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user: 3. 公路跨越泥石流地区的选定线分析 3.1. 公路跨越泥石流流通区选定线分析 公路在跨越泥石流流通区存在较大优势：一是穿越流通区的公路一般离主河较远，与主河的高差也较大，一般不会受到主河河水的威胁，并且泥石流沟与公路的接触面积较小，比较容易防治；二是沟岸稳定，沟谷狭窄，不会产生漫流改道，因而跨桥长较短，桥渡布置简单，一般不需做排导工程；三是沟床纵坡陡，总趋势是冲、淤较稳定，因而桥下排泄净空易于掌握，无须为每年的淤涨而抬高展线担心。然而，流通区对跨沟设桥也具有不利因素，主要包括两点：一是当线路通过泥石流沟谷的流通段或形成流通段时，泥石流常以侵蚀方式对路线造成危害；二是当泥石流到达这一地段时，具有最大的动能，其侵蚀能力和冲击能力最强。若线路构造物布置不当，阻碍泥石流前进，它将冲击方式给线路构造物造成危害，也可能产生局部的大冲大淤，对公路造成危害，尤其是粘性泥石流，其搬运能力特别强，可能将沟中的桥墩剪断。总体来说，流通段是公路建桥跨沟的比较理想的部位。 跨越流通区的技术要点：流通区大多位于山口及山口以内，地势较高，要从流通区跨越，线路必须提坡展线，增长线路，加大引线桥隧、路基的工程量，因而，线路定线时常考虑在山口紧接堆积扇顶的地段(即流通区沟口)跨越。因为该区域地形较开阔，高程较低，便于选线利用；但从泥石流灾害的整体观来看，流通区的范围和沟槽不是固定不变的，发展期的泥石流堆积扇将逐渐扩大淤涨，扇顶将向流通区延展，流通区沟口极易转化为淤积速度最快及漫流起点的扇顶；衰退期的泥石流，形成区固体物质供给逐渐减少，洪流沿程侵蚀沟槽，使堆积扇顶部逐渐下移。即使是旺盛期或停歇期的泥石流，虽其固体物质的供给、流通和沉积在较长时期内大致稳定，但其流通区仍可能存在年际间变化。山口或沟口是泥石流流通与沉积的交替变化地带，尤其是在人为因素的影响下变化更为强烈 [ 11 ] 。为此，跨越流通区定线的主要技术条件是：一是在剖面上留足桥下排泄净空；二是在平面上防止布设不当引起淤积或强烈冲击、冲刷桥墩。 中尼公路K4742段坡面泥石流沟位于曲水大桥西42 km，雅鲁藏布江的北岸，地貌上处于雅鲁藏布江中游河谷左岸冻融侵蚀高山区。公路在此处两侧山势陡峻，属于峡谷地貌，该沟属坡面冲沟，坡度较陡，平均坡度30˚~55˚。由于坡面泥石流没有完整的形成、流通和堆积区域，整个流域仅可分为清水区和形成流通堆积区，无完整独立的堆积区，故本次公路从该泥石流沟的形成流通区的以桥涵形式穿过 [ 12 ] (图2)。 3.2. 公路跨越堆积扇区选定线分析 (1) 公路跨越堆积扇选定线技术要点 公路跨越堆积扇取主要存在四种泥石流灾害形式：淤积、漫流、冲击和冲刷。淤积：堆积扇淤积控制桥下净空和线路标高，进而影响线路的平面布置，影响整段线路的选择。而扇面持续淤涨速度及某次泥石流可能在某个部位集中淤积的规律较难掌握，因此淤积是影响整段选线成败的关键。漫流：泥石流在扇上漫流，流向多变且各沟槽流势也多变，影响桥渡布置和工程设施。泥石流的冲击和冲刷力比较强大，对公路结构物具有极大的破坏作用。通过以上分析可知，跨越堆积扇选定线的技术条件是：一是在控制部位务须留足标高，保证设计年限内桥下有足够的排洪净空；二是使线路尽可能的与泥石流摆动范围内的流向正交，防止泥石流漫流改道，危害桥梁和桥头路基安全；三是还要防止泥石流冲击和冲刷破坏建筑物。 公路泥石流危害形式随堆积扇部位而异，淤积以扇顶为最快，不易掌握，扇缘最慢，较易掌握。扇 图2. 