西部强震山区高速公路地质选线与安全选线研究

摘要 该文以泸定至石棉高速公路为例，结合项目沿线地形、地质条件，分析断裂带与路线、桥梁的线位关系，对顺断裂带路线的选线原则和特大桥桥位、桥型以及纵断面标高的选择进行研究总结，根据总结结论进一步优化了路线、桥梁方案，优化后的路线、桥梁方案经受住了“9·5”泸定地震的检验。该文研究成果可为西部强震山区高速公路地质选线与安全选线提供参考。

关键词 活动断裂；顺断裂带路线的选线原则；选线原则的应用及效果

中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）19-0047-03

0 引言

四川省西部地区活动断裂十分发育，其中鲜水河断裂、安宁河—则木河断裂、龙门山断裂为境内三大主要断裂，它们呈“Y”字形分布。

泸定至石棉高速公路位于四川省甘孜州泸定县及雅安市石棉县境内，地处青藏高原东南缘的横断山脉，场区主要位于龙门山地震带和鲜水河—滇东地震带，地震活动强度较大。在未来百年内，鲜水河—滇东地震带有可能经历至少两个地震相对活跃期，并可能发生多次Ms≥7.0级地震。

场区附近7级左右大地震发生情况见表1。

场区内断裂多，多数方案与活动断裂平行、相交，加之沿线滑坡、崩塌等不良地质发育，对地质选线及安全选线提出了较高要求。

该文以泸定至石棉高速公路工程为例，分析了项目区域沿线地形、断裂带和地震等地质条件。并根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）[1]，归纳总结了顺断裂带路线的选线原则和特大桥桥位、桥型以及纵断面标高的选择，期望能为类似强震山区高速公路地质选线与安全选线提供参考。

1 项目地形、地质特点

泸石高速公路是《四川省高速公路网规划（2022—2035年）》“S73泸定—雷波高速公路”的重要组成部分，采用四车道高速公路标准建设，设计速度80 km/h，路基宽度25.5 m。

1.1 地形地质条件复杂

项目沿线以中高山峡谷地貌为主，境内山高坡陡，沟壑交错，地势起伏大，峡谷相对高差1 800～2 200 m。

受区域地质构造、大渡河谷深切卸荷及工程区内梯级电站的影响，项目沿线工程地质条件极其复杂，地质灾害极其发育。初步设计通过大范围谷歌地球三维模拟技术，大比例尺遥感技术，全断面物探技术，按某个比例或足尺现场试验、模型试验、数值模型分析[2]等新技术、新手段的综合应用，基本查明金光村～铜槽沟沿江段工程地质条件。测区不良地质主要有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、水库坍岸、厚层堆积体等。

1.2 路线与断裂带平行、相交

路线总体走向为南北向，沿大渡河两岸布设。场区内涉及的主要断裂有泸定断裂、得妥断层、二郎山断裂、金坪断层、大渡河断裂、鲜水河断裂、石棉—马前门断层等7条区域断层。其中鲜水河断裂南东段（磨西断裂）、大凉山断裂石棉段（石棉断裂）均为全新世活动断裂，具备发生7.5级左右大地震的构造背景；其他断裂均为中更新世活动断裂，不会对工程产生重大影响[2]。

项目K0+000～K46+000段与非活动性平行或相交，K46+000～K96+000段与活动断裂、非活动性平行或相交，与鲜水河断裂最近处仅约1 km。

线位与断裂的关系见图1。

2 顺断裂带路线的选线原则

该项目路线走廊带狭窄，与磨西活断裂、石棉活断裂近乎平行，地形地质条件极其复杂，强震对道路安全以及结构安全影响极大。如何做好地质选线工作是方案决策的基础，是项目路线方案成败的关键[3]。路线布设要贯彻地质选线、安全选线总体设计理念，坚持以下设计原则：

（1）路线尽可能远离大渡河右岸磨西活动断裂，应布设在非活动性断裂影响区及地质条件更好的左岸；跨越活动断裂应尽量采用大角度相交，以减少断裂带对道路安全的影响。

（2）充分重视桥位安全，特大桥桥位应远离活动断裂，并选择利于抗震的桥型结构。

（3）应绕避大型滑坡、崩塌等重大不良地质病害区域。

3 选线原则的应用及效果

3.1 顺活动断裂路线走廊的选择

K46+0000～K83+000段路线走向与磨西断裂近于平行，最近处仅约1 km，局部与石棉断裂和鲜水河断裂相交。

路线与断裂的关系见图2。

该段走廊带位于大渡河两岸，得妥断层、鲜水河断裂带于大渡河右岸通过。鲜水河断裂规模较大，对该段走廊带影响较严重。右岸岩体受断层影响明显，为碎裂结构，承载力低，断层影响带附近土体松散，且易变形滑动。

右岸走廊带不良地质体由厚层堆积体、滑坡、错落体、崩塌、岩堆及库岸再造构成。其中，由大岗山水库库岸再造而牵引诱发的次生地质灾害影响尤为明显，磨西断裂一旦发生强震，对路线安全影响巨大。

左岸走廊带远离磨西断裂，该段岩体除局部受小断层影响，岩体较破碎外，其余段岩体整体较完整，岩质较坚硬～坚硬。左岸走廊带不良地质体不发育，主要以泥石流、小型危岩为主，通过工程处治可以确保安全。

此路段工可线位沿大渡河右岸布设，右岸地形相对宽缓、路基段落长，行车舒适、投资及运营成本较低；但距离磨西活动性断裂较近，不良地质多，对路线安全影响巨大。初步设计将该段路线调整至大渡河左岸，以远离磨西断裂及主要不良地质，降低不确定地质风险带来的安全隐患。该段路线重大方案调整长约37 km，占推荐线长度的比例约38.5%。

