复杂地质条件区跨江桥位选址研究——以西藏墨脱县德兴大桥为例

李志平，王有昌，巨正平，马敏杰

(国家林业局昆明勘察设计院，云南 昆明 650216)

0 引 言

拟建西藏墨脱县德兴大桥跨越雅鲁藏布江，是全面加快建设小康农村的控制工程，也是连接德兴乡和墨脱县城的重要旅游通道。项目区位于雅鲁藏布江下游河段，地形切割深，构造作用强烈，属高山峡谷地貌；墨脱县地处雅鲁藏布江缝合带边缘，区域地质环境十分复杂，板块运动、深大断裂带及岩浆活动强烈，地应力集中，地热异常显著，新构造运动及构造断裂活动性强，地震活跃，是喜马拉雅—地中海地震带的主要发震区；受控于此，区内成石类型复杂、岩性极不均匀，断裂褶皱发育，岩体破碎，在重力、降水、地表流水、地震等内外应力作用下，崩塌或危岩、滑坡、泥石流等不良地质现象在两岸密集发育。在这种复杂地质条件区，桥位选址是桥梁工程建设的重点。

作为区域控制性工程的跨越大江大河桥梁，工程地质条件是控制性桥位选择的关键，尤其在高烈度、强地震、不良地质发育等复杂地质环境条件下，高墩、大跨度桥梁桥位选址难度大，桥位安全风险较高。因此，跨江桥位选址应采用合理、适用的勘察方法，查明研究河段工程地质条件，对桥址区规划、地质、水文、通航、桥型进行重点研究，为跨江桥位选址提供科学依据。

1 桥位选址原则

复杂地质条件区跨越江河的重要桥梁工程应坚持“重大控制性工程优先选址、地质选线”为前提，充分考虑桥梁功能的发挥，满足桥梁工程技术可行性、经济合理性及工程安全可靠性。因此，在跨江桥位选址过程中，综合考虑以下原则：

1)桥位应与路网规划、水电站规划相衔接，充分发挥桥梁功能，提供便捷通道；

2)桥位应选择在河道顺直稳定、河道较窄、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段；

3)桥位应避开断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段，尤其应避开区域性断裂及活动性断裂，无法避开时应垂直断裂构造线走向，以最短距离通过；

4)优先考虑采用技术成熟桥型、经济跨径的桥位；

5)水深、流急的山区峡谷河段，桥位尽可能选在可以一孔跨越处；

6)进行多方案技术经济比选，尽量选择桥梁规模小、工程造价低、便于施工的桥位；

7)桥位选址应避开核心保护区，选择一般控制区，充分考虑施工、运营对自然环境的影响。

2 桥位选址方法

根据项目区地形地貌、河段特征、地震和工程地质环境条件，结合拟建桥梁功能、路网规划、桥型特点，通过对基础资料分析，拟定有价值的比选桥位，采用无人机辅助调查、工程地质调绘、工程物探、地质钻探等综合勘察手段，对河段工程地质条件进行重点研究，综合桥位、桥型技术经济比选，为跨江桥位选址提供可靠的技术依据。

2.1 无人机辅助调查

针对项目区域地形起伏大、自然坡降大、地震烈度高、地质灾害多、植被茂密、地质条件复杂等情况，选用多旋翼无人机倾斜摄影的作业方式进行外业数据采集和三维场景建模，利用无人机高时效、高分辨率、低成本、低损耗、低风险和可重复等优势，快速、高效地采集项目区域高精度影像，制作大比例地形图、DOM、DSM和地面实景三维模型，真实还原项目区地物、地貌特征及高分实景影像，便于从不同视角、不同高度、全域了解项目区域地质状况；克服了地质调查过程中难以发现的断层、地裂缝、塌陷等地质灾害点和难以到达的陡崖、塌方、滑坡、泥石流等地质灾害区拍摄取证问题，且精度均匀、不会遗漏，可以全要素地还原真实场景，详见图1。

图1 项目区地面实景三维模型Fig.1 Three-dimensional model of real groud scence in project area

2.2 工程地质调绘

工程地质调绘是在已有的地形、地质、遥感影像等基础上，研究项目区的地层、岩性、构造、地貌、水文地质和不良地质作用，为方案比选、场址选择和勘察方案的布置提供依据。本项目地形地貌、地质条件复杂，在1∶2 000 航测影像、地形图、地面实景三维模型的基础上，对桥位选址研究河段开展工程地质调绘工作，完成1∶10 000地质调绘 6.10 km2；比选桥位区1∶2 000地质调绘 4.00 km2；调查路线7条；地质调查点167个。

由图2可知，调查初步查明了研究区的地层岩性、地质构造及不良地质，其中控制性断层8条；次级小断层13条；分布有泥石流3处；崩塌堆积体2处；滑坍1处。

图2 项目区地质简图Fig.2 Geological map of project area

F1断层位于雅鲁藏布缝合带放射状组，具平移走滑剪切性质，为右旋平移正断层，分别截断F2、F4、F6、F8断层，错距约50～150 m，致使雅鲁藏布江在德兴老桥南西处拐弯，形成了著名的“果果塘大拐弯”。F8墨脱断裂为规模较大的区域性断裂，由多条次级断层斜列而成，为全新世活动断裂。