中尼公路K4742段泥石流沟跨越工程示意图 顶漫流范围最窄，但线路不易与多变的漫流方向都正交，漫流的冲击力很强；扇缘漫流范围最宽，但线路易于沿边缘等高线定线，可与多变的流向垂直布设桥梁，冲击力至此已变得较小，故漫流危害相对较小。扇腰部则处于二者之间。扇上各部位在逐年淤积总趋势中可能出现局部冲刷，一般以清水流冲刷控制设计，山区发育不全的扇缘常是一次性大冲大淤交替出现，但其极限情况较易判断掌握。基于以上分析，堆积扇选定线争取在扇缘跨越，在特殊情况下才考虑在扇顶或扇腰部位建桥通过。 (2) 公路跨越泥石流扇缘选定线方案 由于泥石流类型不同，公路跨越扇缘的难易程度也有差异，选定线时应根据其不同的特点，按不同的技术条件区别对待。 1) 跨越坡面型泥石流扇缘选定线 坡面型泥石流的规模小，影响范围有限，比较易于处理。但扇缘逐年逐次延伸，淤涨较快，目前的扇缘实际上已成为下一次泥石流的停淤场。由于泥石流在沟口往往会形成坡度很陡的倒石堆式小冲积扇，堵塞进口而使桥涵不起作用。因此，对于高速公路和高等级公路，不宜选在山坡脚，而选在山坡上，利用高架桥或隧洞穿过，但要注意泥石流淤涨速度，留足足够的净空；而当山坡不稳定时，则宜远离山脚以高路堤通过，使泥石流有一定的堆积余地及缓冲地带。对于低等级公路，则主要采用过水路面的形式通过。 2) 跨越典型沟谷型泥石流扇缘选定线 典型沟谷型泥石流堆积扇发育完整，是历次泥石流的大部分固体物质在扇面上往返摆动淤积的结果。堆积体中大量细粒物质被水流带走而表面粗化，并随着冲切拉槽作用形成一条或多条长长的冲沟，直通下游公路和主河道，变化一般不大。选定线最好在冲沟地段建桥涵跨越，但除应掌握多年的平均淤涨速度外，还应考虑泥石流停淤平衡，确定控制点的最小净空，然后在扇缘沿等高线以曲线或折线通过，使各桥与各桥之间的路堤保持有效防护且直接切扇前缘定线。如中巴公路(G314线)温泉处，公路桩号K1618附近，公路上侧存在多处冰川泥石流灾害，公路沿大型堆积扇扇缘展布，并以桥梁形式跨域通过(图3)。 3) 跨越典型沟谷型泥石流扇顶选定线 扇顶区即公路通过泥石流堆积扇的顶部，该类公路泥石流危害方式与泥石流通过流通区的沟道类似， 图3. 中巴公路K1609处泥石流选定线示意图 公路距离主河较远，公路不会受到主河洪水的影响，但是泥石流的扇顶区是整个沟道由陡变缓的交界处，泥石流从该处开始淤积停留，所以泥石流对公路的危害主要为淤埋路面、堵塞桥涵等，此类泥石流沟道的防治工程规模相对较小，主要防治工程应着重放在沟内及沟口，保障公路安全跨越泥石流沟。 中尼公路段绒青沟位于错拉山西坡，流域面积1.2 km 2 ，沟谷形态呈“V”字形，原有公路小型涵洞因排泄能力有限，当年就被泥石流淤塞。公路改线以经济技术条件为前提，选线方案是在原线的基础上进行改建，在现行公路下方20处即扇顶处修建高架桥跨越，桥长20 m，净高4~5 m，桥地两侧并进行填方防护。在扇顶线路通过均需要进行工程防护，但工程量较小，施工难度不大，工程整体防灾能力较强，并通过充分利用原有线路，减少开辟公路的支出，扇顶架设的公路桥规模较小，成本较低，便于建设 [ 13 ] (见图4)。 4) 跨越典型沟谷型泥石流扇腰选定线 扇腰区公路为公路通过泥石流堆积扇的中部地区，该类公路距离主河较近，但是一般还是不会受到主河的影响，泥石流沟道对公路的危害主要表现为直接冲刷和淤埋，由于堆积扇在该段地区宽度较大，所以未经过专门防治的泥石流沟道，对公路的危害较大，受危害的公路也较长，该类路段泥石流的防治工程相对扇顶区和流通区的公路防治要复杂的多，既要在沟道内开展专门工程防护，还需要在堆积区进行必要的工程防治措施才能保障公路的安全。 