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天堑变通途——公路铁路上的地质灾害与防治

文章来源 :
2022-06-20 09:56

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俗话说:要想富,先修路。一个地区的交通如何,决定了其经济发展前途。因此,修建公路、铁路,是我国促进经济发展的重要举措。截至2020年底,我国公路通行总里程519.81万公里,铁路营业里程14.6万公里[1],并仍在加速发展的过程中。“市市通高铁,县县通高速”,正在逐步成为现实。而我国的青藏高原地区,毗邻中亚、南亚,在这里修建公路铁路,对于区域经济发展、“一带一路”建设等,更是至关重要。


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图1 2013年10月31日,墨脱公路通车仪式在西藏林芝地区波密至墨脱县80公里处举行,宣告中国最后一个未通公路的县正式通车。


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图2 2016-2020公路铁路通行里程情况[1],公路铁路运营里程持续高速增长。

(数据来源:交通运输部)


公路铁路的通行,让过去难以逾越的天堑变成了通途。一条条公路铁路,如同一条条腾飞的巨龙,盘踞在山间、谷地,连接着高山峡谷,城市乡村,为我们的生活带来便利。但是,不论是在道路修建的过程中,还是在建成后的使用阶段,都有一件事情不容忽视,那就是道路两侧的地质灾害。在地势陡峭,构造运动强烈,降雨、冻融、风化严重的青藏高原地区,更不可小觑。中尼铁路、中巴铁路、新藏铁路、川藏铁路等重大工程的建设,都要建立在充分的地质灾害调查基础上。


地质灾害(Geologic Hazard / Geohazard)是指在自然或人为因素下引发的,对人类生命财产、环境造成损失的地质现象。广义的讲,崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地面沉降、地震、火山喷发等,都属于地质灾害。对于穿山越岭的公路铁路而言,崩塌、滑坡、泥石流(以下简称崩滑流灾害),是引发经济损失和人员伤亡的主要灾害。对其进行勘察、预测和防护,对于公路铁路建设、交通运输的安全运行至关重要。


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图3 在青藏高原的公路上俯瞰,一边是沃野良田,一边是巨石山颠。(摄影|孙凯)


崩塌

山体或较陡斜坡上的岩土体突然脱离母体崩落、滚动的地质现象,就叫做崩塌。崩塌多发生在较陡峭的山体斜坡上,其倾角多在60°以上。


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图4 山区发生的山体崩塌,倾泻而下,摧毁了房屋和农田


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图5 滚落的块石冲坏了挡墙(摄影|孙凯)


滑坡

斜坡上的岩土体,由于降水、地震、人类活动等因素,沿着一个软弱面下滑的过程,就称为滑坡。软弱面和边坡的倾角,是引起滑坡的两个地质条件。倾角越大,越容易发生。但也有极个别的边坡,如膨胀土边坡,海底边坡等,即使在坡角很小的条件下,也会发生滑坡。


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图6 顷刻之间,山体滑落。


泥石流

在地势险峻的山区,由于暴雨、暴雪等引发的携带有大量泥沙和石块的洪流,称为泥石流。泥石流的发生往往比较突然,顷刻之间,大量裹挟着泥沙的洪水奔涌而下,摧毁阻挡的一切。泥石流的发生有三个条件,即陡峭的地势提供势能,短时大量的降水和丰富的松散堆积物。


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图7 奔腾的泥石流,滚滚而下,冲毁沿途的一切。


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图8 318国道亚东县沿线,被泥石流冲断的电线杆(摄影|孙凯)


防治手段

为了防止崩滑流灾害的发生,在人类活动密集、有灾害隐患的边坡上,常常需要建设护坡工程。“砍头、压脚、束腰、排水”,是工程上常用方法的总结。“砍头”,即减轻坡体的高度和顶部的负重。坡体越高,顶部负重越大,坡体越容易下滑;“压脚”就是增加边坡底部的负重,防止其在上部重量的作用下破坏;“束腰”,是对边坡中部进行约束;“排水”,则是要及时排走边坡内部的水,防止边坡岩土体在水的浸润下强度降低,发生破坏。


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图9 常用的边坡工程防护手段示意图(作者绘)


在山区的公路铁路沿线,我们常常可以看到各式各样的护坡工程:

挡土墙

在边坡下部修建墙体,以阻挡边坡运动,这样的墙体就叫挡土墙。根据挡土墙作用原理的不同,可以划分为多种类型,如通过自身重力“压脚”来阻止坡体的重力式挡土墙,与锚杆结合的锚定式挡土墙等。


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图10 浆砌片石挡墙,利用块石自身的重力来阻止边坡运动,是一种重力式挡土墙(摄影|孙凯)


