穿越“地质灾害博物馆”绝技解析——厅公路设计院S303线映秀至卧龙公路勘察设计纪实
TIME:2017-04-19

  按:《四川交通》2017年3月总第267期专题报道我院设计的S303线映秀至卧龙公路勘察设计亮点,现转载如下,敬请大家关注。

     2016年10月,S303线映秀至卧龙公路建成通车。45公里,二级公路,历时11年。这条被称为“地质灾害博物馆”的公路,建设难度之大、时间之长,史无前例。
    映秀至卧龙公路,沿线风景秀美,是通往卧龙大熊猫保护区最便捷的途径,是马尔康、金川的第二条生命通道,是连通小金、黑水、红原、九寨沟,形成大九寨旅游环线的重要路段。这项万众瞩目的工程能够浴火重生,其勘察设计经历了怎样的艰难曲折、千难万险,征服了多少世界级难题?项目设计单位——厅公路设计院自有攻坚克难的绝技妙招。

      难于上青天的生命通道重建
    2005年9月,映卧路启动建设,四川提出要打造“中国的黄石公园公路”。2008年,就在道路初步建成准备铺设路面时,“5.12”汶川特大地震突然发生,映卧路遭受毁灭性的破坏。2009年初,映卧路开始灾后重建,2010年百年不遇的“8.14”特大山洪泥石流再次给造成毁灭性破坏。2012年7月,映卧路再一次开工建设。
    大地震造成沿线滑坡、泥石流、坍塌总量数亿立方米,地质灾害极其发育,各类崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖灾害连续分布,面广量大,高位、高危,而震后相当一段时间也是次生灾害的高发期。据震后现场调查和遥感解译,沿线次生地质病害点达200多处,灾害潜在物源总量达数亿方。特别是映秀至耿达段由于距离震中很近,几乎全部被掩埋在崩塌堆积体下,在高达千米以上的山坡上,地震震垮、震裂、震松的山体高悬,余震、风吹、鸟飞都会导致崩塌落石,遇雨则爆发滑坡、泥石流等大型次生灾害。沿线震后河道堵塞形成了大大小小10多处堰塞湖,呈串珠状排列。“地质灾害博物馆”因此得名,公路穿越必须攻克地震烈度高,震后(潜在)次生地质灾害的判识、评估极其困难,次生地质灾害极其发育,选择安全的线位极其困难,走廊唯一、无可替代通道等诸多极其重大的技术难题。

    生死踏勘+尖端技术:步步深入探明灾情
    如何尽快探明道路灾情,抢通便道,如何完成全线地灾信息的收集和处理的,尽快恢复重建?设计者们为此付出了极其艰苦的努力,也采用了先进的技术手段。
    三次冒险徒步探路。2008年5-6月,厅公路设计院先后组织3批20多人次的专业技术突击队,冒着生命危险,徒步走通了映秀~耿达段20多公里,这在救灾部队官兵和当地受灾群众看来也几乎不可能走通的道路。他们历经生死考验,克服重重困难,经受住了体力、毅力、精神和心理的极限挑战,手足并用一步一步、一段一段爬过,徒步走通全路段,完成了对沿线路基、挡防、桥涵构造物的情况调查,初步摸清了山体滑坡、崩塌、泥石流、堰塞堆积等病害情况,收集到了详实的第一手资料,逐段提出了可行的打通技术方案和施工组织计划,为上级决策部署抢通工作提供了基础资料和科学依据,他们是交通系统最先徒步走通这段路的探路先锋。
    高科技先进设备跟进。项目沿线地质灾害类型多,分布范围广,地形条件差,单靠人力进行外业调查风险极大、效率极低。为进一步探明有关情况,应用高空间分辨率的Quick Bird图像与高精度无人机航片,进行了地质灾害的解译,结合外业现场核实调查,在短时间内就完成了区域内地灾识别、灾害分类与信息集成,大大提高了调查广度和效率,更全面地掌握了地质信息,为线位的合理选择、灾害的防治提供了翔实准确的基础数据。在外业测量中,还创新运用三维激光扫描技术,高效完成了高陡斜坡危岩分布与地形测量,测量速度和精度都得到很大提高,有效解决了常规测量手段受限的问题。
   持续跟踪调查。从地震发生后的应急调查开始,每个雨季之后,每次灾害之后,设计人员一直对沿线地质灾害的发生、发展进行跟踪调查,对潜在灾害进行排查,并对设计方案的安全性进行核查和评估。