黑沙河位于四川省凉山彝族自治州西昌市和喜德县间，主沟长12.6 km，流域面积22.7 km 2 ，流域内最高峰海拔2920 m，与安宁河汇口处约1550 m，相对高差约1370 m。黑沙河流域位于康滇地轴安宁河深大断裂带，受断裂活动影响，流域内有大小泥石流支沟135条，崩塌、滑坡180处，面积达1.3 km 2 ，据计算沟内有松散固体物质2600万m 3 。据调查，黑沙河主沟泥石流平均1~2年暴发一次，灾害性泥石流(QC > 100 m 3 /s)每8年左右暴发一次，毁灭性的特大规模泥石流约50年暴发一次，平均每年堆积在沟口的泥砂17.6 × 104 m 3 。黑沙河泥石流治理的原则是：上游调节洪水，控制中游泥石流发生；中游拦截泥沙和稳定主支沟道以减少固体物质来源，控制泥石流的形成和规模；下游将山洪泥石流排入安宁河，保证农田、村寨、公路、铁路的安全；成昆铁路和川滇公路(108国道)从堆积扇的中部通过 [ 14 ] (图5)。 3.3. 公路绕避泥石流线路方案 对于泥石流分布集中、规模较大、发生频繁和危害严重的山区地段，通过经济技术条件比选，可以 采取绕避的线路方案。具体有以下五种绕避泥石流线路方案：有时还可利用泥石流地区的特殊地形来绕避不良地质和水文危害，使选线更加合理。 (1) 跨流域绕避方案，重现选择山区公路穿越走廊带，翻越泥石流区分水岭，以绕开泥石流频发且危害严重流域； (2) 跨主河绕避方案，公路在遇到规模大、危害性重的泥石流沟或泥石流群时，大多不能确保正常安全通车，因而公路在选定线时应尽量绕避典型泥石流沟或泥石流沟群。在无法绕避时，应按避重就轻的原则，对于规模大、危害性严重且治理困难的泥石流沟，通过经济和技术的比较，在有条件的情况下，选在危害较轻的一岸或在两岸间迂回穿插；同时，要防止对岸的泥石流堆积扇挤压主河而冲刷本岸的路基、桥梁和隧道；路基桥梁应设在稳定的地层上，傍山隧道外侧应有足够的稳定厚度。 (3) 跨泥石流沟绕避方案，在山区线路跨越大型泥石流沟时，须在堆积物上修建路基和桥墩，当公路易受巨石撞击破坏或堆积物受水浸泡而路基软化沉陷时，或线路通过大型稀性泥石流，外侧紧邻大河，跨越不适宜时，或当线路通过泥石流群，难以满足每一条泥石流沟的特定要求，防治工程规模大且投资多时，常需考虑过河绕避或在泥石流沟底部穿过的绕避方案。 (4) 线路通过典型泥石流，其堆积扇高出前后地形很多，跨越有困难，又不利于选在扇缘或冲沟跨越时，常需考虑在堆积扇底部穿过的绕避方案。 (5) 避开泥石流灾害危险区，根据地形地貌特征以及泥石流运动堆积特性，可选择避开泥石流运动的主要危害区域，将公路选在不受泥石流冲击、冲刷、漫溢、淤埋等危险区以外并留够安全距离；除此以外，还应避开山坡和沟岸崩滑体可能引起的塌陷、滚石等次生灾害，以及沿堆积扇边缘产生的主河冲刷 图4. 中巴公路K1609处泥石流选定线示意图 图5. 四川西昌黑沙河泥石流选线和防治工程示意图 和漫淹等间接灾害。 3.4. 公路跨越其他特殊地段线路方案 (1) 公路跨越小型泥石流堆积扇群选定线分析 坡面型泥石流或小型沟谷型泥石流常常密集成群分布，每条泥石流沟的规模较小，堆积扇不大，但连接在一起时常对公路形成大范围的灾害。由于各泥石流沟形成条件、性质、类型和发育阶段大致相同，公路选定线时常把一个扇群作为一个大型灾害点来处理。泥石流扇群具有其独特的特点：① 各条泥石流发育的规模和频度不完全相同，在平面上，各扇的顶部随山坡而凹凸分布，扇缘顺山麓而参差不齐；在剖面上，各扇随淤积厚度和地形高低起伏而起伏不平。② 各条泥石流自成体系而又相互交叉，它们以各自的扇轴为中心左右摆动，两翼相邻的洼地可能成为共同的停淤场或排洪沟。 