锚杆

锚杆就如同一根常常的钉子,在边坡表面斜向下打在坡内深处,把边坡上部不稳定的部分牢牢地钉在底部稳定的部分上。


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图11 边坡上一个个白色的小方块,就是坡体内部的锚桩露在边坡表面的部分。


钢筋网

在边坡表面挂钢丝网,以防止局部的块石掉落,简单粗暴,快捷高效。


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图12 使用防护网包裹容易发生灾害的边坡,预防灾害,减少损失。(摄影|孙凯)


格构

利用钢筋混凝土格构框架将边坡表面分割成一个个局部,大坡化小。滑坡的风险,也随之化有为无。在格构框架的内部种上植物,利用植物根系固定坡面表层土壤,进一步增加了安全性能,同时也生态环保、美观大方。


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图13 光秃秃的钢筋混凝土墙,大片的铁丝网等,都不美观。因此,修建格构并在其中种植花草,是一种兼具实用与生态价值的防护方法。


植被护坡

对于一些小型边坡,为了防止雨水冲刷导致水土流失,防止局部失稳破坏,可以在坡体种植花草、灌木,利用植物根系固定边坡:边坡挂上钢丝网,喷洒上一层厚厚的(5cm以上)掺有草籽的土浆,植物生根发芽后即可固定边坡。铁丝网可以帮助土浆附着。


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图14 一处正在施工的植被护坡,这种方法适用于倾角较缓的小型碎石土边坡。(作者摄)


土工袋

土工袋护坡,在袋子中装满土,堆积成墙,在袋中播撒草籽,植物生根发芽后,根系紧紧扎在边坡土体中,即可固定边坡。这种方法适用于较小的土坡。


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图15 土工袋护坡(作者摄)


排水

工程界素有“十滑九水”之说,水是引起滑坡的最重要因素之一。其一,水可以使岩土体软化,且有润滑的作用,减少摩擦力,降低其力学性质;其二,水在岩土体内部会产生静水压力,对边坡产生侧向的推力;其三,水在流动过程中存在动力(渗透力);其四,水的浮力作用削弱了岩土体的自重,使其更容易在外力作用下失稳。因此,及时排出坡体内的水,至关重要。


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图16 在边坡底部修建排水沟,及时把坡脚的水排走,大大增加了边坡的安全性。此外,也可以作为边坡与道路的缓冲,防止碎石掉落造成损失。(摄影|孙凯)


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图17 在挡土墙上设置排水孔,及时排出边坡岩土体内的水分,可以有效防止滑坡

(摄影|孙凯)


个人应如何预防崩滑流灾害?

行驶在公路、铁路上,我们应该注意些什么?在青藏地区重大工程扰动的考察中,我们都在调查些什么?如何有效的预防、避免崩滑流灾害呢?


1)注意所在区域地质条件。

地质条件往往是决定地质灾害发生的决定性因素。完整、结实的岩体,即使经历狂风骤雨的洗礼,也可以岿然不动。而破碎、松散的岩土体,即使在没有外力的作用下,也会一泻而下。因此,判断崩滑流灾害是否发生,首先看边坡岩土体的情况。

岩体破碎松散、植被稀疏的边坡,以及地层层面与边坡倾角相同的边坡,其力学性质差,更容易发生崩滑流灾害。


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图18 349国道白朗县至康马县路段,边坡岩体在强烈的构造作用下,极其破碎,容易发生滑坡(摄影|孙凯)

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图19 层状的地质体,当层面与倾斜方向一致时,更容易发生滑坡。(作者摄)


青藏高原地区,构造运动强烈,气候、地质条件复杂,岩体受构造运动、冰川活动、冻融循环等影响,往往风化、破碎严重,因此地质灾害频发。


2)注意山上的落石、滚石

大型滑坡和崩塌,往往首先伴有一些局部的失稳。整体稳定的边坡,也可能会发生零星的破坏。因此,行走在山区道路上,我们要及时关注边坡的落石、滚石。此外,听到岩石发出撕裂的摩擦碎裂声,看到岩体局部有水渗出时,也要格外注意,及时向有关部门报告,以免产生严重的后果。

在青藏科考的沿途中,常常可以看到道路上的落石、滚石。这些落石与滚石,轻则造成道路损坏、财产损失,重则导致人员伤亡。


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图20 562国道亚东县段,道路一侧一块巨大的滚石(摄影|孙凯)


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图21 318国道路旁,一处防护网被落石损坏,碎石散落一地。


3)恶劣天气和环境、地震的影响

在恶劣天气,尤其是暴雨、大风天气,尽量减少出行。

此外,在地震、台风等来临时,也不要在山区逗留,尽快前往开阔平坦的地区。在地震作用的猛烈摇晃下,岩土体松动,原本的稳定状态被破坏,从而诱发灾害。这一影响,不仅在地震发生过程中存在,甚至可能会持续数年、数十年之久。2010年8月8日,甘肃省舟曲县发生特大山洪泥石流灾害,造成1403人遇难,307人失踪。这一山洪泥石流,就是2008年汶川地震所导致的次生灾害。