    科研成果+技术创新:天路神奇穿越“地质灾害博物馆”
    面对重重困难,唯有通过大力开展科研攻关,不断创新设计理念、设计技术,才能攻坚克难。
      多个科研课题协力攻关。结合本项目的恢复重建工程,开展了4个专项科研课题以提供技术支持。另外还有2个科研课题也是以本项目作为依托工程之一。《地震地质灾害安全风险评估技术研究》全面收集掌握了灾害体地质信息,建立了沿线灾害信息库,并合理评价潜在灾害体稳定性,进行灾害体安全风险评估,确定合理的处治策略;《地震地质灾害预警技术研究》引进全新的灾害预警新技术、新方法,建立全线或大型工点的灾害预警系统,通过全线设置自动雨量计对重要工点触发摄像系统,进行实时预警;《地震次生地质灾害综合防治技术研究》对崩塌滚石和泥石流这两种主要灾害形式提出了针对性的解决办法,采用钢结构棚洞和轻型结构棚洞防飞石,并设有减震结构,棚洞顶铺设EPS吸能材料,对桥墩采用双层缓冲耗能防撞装置;《映卧路堆积体上路基修筑技术研究》通过对堆积体的特性研究,采用冲击碾压、普夯措施对基础补强,并提出填筑路基的质量检测指标、试验方法及评价标准。
    创新设计理念确保安全。经反复总结推敲,项目总体设计理念遵循抗灾能力优先原则,路线选择贯彻“地质选线”、“安全选线”,在确保路线安全的同时,尽量完善路网安全。“避、让、治”——合理选择路、桥、隧通过方式。起点至耿达段为次生地质灾害集中和严重路段,设计主要以隧道、桥梁方式进行绕避。全段设置了南华、盘龙山等6座傍山隧和5座桥梁跨河换岸,桥隧比达76 %。隧道洞口均选择在相对安全的位置,对主要泥石流沟,通过绕避或拐入山体下穿的方式通过。“宁高勿低”——合理选取路线标高。映卧路面临的潜在最大威胁是山洪泥石流下泄至主河道中,淤积、抬高河床,掩埋、淹没道路或隧道。路线高程在高于累次淤高高程的前提下,尽量预留一定的安全高度,特别是桥隧等结构物。“应急优先”——多设置横洞及应急通道。利用傍山隧道的特点,合理设置横洞,并设置应急通道将横洞与加高、加固后的便道相接,有利于紧急情况下逃生使用,提高隧道的应急抗灾能力,同时结合隧道横洞的设置,增加施工工作面,并通过横向通风,降低运营费用。
  创新技术提升防灾抗震能力。防灾抗震是该工程的第一要务,设计上采取了多项技术措施。合理设置支挡结构。渔子溪河道临河冲刷严重,导致挡墙冲刷损毁极多,在恢复重建中,较多采用了桩基承台挡墙型式,基础采用桩基承台,上设挡墙,经检验起到了良好的效果。部分路段采用横向约束、墙后承重板减荷等综合措施,增加支护结构抗震性能、减小结构尺寸,增加支护结构抗震性能。针对坡面塌滑、飞石灾害严重路段,设计了轻型结构棚洞,在立柱与梁板节点设置可更换的金属耗能器,在梁板顶面设置有EPS吸能垫层,可有效防止坡面飞石和坡面坍塌对道路的影响。三向限位弹塑性型钢挡块。地震中桥梁的破坏更易威胁人员安全的是由于上部梁板在纵、横向地震波的作用下,发生位移而滑落或被抛出。为此,设计者创新使用了三向限位的弹塑性型钢挡块,可防止竖向加速度较大时,近断层的桥梁支座抛落后,引起桥梁较大损伤或落梁。多级设防分级耗能保护桥梁。设计中对桥梁的防护提出“多级设防,分级耗能”的思想,对灾害体和桥梁本身分别采用多级措施防护,将次生灾害对桥梁的影响降到最低。如针对边坡飞石,除对坡面进行排危、设置被动网或拦石墙以外,对桥梁易遭飞石区采用柔性棚洞进行防护;对易遭落石撞击的桥墩,采用双层耗能防撞装置或对桥梁墩柱外套钢管、喷涂拜铁膜处理进行桥墩防护,相当于给桥墩穿上“棉袄”,有效保护桥梁墩柱的安全。地灾监测和预警新技术。由于强震后山体破碎,地灾风险防不胜防,为提高道路的运营安全,在沿线设置自动雨量计,并在关键位置设置摄像系统,当降雨量达到一定峰值时,就会自动触发摄像系统,进而实时预警监控,有效保证了道路安全运行。

 

 

    项目链接:
    省道303线映秀至卧龙公路是九环线映秀至日隆旅游公路的重要组成部分,是四川九寨黄龙、大草原、四姑娘山构成的“黄金旅游环线”的重要路段,是通往卧龙大熊猫自然保护区及“东方圣山”四姑娘山的唯一道路,是省道S303线的一段,也是川西北小金、丹巴等县与省会成都最便捷的通道,同时也是救灾“生命线”。
    项目起于映秀,沿渔子溪一路上行,经耿达,止于卧龙。全线采用二级公路技术标准建设,设计速度40公里/小时,路基宽度8.5米。路线全长44.89公里,8次反复跨越渔子溪,跨河桥长1.211公里;设置隧道8座,长16.652公里;桥隧占路线总长的39.8%。其中映秀至耿达段19.7km范围内,主要以隧道和桥梁进行绕避,隧道14044米/6座, 6跨渔子溪桥梁995米/6座,该段桥隧比达76.3%,为省内二级公路桥隧比最高的路段。(供稿:匡成刚  胡栋才)

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