相关概述

1.1 优化山区高速公路地质选线的重要作用

在选择高速公路走向布局时，通常需要对当地的发展规划进行综合考虑，从而保证公路运输的安全性、便捷性及高效性[1]。在地质选线过程中，重视地质选线优化，不但能够提升公路建设质量，还能够使资源可持续发展的要求得到更好的满足。山区高速公路地质选线决定公路线形。

现阶段，随着私家车的普及和交通运输行业的发展，高速公路地质选线必须提高水平。在进行高速公路地质选线时，应该对汽车行驶过程中的力学条件进行充分考虑，确保公路地质选线能够更好地满足驾驶员的需求，从而使交通安全事故发生的概率有效降低，为人们的生命和财产安全提供有效保障。

1.2 山区高速公路工程地质选线应遵循的原则

1.2.1 科学性原则

科学性原则主要体现在山区高速公路地质选线中的地质条件指标、技术指标等因素，这些因素都需要严格控制，保证满足设计要求[2]。另外，在所有技术指标中纵面线形和横面线形也需要满足较高的要求。

1.2.2 经济性原则

在经济发展过程中，高速公路起到非常重要的作用。山区高速公路工程能够使山区公路运输网络体系进一步完善，能够加快山区经济发展速度。与平原地区相比，山区高速公路建设需要投入更多的成本和时间。因此，在山区高速公路工程地质选线过程中，相关人员应该重视地质选线的经济性。

1.2.3 安全性原则

山区高速公路由于线形不科学、纵坡线程长、纵坡数量多等，发生交通安全事故的概率较大[3]。为了使交通事故得到有效避免，应该以保证山区高速公路地质条件为基础，加设应急车道至纵坡路段外车道。

1.2.4 环保性原则

山区拥有非常复杂的地质条件和地形条件，局部缺乏植被覆盖，而地表植被具有足够的稳定性。在进行山区高速公路工程地质选线时，应该尽量避免出现干扰土地结构的情况。对于缺少植被的路段，应该对山体开挖量进行严格控制，即使必须挖开山体也应该对填埋量进行适当增加，也可以将绿化植被种植在公路两侧和路基边坡，保证植被根系的固土作用充分发挥，有效防治边坡水土流失，保持生态系统平衡。

1.3 山区高速公路工程地质选线优选方法

想要实现山区高速公路路线方案地质条件的最优化，应该完成地质选线优选层次模型的建立，对各个分层中的内容进行明确。详细如下：方案层为各路线方案，准则层为选择条件，目标层为工程地质条件最佳路线方案。

在构建层次结构模型时，先要明确地质条件指标和权重。结合桥梁地基条件和隧道围岩级别，能够使路线方案中的水文地质条件、地质构造及地层岩性得到准确反映；工程施工导致地质灾害的危害性、特殊岩土长度、不良地质条件的规模和处理难度，能够使特殊岩石和不良地质条件得到准确反映[4]。另外，在影响路线方案合理性的因素中，压覆矿产资源量也是重要因素。

在对工程地质选线方案进行评价时，可以对以下7个指标所占的权重进行明确。具体如下：压覆矿产资源占0.25权重，引发地质灾害的危险性占0.12权重，存在特殊岩土的规模占0.08权重，不良地质条件的规模和处理难度占0.25权重，桥梁地基条件占0.05权重，隧道围岩级别占0.15权重，桥隧深挖比例占0.10权重。

在进行山区高速公路地质选线优选时，相关人员可以利用层次结构模型和各个指标的比重对地质选线的各项指标进行对比，完成对山区高速公路地质选线的最优化选择。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

本工程的地质选线工作主要受到顺层岩质边坡和岩堆体的影响，这两种地质类型也是大部分山区高速公路地质选线需要考虑的内容[5]。

2.2 顺层岩地质选线优化

2.2.1 地质概况

在自然界中约有2/3的陆地存在层状构造的沉积岩，所以山区高速公路工程也很难避免层状岩体形成的边坡工程[6]。当层状岩体的层面与开挖边坡的坡面具有一致的倾向和走向时，大多情况下将有顺层岩质边坡形成。工程实例表明，顺层岩质边坡具有危害大、问题多的特点，各地经常出现由于顺层岩质边坡滑坡导致的重大事故。

本工程某段岩性为侏罗系上统兜岭群下亚组石英砂岩、泥质砂岩、粉砂岩、砂砾岩，岩层之间结合面一般。

2.2.2 顺层边坡影响分析

当岩层面与开挖坡面之间处于大角度相交的状态时，顺层滑动破坏发生的概率较小，但在处于小角度相交状态时滑动破坏很可能发生。在相关的工程理论中，通常将岩层面与开挖坡面倾向接近，且走向夹角在30°以内的边坡叫作顺层边坡。

针对顺层岩体拥有较小倾角的情况，一般都是使用更大的开挖坡面倾角，在切断岩层后会有临空面形成，且很大可能会有沿软弱夹层的滑动破坏形成。只要岩层倾角小于边坡坡度，且岩层倾角在15°以上，顺层滑动破坏的发生概率非常高，甚至有倾角不足10°的砂泥岩护层顺层边坡也会有顺层滑动破坏发生[7]。