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图22 2008年汶川地震,带给我们惨痛的记忆。由地震直接、间接引发的次生地质灾害,更给我们的内心蒙上了一层阴影。(摄影|李琪敏)

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图 我国的地震动参数区划图GB18306-2015,可以看出,青藏地区地震频发。(资料来源:中国地震局[2])


青藏高原地区位于亚欧板块和印度洋板块的交界处,活跃的构造运动使这里地壳应变速率大、地应力高,地震高度易发。频繁的地震,给这里的重大工程建设和地质灾害防治带来了巨大的挑战。


4)注意山体裂缝、树木倾倒等迹象

绝大多数崩滑流灾害的发生,都并非毫无征兆,而是有一个发育的过程。例如,在崩塌发生前,往往会出现零星碎石的剥落。坡体上的岩土体,也会产生裂缝,并不断扩大;在滑坡的初始阶段,也常常是缓慢的移动,在滑坡体的后部出现裂缝,滑坡体上面的树木倾倒。根据这些现象,我们可以发现地质灾害的蛛丝马迹。


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图23 318国道沿线,一处岩体产生裂缝。(摄影|孙凯)


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图24 下部山体滑动,拉开一道深深的裂缝,碎石满地(作者摄)


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图25 土质边坡表面的裂缝,是滑坡发生的迹象。


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图26  “马刀树”,树木整体向一个方向倾斜,是边坡缓慢滑动的标志;“醉汉林”,树木东倒西歪,形同醉汉,是边坡快速滑动所致。(作者绘)


在青藏科考的过程中,发现这些蛛丝马迹,进行评价和记录,总结其分布规律,预测其未来的发展、可能产生的影响,是地质灾害调查的重要内容之一。


5)工程施工等活动做好防护和监测

除了自然因素,人类活动也是导致崩滑流灾害的主要因素。爆破、车辆振动、水库蓄水、边坡开挖、采矿等人类活动,均可能导致灾害的发生。因此,在工程建设前,要对当地的地质条件进行充分的调查,选择适当的建设地址,建设相应的防护设施,建设过程中做好防护,加强边坡的监测。

在第二次青藏高原综合科学考察中,重大工程扰动、地质灾害调查就是其中重要的组成部分。通过调查青藏高原地区的区域地质构造背景和地质灾害发育特征,可以为区域的防灾减灾提供支撑,为川藏、新藏、中尼、中巴铁路等重要工程的安全建设和运行提供科学依据。


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图27 喜马拉雅山区重大工程扰动科考中,科考人员正在测量崩塌块石的尺寸。(摄影|孙凯)


6)发现滑坡、崩塌迹象,及时向有关部门报告。

地质灾害的点多面广,对其进行全面地调查和预测面临重重困难。因此,发动广大群众共同监测与预防的“群测群防”政策,是应对地质灾害、减少损失的重要举措。

根据《地质灾害防治条例》第二十八条规定,发现地质灾害险情或者灾情的单位和个人,应当立即向当地人民政府或者国土资源主管部门报告。其他部门或者基层群众自治组织接到报告的,应当立即转报当地人民政府。减少地质灾害损失,需要每一个人的参与!在青藏地区,更是要坚决落实这一举措。


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图28 地质灾害的预防,需要每一个人的参与。群测群防,共建美好生活。


地质灾害给我们带来惨痛的教训,为我们的工程建设带来重重困难。因此,了解地质灾害的发生规律,学会如何有效地进行防护,至关重要。实际上,不论是崩滑流还是火山、地震,其本质都只是一种地质活动、自然现象。只因为它常常给我们带来伤害和损失,才被冠以了“灾害”的恶名。我们应辩证地看待它。过去所发生的众多灾难,也磨砺了我们的民族品格,使得中华民族迸发出强大的生机活力。对于我们而言,保持探究精神,正确地认识自然,合理地利用自然,人与自然就可以和谐共生。


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图29 318国道沿线一处村庄,背靠山巅。(摄影|孙凯)


注:未经标注的图片,均来自于图虫创意


作者:孔佑兴,李志清,孙凯,马凤山,赵海军,郭捷

单位:中国科学院地质与地球物理研究所

资助项目:第二次青藏高原综合科学考察研究项目(No. 2019QZKK0904)资助


参考资料

[1]交通运输部,2020年交通运输行业发展统计公报[R],2020

[2]GB18306-2015, 地震动参数区划图[S].北京:中国标准出版社,2015

[3]国土资源部,地质灾害防治条例[Z],2003-11-24