公路沿线危岩崩塌风险定量评估——以甘肃S306沿线磨石咀崩塌为例

毕银强，唐亚明，张茂省，徐 永，冯 卫

（1.西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069；2.中国地质调查局西安地质调查中心，国土资源部黄土地质灾害重点实验室，陕西西安 710054）



公路沿线危岩崩塌风险定量评估
——以甘肃S306沿线磨石咀崩塌为例

毕银强1，2，唐亚明2，张茂省2，徐 永2，冯 卫2

（1.西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069；
2.中国地质调查局西安地质调查中心，国土资源部黄土地质灾害重点实验室，陕西西安 710054）

摘 要：危岩崩塌是山区常见的不良地质现象，严重威胁着山区公路交通运输安全和城镇居民生命财产安全。以甘肃S306省道地质灾害较为发育的礼县段的磨石咀崩塌为例，借鉴国际地质灾害风险评估和管理体系，通过野外调查并结合交通流量调查对磨石咀崩塌进行定量风险评估。公路沿线危岩崩塌风险评估流程大致包括确定评估范围、危险性及危害后果分析、风险评估以及风险管理等方面。对磨石咀崩塌的评价结果为个人最大风险P（LOL）=6.30×10-9/年，在容许风险范围之内。最后针对公路沿线危岩崩塌提出了风险减缓措施。

关键词：公路；危岩崩塌；定量；风险评估；磨石咀崩塌

0 引言

近年来，随着工程建设的不断推进，人为诱发的地质灾害不断加剧，从而使地质灾害评估工作成为一项必要且十分迫切的工作。在地质灾害风险评估与管理领域，国外学者已有多年经验和许多成功做法。“他山之石可以攻玉”，分析和借鉴国外先进经验与做法对我国地质灾害研究具有重要意义。

1990年美国交通运输部以地形特征、地质概况、气象水文、岩块尺寸及崩塌规模、崩塌历史等为因子，提出了一套针对公路崩塌落石的风险评估方法（RHRS），并将此方法用于俄勒冈州等地的公路崩塌落石风险评估［1］。加拿大温哥华举行的滑坡风险管理国际会议上提出的滑坡风险管理理论框架目前在国际上应用最为广泛，代表了目前滑坡风险评估与管理指南的发展水平［2-3］。国内关于线状工程的地质灾害风险评估方面的研究也有不少。叶金文等对国内外现有自然灾害风险形成机理、评估方法及技术应用进行了综述［4］。齐洪亮等将GIS技术和模糊综合评价法相结合用于中国公路地质灾害危险性区划中［5］。邱英建立了以切坡引发或遭受滑坡为主的地质灾害危险性评估的专家评分模型［6］。李飞以GIS技术为基础，采用层次分析法对甘孜州公路沿线地质灾害进行了等级划分［7］。之后，许多学者将AHP-模糊综合评价法应用于山区公路地质灾害危险性评价中［8-10］。此外，唐亚明等从风险管理的框架入手，系统地总结了有关滑坡风险管理的国内外研究现状和方法体系［11］。

综上，定性评价法和部分定量风险评价法已在公路和铁路地质灾害风险管理方面普遍应用，但基于风险分析以及风险评估的国际地质灾害风险评估与管理体系而进行的崩塌定量风险评估，国内鲜有人为，特别是涉及到人员伤亡问题上。因此，基于国际地质灾害风险评估与管理体系，以 S306线礼县段的磨石咀崩塌为

1 风险评估方法与流程

国际地质灾害风险管理方法［2］首先是通过野外调查确定评估范围，其次根据地质环境条件、崩塌特征以及交通流量调查等进行崩塌危险性分析及危害后果分析，再次利用所获取的数据对崩塌进行风险计算以及评估，最后针对风险评估结果提出相应的减缓风险措施。

1.1 确定评估范围

为确保风险评估是针对某一相关问题，事先确定评估范围至关重要。因此，必须理清以下内容：（1）评价的对象。是评价单体崩塌、线状工程（如公路、铁路、管道沿线等）崩塌群，还是整个区域性的崩塌风险评价；（2）崩塌的影响范围；（3）对人员死亡或财产损失风险进行单一评估，还是综合评估；（4）估算崩塌发生概率和危害后果的方法；（5）是进行定量分析还是进行定性分析；（6）风险容许标准的确定。