2.3 工程物探及成果分析

工程物探主要是为查明地层、岩土界面、断裂及断层破碎带的分布范围，物探成果解译与野外地质调绘成果进行相互对比验证，综合推断解释与分析。本次物探勘察采用EH4大地电磁测深法，沿B、C桥位桥轴线各布设1条剖面，点距 20 m，每条剖面长度 900 m。

根据图3和解译成果可知，地电剖面图上整体呈现以中低阻地层为主的电性特征、电阻率曲线形态零乱，高阻地层呈孤岛状、片状不规则分布。该剖面0～20 m 深度范围内为第四系覆盖层；其下至高程 500 m 深度范围内推测为基岩地层；在剖面 410 m 处断层(F8)接触，推测断层F8北西倾，浅部倾角约为66°、深部倾角变陡约为85°，断裂破碎带宽约20～35 m，电阻率值10～1 000 Ω·m，推测其整体含水性一般、局部低阻区(<125 Ω·m)富含水，断裂破碎带内岩体极破碎、节理裂隙发育；另外在剖面130～195 m、高程845～990 m 处存在一个片状的低阻异常，电阻率值10～125 Ω·m，推测区内岩体极破碎、节理裂隙发育并富含水。

图3 C桥位物探EH4反演视电阻率图Fig.3 C bridge geophysical prospecting EH4 inversion apparent resistivity map

2.4 工程地质钻探及成果评价

工程地质钻探在工程地质测绘、物探勘察的基础上进行，进一步查明地层结构与岩性特征，并验证断层位置及破碎带特征。本次地质钻探在B、C桥位轴线分别布置一条勘探线，在B桥位布置5个钻孔，C桥位布置2个钻孔，钻孔深度50.10～80.30 m，B桥位工程地质剖面图详见图4。

图4 B桥位工程地质剖面图Fig.4 Engineering geological profile of bridge B

根据钻探所揭露地层的成因、岩性特征、埋藏条件，将地层由新及老划分为6个工程地质层组，16个亚层。桥位区地层由第四系松散堆积物和基岩地层组成，其中第四系地层由腐殖土、含砾中砂、卵石、碎石土组成，基岩地层由元古界念青唐古拉岩群片麻岩、石英岩组成。在钻孔CK2中揭露断层破碎带，自25.20～80.30 m 为全风化黑云斜长片麻岩夹石英岩，局部为白色石英岩，石英脉间断充填，充填厚度为 3.60 m，呈碎屑状，局部松散土状，显示断层多期次活动，部分黑云斜长片麻岩呈高岭土化。

3 桥位比选

在桥位地形地貌、地质条件、桥型方案研究的基础上，基于跨江桥梁功能的发挥，综合考虑规划路网衔接、地形地貌、地质构造、岸坡稳定性、桥梁规模、高低水位、两岸接线、施工场地条件及投资估算等因素，提出了A、B、C、D个桥位方案进行比选，比选分析结果详见表1。

表1 桥位方案综合比选分析Tab.1 Comprehensive comparison and analysis of bridge location schemes

续表Continued

通过对表1中4个桥位选址方案各影响因素进行比较，具体结果为：A桥位虽与规划路网衔接较好，但距离德兴乡和墨脱县城较远，桥梁功能不能充分发挥，投资估算较高，项目施工需开挖两侧山体，易引发两岸堆积体失稳，故放弃A桥位。B桥位、C桥位均与两岸现状公路衔接较好，两岸有施工平台，基本具备规模化施工，两岸接线较容易，C桥位与 110 kV 高压线塔互扰，且投资估算B桥位低于C桥位，后期运营维护费用B桥位低于C桥位，B桥位方案优于C桥位。D桥位与两岸现状公路衔接较好，江面较窄，但位于“果果塘大拐弯”处，河道弯曲，洪水期易形成桥前壅水；另外，桥位处于多条断层交汇区域，为抗震不利地段，两岸接线困难，且与老桥发生干扰；项目施工需开挖两侧山体，易引发两岸岩体崩塌或落石，安全风险极高，故放弃D桥位。

综合分析认为，B桥位优于其他桥位，为推荐桥位。

4 结 语

结合拟建桥梁功能、路网规划、桥型特点，在已有资料研究的基础上，对复杂地质条件区跨越江河的重要桥梁工程应坚持“重大控制性工程优先选址、地质选线”为前提，对工程地质条件进行重点研究，采用无人机辅助调查、工程地质调绘、工程物探、地质钻探等综合勘察方法，对河段工程地质条件进行重点研究，通过多方案、多因素综合比选分析，确定了技术可行、风险可控、投资省、施工简便的推荐桥位，为类似工程桥位选址提供参考。