在工程建设中，大多利用顺层清方的方式处理倾角在35°以上的顺层边坡。当倾角小于35°时，顺层边坡太高或清方量大时，应该与软弱夹层的情况相结合对抗滑工程进行合理选择，如锚索、锚固桩等。当边坡存在较大高度，岩层倾角为中等或缓倾时，如果顺层边坡软弱夹层具有较差的物理力学性质，需要很大的清方工程量，这时应对地质选线方案进行优化，降低顺层边坡高度，使设计路基的难度减小，进而使公路养护运营安全风险降低。

本工程的原设计方案为初测方案，中间低两侧高，为山谷地形。赤平极射投影可知，该路线与岩层走向之间存在15°夹角和20°左右岩层倾角，所以右侧挖方边坡为顺层岩质边坡。通过计算，路堑支挡工程存在非常大的下滑力，拥有很高的处理难度，存在非常大的安全风险。所以需要对原设计方案进行优化设计，对路堑边坡高度进行降低。

2.2.3 优化地质选线方案

在布设本段地质路线时应该首先考虑如何避开右侧顺层边坡。在开展一系列的工作后，决定在原设计方案的基础上整体向左方移动20 m，虽然会在一定程度上增加左侧路基的土石方工程量，但是能够对右侧顺层边坡进行有效规避，能够使工程路基的安全性得到极大提升。顺层岩地质选线优化示意图如图1所示，其中A线为原方案，K线为优化后的方案。

图1 顺层岩地质选线优化示意图

2.3 岩堆地质区地质选线优化

2.3.1 地质概况

在山区高速公路工程中岩堆体这一地质现象十分常见，大多情况下岩堆体需要经过多个时期才能形成，稳定性会受到岩堆体几何形态、岩堆体物质组成、路线布设、降雨情况及堆积床力学性质等因素的影响，很难有效开展地质勘探及评价其稳定性的工作，属于山区公路勘察设计需要重点攻克的难题[8]。

本工程某路段为深丘地貌，拥有185～349 m高程，40 ～140 m相对高差，地形起伏较大。地质勘查发现，有坡崩积黏性土夹碎块石覆盖地表，厚度为15～30 m，下伏基岩为薄层煤线、炭质页岩、砂岩夹泥岩等。通过对地质勘查进行综合分析，明确该路段属于岩堆体。该岩堆体属于山前堆积体，在平面分布上近似椭圆形，此岩堆体拥有250 m左右的宽度，1 600 m的长度，20～30 m的厚度（平均厚度为25 m），1 000万m3左右的体积，在岩堆体分类方面属于巨型。

2.3.2 堆积体稳定性影响分析

在工程建设方面，岩堆地段的主要问题包括地基局部或整体失稳、地基沉降及边坡坍塌等。调查发现，2010年该堆积体下方的公路曾有溜坍事故发生，导致路面出现沉降变形，并且有变形开裂在侧沟出现，在河岸附近的自然边坡中也有多处裂缝出现。岩堆体拥有34°左右基底横坡，坡脚为沙溪河，河水冲蚀现象全年发生。分析自然坡面和原有公路的实际情况发现，该堆积体存在欠稳定现象。

在原地质路线设计中，利用桥梁或隧道的方式通过岩堆体下缘及中部。由于堆积体自身稳定状态较差，如果仍然按照原设计开展工程建设，必须先综合整治路线周围的岩堆体。但岩堆体存在20～30 m的厚度，最高拥有34°基底横坡，并且基底的主要成分为炭质页岩和砂岩夹泥岩，具有较差的透水性，想要使工程建设的安全性要求得到满足，必须投入较多的费用进行综合整治，不但具有非常大的整治难度，后期还会出现较大的运营安全风险，所以需要对地质选线方案进行综合比选，考虑对岩堆体进行绕避。

2.3.3 优化地质选线方案

通过上述分析可知，在进行地质选线时应该优先考虑对岩堆体进行绕避。经过综合考量决定将新的路线设置在鱼塘溪以北，这一方案虽然需要绕行较长的距离和较大的桥梁工程，但是其能够实现对不稳定岩堆体的有效绕避，被本次工程所采用。岩堆体地质选线优化示意图如图2所示，其中A线为原方案，K线为优化后的方案。

图2 岩堆体地质选线优化示意图

3 结语

综上所述，在规划和设计山区高速公路工程的过程中，需要从科学性、经济性、安全性、环保性等方面入手，结合山区高速公路的工程规模和造价等方面的因素，合理设置各个工程指标所占的权重，然后根据所占权重的情况对比多种地质选线方案，这样才能够选择出最优的山区高速公路地质选线方案。同时，在实际开展工作的过程中，相关人员应该结合山区高速公路工程的实际地质情况开展综合研判，从而在地质选线时有效规避各种无法满足稳定性要求的地质。另外，虽然本次研究成果能够为相关人员开展山区高速公路地质选线工作提供一定的借鉴意义，但是由于研究的工程案例较为单一，导致研究结果存在一定的局限性，在未来笔者将针对更多的山区地质开展高速公路地质选线研究工作。