1.2 危险性分析

危险性分析是指识别和表征崩塌，并估算其相应发生概率的过程，包括崩塌特征（分类、大小、结构、位置以及运移距离等）分析以及崩塌发生概率分析。

（1）崩塌特征主要根据野外调查进行描述及分析，然后对崩塌体作出定性的风险评估。

（2）崩塌发生概率的确定首先需统计某一线状工程内的崩塌数量以及每年发生崩塌的次数，然后计算出线状工程内每一个崩塌处平均每年崩塌事件的发生次数，最后根据崩塌对线状工程表面的影响计算出每天在不同路面崩塌的平均概率（NR）。

1.3 危险后果分析

（1）识别承载体和量化承灾体。崩塌的承灾体包括崩塌影响范围内的人口、建筑物、工程设施、基础设施、交通工具、环境以及经济活动等。

（2）估算承灾体的时空概率。时空概率（P（S：T））是指灾害发生时，承载体在灾害影响区内的概率。对于崩塌体下流动的交通工具及司乘人员而言，其时空概率就是他们一年内通过该崩塌体下道路的时间比例，理论计算公式为：

式中：Nv为交通工具的数量（辆/天）；L为交通工具的平均长度（m）；Vv为交通工具的速度（km/h）。

（3）估算承灾体的易损性。易损性（V（D：T））是在崩塌影响范围内，一个承载体或多个承载体受破坏或损害的程度，其值介于0到1之间，主要包括人员死亡和财产损失两个方面。人员的易损性通常是假设人员在崩塌体或者崩塌所处的路线上人员死亡的概率。财产的易损性与崩塌体规模、承载体所处位置以及崩塌碎块运移距离的大小有关。

1.4 风险计算

风险估算是风险分析的重要组成部分。通常财产风险的计算公式为［2］：式中：R（prop）为财产年损失；P（L）为崩塌发生概率；P（T：L）为崩塌到达承灾体的概率；P（S：T）为承灾体时空概率；V（prop：S）为承灾体易损性；E为承灾体价值。

人员死亡风险的计算公式为［2］：式中：P（LOL）为个人年死亡概率；V（D：T）为人员易损性，其余含义同上。式（2）和式（3）是崩塌风险分析的理论基础，体现了确定风险大小的求解过程，也体现了条件概率的逻辑关系。

而线状工程不同通道i上行驶的人员死亡的年最大风险概率（Pi（LOL））［2］为：

式中：Pi（S）为i通道崩塌危险度，其余含义同上。

1.5 风险评价

崩塌风险评价可分为财产损失风险评价、个体生命风险评价和群体生命风险评价三种，具体评价方法及评价标准见文献［11］，此处不再赘述。风险评价的最终目的在于将风险计算或估算的结果值与风险容许值相比较，从而决定该风险是可接受的、可容许的，还是不可接受的。

1.6 风险减缓和控制

根据风险评价结果，需要提出相应的风险减缓方法。崩塌风险减缓方法通常包括减小风险发生的概率和减轻风险发生的后果等措施。减小风险发生概率的措施包括固定岩块、喷射混凝土、以合理的方式去除松动的岩土块、用网格保护斜坡、挖集水沟等。减轻风险发生后果的方法包括减少车辆通过崩塌公路段的概率（比如遇强降雨时，尽量将公路封闭等）。此外，也应该通过公众教育宣传、公开风险信息，让大众和投资者关注可容许的风险，避免高估实际施工中所能达到的安全水平。

2 崩塌风险定量评估实例

2.1 确定评估范围

评估范围为甘肃S306省道礼县段磨石咀崩塌（图1），位于礼县县城秦汉大道东端北侧、磨石村西侧约350m，地处由陇南东部进入礼县县城的咽喉要道，该崩塌严重威胁着过往车辆和行人的生命财产安全。本文将估算在S306公路礼县段上行驶的人员的风险，且只考虑岩石直接坠落的影响。