3.2 路线与活动性断裂带交叉方案的布设

K90+000～K96+000段石棉—马前门断层于大渡河河床中通过，该段大渡河左岸山体陡峭，存在大量滑坡、泥石流等不良地质灾害；右岸无大型不良地质体，部分不良地质对路线有一定影响，但影响有限，可以采取工程处治措施后通行。因此，路线在安靖下坝提前跨越大渡河至右岸，且尽可能远离石棉断裂。同时，跨大渡河桥梁采用利于震后修复的40 m预应力混凝土简支T梁。

路线与断裂的关系见图3。

从地质选线角度泸石高速止点宜远离石棉活断裂，但由于受雅西高速接线点、大渡河梯级电站设置、地形等因素影响，止点位于石棉活断裂附近，为此针对性地编制了《石棉断层构造行迹及其工程效应研究》专项报告。设计结合专项报告结论，对桥梁和边坡均采取了特殊抗震措施，以确保运营安全。但安全性能如何尚需时间去验证。

3.3 顺断裂带特大桥桥位、桥型的选择

K线在K50与K60两次跨越大渡河，均位于大岗山电站库区内，主要控制性工程为K50+611.092沙坝特大桥，桥位处地震动峰值加速度为0.3 g，磨西断裂带基本平行于桥轴线，二者间距仅2.5 km。走廊带内发育多处大型不良地质体，对拟建结构物影响严重，风险极高。

路线与断裂的关系见图4。

沙坝特大桥跨越电站库区，桥位处为高烈度地震区、近强震活动断裂带，抗震安全是桥位及桥型方案选择的决定性因素。初步设计拟定了钢管混凝土拱桥方案（主跨601 m，计算跨径约574 m）与无塔悬索桥方案（缆跨830 m、主梁长630 m）进行同精度比较。考虑沙坝特大桥桥梁跨径大、距离磨西活动断裂带较近，无论采用钢管混凝土拱桥方案与无塔悬索桥方案，施工及后期运营安全风险均较大。经反复研究，推荐采用了远离磨西断裂带（距离约5 km），在大岗山库区尾水区跨越大渡河，更有利于抗震、结构物更安全的E1线方案，其跨大渡河的得妥特大桥主跨为4×72 m+5×70 m钢箱组合梁。

E1线方案跨大渡河得妥大桥效果见图5。

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3.4 纵断面标高的选择

泸石高速公路桥隧比例约90%，复杂地形、地质条件下，桥梁、隧道的安全也是路线安全选线的重要组成部分。桥隧相接路段对上跨泥石流冲沟（或潜在泥石流沟）的隧道洞口、桥梁设计高程选择时宜高不宜低，以留足桥下跨越泥石流沟空间，避免远期沟谷淤堵，危及桥梁、隧道安全。

3.5 “9·5”泸定地震的检验

2022年9月5日，泸定磨西镇发生6.8级地震，地震导致震区道路发生多处灾毁，交通中断，地方交通出行受到了极大限制。区域内S217线得妥至大岗山电站坝址附近段地震灾毁严重，其中S217线大岗山电站库区大渡河左岸联合村隧道至田湾河段（K49+000～K61+000对应右岸段）道路至今仍不具备通行条件。但该项目K44+000～K60+000得妥段路线和桥梁、隧道等重大构筑物均经受住了地震的检验，避免了重大安全事故及投资损失。同时，若该路段选择右岸工可线位，强震将对路线、桥梁、隧道和施工人员安全均会带来巨大的威胁。

4 结语

该文以泸定至石棉高速公路为例，结合项目沿线地形、地质条件，对顺断裂带路线的选线原则和特大桥桥位、桥型的选择以及纵断面标高的选择进行研究总结。期望能为西部强震山区高速公路地质选线与安全选线提供参考。研究结论如下：

（1）西部强震区地质条件十分复杂，by/fILWwqF0Lv7pgTfMjQlTjSpnpc+7yBpqOFvPncuo=在实际地质选线、安全选线工作中将遇到一定困难，需要查明区域内的不良工程地质，包括区域稳定性问题以及不良地质问题。同时，可通过无人机航拍技术、大范围谷歌地球三维模拟技术、大比例尺遥感技术、全断面物探技术等新技术、新手段的综合应用，提高勘察成果的精度，为地质选线奠定坚实的基础。

（2）顺断裂带强震区的路线应尽量远离活动断裂，减少不良地质的影响，将路线布设在地质条件较好的一端；同时，应充分重视高烈度山区的桥梁安全，桥梁结构选型要符合“大震不倒、中震可修、小震不坏”的抗震设计原则。

（3）经过“9·5”泸定地震检验，泸定至石棉高速公路在强震区、活动断裂的地质选线、安全选线原则总体是合理的，为今后强震区域高速公路路线设计提供了一定的经验，但具体到每个项目还应结合活动断裂的实际特点做进一步的研究。

参考文献

[1]中华人民共和国交通运输部.公路路线设计规范：JTG D20—2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[2]刘四昌.公路总体设计的地质选线思路、原则和方法[J].成都理工大学学报（自然科学版），2017（4）：417-424.

[3]孙广远.山区高速公路地质选线实例研究[J].公路工程，2013（10）：258-262.

收稿日期：2024-08-16

作者简介：王强（1973—），男，本科，高级工程师，目前从事道路勘察设计与咨询审查等工作。

通讯作者：王兆林（1977—），男，硕士研究生，正高级工程师，目前从事道路交通安全设施设计与咨询审查、安全性评价、安全工程等工作。