因此，公路选定线时应力求避开泥石流集中分布地段，在区域(段)选线的规划比较方案中，应将绕避所需增加的线路长度和跨主河架桥增加的费用，纳入方案的工程概算进行经济、技术综合比较，以判断不同方案的优劣。对于无法避开扇群时，则应根据扇群的分布特点，制定因地制宜、因势利导的跨越方案 [ 15 ] 。① 扇群各沟口或扇缘的平面位置较平顺，扇面地势高差不大，线路应力争大致切割扇缘或沟口定线，使跨扇群的线路各段抗灾能力基本一致；② 扇群各沟口或扇缘的平面位置凹凸不顺，扇面地势高差较大者，由于曲线半径及限制坡度的制约，线路不能切各沟口或扇缘而转折，也不能随高程悬殊的扇面而起伏，扇缘最突出，扇面地势最高及沟口凸处的位置成为控制点。 公路选线时应从整体考虑，从个体着手，主要有以下三种可能的通过方式 [ 16 ] ：① 线路外移，切最凸出的扇缘定线，此方案在扇较大的典型泥石流或小扇群处可行，但受主河影响较大；② 线路提坡，以地势最高的堆积扇为控制点，采用桥梁跨越，但工程量较大；③ 采用隧洞或明洞底部穿过。 西昌(黄联关)至攀枝花高速公路乐跃车站段，原拟定三个方案，分别为D、E、E1线路，D、E线分别跨越对岸的扇腰和扇缘，从选线原则来说这个方案是成立的，但走对岸绕避泥石流群，建桥跨越，则线路绕长很多，引线桥梁和路基工程量大，经济不合理；而且对岸的乐跃沟流域面积较大，爆发频繁，危害严重，建桥跨越需考虑堆积扇的淤积速率和桥下净空。E1线路跨越了5条坡面泥石流沟组成的扇群，各条扇的堆积扇相连大致形成平顺的阶地，为此E1线大致切各扇缘通过，采用连续高架桥形式跨越，由于沿线铁路从该沟公路E1线的上方通过，铁路的泥石流工程防护可减轻泥石流对其下方公路的危害，因此从整段路线经济合理性来看，E1线最为合理，综合效果较好(图6)。 (2) 公路跨越山区变迁型河段河滩选定线分析 对于规模大的泥石流，由于其危害严重、冲淤变化大，线路通过可以采取明硐方案。如在一些地区，支沟泥石流输送物质量大，但是主河的输送能力较小，不能将支沟输入的物质及时向下游输送，导致支沟泥石流堆积扇淤积和扇面抬升，这类情况采取明洞方案较为适合。 山区河流两岸泥石流汇集的河段具有其独特的特征：在一段河谷内，河床在纵向和横向产生持续的或短暂的、迅速的或缓慢的变迁，这种变迁的原因是受两岸泥石流发育的影响，同时它的变迁又影响两岸泥石流发育。两者的相互作用常给公路等造成大规模、大范围的危害。根据山区河流两岸泥石流汇集的河段的独特特征，山区泥石流汇集河段可分为两种类型：山区型和山区变迁型。 ① 跨越山区型河段的公路选定线 山区型河段，由于主河水深流急，输沙能力很强，虽两岸分布众多泥石流且常造成短暂的河道堵塞，但其未改变山区河流的特性，纵向稳定，横向变迁微弱，仅在少数巨型泥石流汇入处，洪水被堆积扇挤压，并持续向对岸变迁，冲刷对岸山体，威胁公路的安全。 ② 跨越山区变迁型河段的公路选定线 山区变迁型河段在若干年前是典型的山区河流，后来由于两岸泥石流发育，每年向河床补给沙多水小，河流上游来水量不大，洪水无法将全部泥石流固体物质输移走，河床逐渐淤高，形成现在的山区变迁型河段的特殊河相：河床宽、主槽窄，流量小、洪水浅、河床质粗、沉积层厚。 沿山区变迁型河段的选线，常考虑利用泥石流固体物质形成的宽阔河滩布设路基和桥梁等，以资降低工程造价。但要注意两个要点：一是应根据河滩上涨速度确定线路标高与桥下净空，保证在设计年限内不被淹没，并考虑今后加高线路的可能性；二是根据主流横向变迁规律确定压缩河床的幅度，保证公 图6. 西攀高速公路跨越泥石流扇群的选线示意图 路建筑物不被冲毁。