2.2 崩塌危险性分析

（1）崩塌体特征分析

为了评价磨石咀崩塌，需要对整个S306公路礼县段沿线进行调查，调查结果显示，该段地质灾害较为发育，主要地质灾害类型为岩质崩塌，具有沿公路线状分布的特点，在公路上有176处是路堑陡坡建设，并且多数未进行防风化、侵蚀处理，轻微的振动将会导致上部石块坠落。

磨石咀崩塌位于礼县县城至罗家堡S306省道左侧，处于西汉水右岸一级阶地与基岩山体交接处，属于基岩崩塌隐患点。崩塌体长约22m，宽约135m（图 1），面积约为 2870m2，体积约为5740m3。坡高7～13m不等，平均坡度为67°，坡向170°。

地层岩性主要是泥盆系中统西汉水群紫色粉砂质板岩夹粉砂岩，上覆薄层第四系晚更新统残破积物（图2）。基岩风化面为灰白色，较坚硬，呈厚层状，单层厚度约为0.8～2.0m，节理裂隙发育，并且遭受风化严重致使基岩破碎，崩塌物呈碎块状，自然落于坡脚，形成倒石堆。

致灾机理可解释为：S306省道修建中有切坡行为，致使山体岩石裸露地表，风化严重，加之降雨、地震等影响，岩石碎块沿着软弱结构面从上部母岩脱离，崩塌落石较为发育，且大都未予支护，崩塌堆积物会阻塞交通，崩落有击伤行人车辆的危险，且多分布于S306、S208省道及各类乡镇道路沿线，尤其在近几年新修道路一侧时有发生。

目前虽然斜坡坡体岩土体较为疏松，但综合分析地质背景和承灾体的因素，野外调查对该崩塌定性风险评价结果为基本稳定。然而在强降雨、地震等诱发因素下仍有发生崩塌的可能性，应予以特别注意。

（2）崩塌发生概率分析

S306省道礼县段总长约81.986km，2014—2015年期间沿线共发现39起崩塌事件（只计算碎屑到达路面的崩塌），集中发生在强降雨之后。崩塌平均宽度为65m，因此对于公路上每一个路堑处，平均每年有0.015起崩塌事件发生。所有路堑处的地形、地质和气候条件大致相同。根据崩塌对公路表面的影响，估算出从陡坡上落下的石块有60%对北边（靠近路堑处）路面有影响，10%对南边路面有影响。公路上总共有176处路堑，每年总共有 2.64次崩塌事件，说是每天0.007次，在北边路面的崩塌平均概率（NR1）= 0.6×0.007=0.0042/天，南边路面（NR2）=0.1× 0.007=0.0007/天。

2.3 崩塌危害后果分析

（1）识别承载体

本文中所考虑的承灾体包括行人、交通工具以及所载人员。

（2）确定承载体的时空概率

承载体的时空概率通过交通流量调查来确定，并且该项调查采用人工计数法，调查时间为2015年7月17日6：30至21：30，调查以30分钟为一个区间，实地连续调查记录15个小时通过S306公路的车型及其交通流量。调查结果显示，在此公路通过的车辆大多为小客车。此外，综合考虑时间、地点及其他影响因素，拟合得到了其他时间段的交通流量，拟合曲线见图3。由图3可知，一天交通流量高峰期在9：30～10：00、14：00 ～14：30和19：30～20：30等几个时间段；而且根据拟合结果可以得到S306礼县段一天交通流量约为7355辆。

因此，对每一个通道来说，每天平均车流量为3677辆，平均车长为5m，行驶速度为60km/h，忽略崩塌碎块的尺寸，将这些数据代入式（1），可得到：

对每一条通道：

对一个特定的交通工具在一天单向行驶一次：

（3）确定承灾体的易损性

据以往资料以及野外调查判断，估算交通工具内人员易损性，北边通道V1（D：T）为0.40，南边通道V2（D：T）为0.15。

2.4 崩塌风险计算

本文仅进行人员死亡的年风险概率的估算，将上述数据代入公式（4）可得在公路不同通道i上行驶的人员死亡的年最大风险概率为：

（1）北边通道

（2）南边通道

综上，人员死亡的最大风险总概率P（LOL）为6.30×10-9/年。按照所统计的交通流量数据，假定每辆交通工具内平均乘坐2个人，则年总风险概率为3677×2×6.30×10-9/年 =4.63×10-5人/年。

2.5 崩塌风险评价

目前国际上还没有一个通用的由于崩塌引起的个体生命风险的容许标准，Leroid等总结了现有的一些国家或组织颁布的个体生命容许标准［12］。本文采用澳大利亚地质力学学会（AGS）和香港特别行政区政府（HKSAR）共同建议的个人生命风险容许标准（表1）。由表1可知已存在的工程边坡的容许个人年最大风险为1×10-4/年，本文所得个人最大风险P（LOL）=6.30×10-9/年，在容许风险范围内。

表1 建议的个人生命风险容许标准［12］Tab.1 Suggested tolerable risk criteria

2.6 崩塌风险管理措施

虽然目前对该崩塌的评价结果在容许范围之内，但是在强降雨、地震以及车流量变大等外界条件下，仍有一定的危险，尤其是在车流量比较高的时间段内。综合考虑到当地的经济条件、社会环境等因素，建议的风险减缓方法包括以合理的方式去除松散的岩土块，并结合公众宣传教育，在甘肃S306公路沿线增设崩塌指示牌，在车流量高峰期以及强降雨等极端天气情况下安排专职人员提醒车辆、行人快速通过等。

3 结论

（1）甘肃S306省道磨石咀崩塌风险为个人最大风险P（LOL）=6.30×10-9/年，根据澳大利亚地质力学学会（AGS）和香港特别行政区政府（HKSAR）共同建议的个人生命风险容许标准，在容许风险范围内。

（2）虽然目前对磨石咀崩塌的评价结果在容许范围之内，但是在强降雨和地震等外界条件下，仍有一定的危险，尤其是在交通流量比较大的时间段内，应加强对S306路段路堑的处理力度以及安全提示工作。

参考文献

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［12］ Leroi E，Bonnard C，Fell R，et al.Risk assessment and management［C］//Hunger O，Fell R，Couture R，et al.Proceedings of the International Conference onLandslideRiskManagement，Vancouver. London：Taylor&Francis Group，2005：159-198.

中图分类号：U418.5

文献标识码：A

文章编号：1673-8047（2016）02-0035-06

收稿日期：2016-03-15

基金项目：中国地质调查局二级项目（121201011000150018）

作者简介：毕银强（1992—），男，硕士研究生，从事工程地质及地质灾害调查研究。

通讯作者：唐亚明（1973—），女，博士，教授级高工，从事地质灾害调查研究。例，通过野外调查及交通流量调查对该段公路沿线的崩塌落石进行定量风险评估，并提出了相应的风险缓解措施。

The Quantitative Risk Assessment for Perilous Rockfall of Cut Slope along Road——A Case Study on the Moshiju Rockfall in Gansu along S306

Bi Yinqiang1，2，Tang Yaming2，Zhang Maosheng2，Xu Yong2，Feng Wei2
（1.State Key Laboratory of Continental Dynamics；Department of Geology，Northwest University，Xi’an，Shaanxi，710069，China；2.Xi’an Center of Geological Survey，China Geological Survey；Key Laboratory for Geo-hazards in Loess Area，MLR，Xi’an，Shaanxi，710054，China）

Abstract：The perilous rockfall is one of the major adverse geological phenomena in the mountainous area，and seriously threatens the safety of transportation in mountainous area and people’s lives and property.Taking the Moshiju rockfall in Lixian County along S306 in Gansu as example，and combining international risk assessment and management system of geological disaster，we assess it by quantitative risk assessment with the field survey and the traffic volume survey.The quantitative risk assessment process of perilous rockfall of cut slope along road generally includes：determining the range of assessment，risk and hazard consequence analysis，risk assessment and risk management.The total probability of death for the person most at risk is 6.30×10-9/annum，the risk is within the tolerable limit.Finally，we propose risk mitigation measures for perilous rockfall of cut slope along road.

Keywords：road；perilous rockfall；quantitative；risk assessment；Moshiju rockfall