北京地区崩塌隐患特征分析与防治方案_李岩.pdf

doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2023.02.001Vol.18 No.02 June,2023第 18 卷 第2期 2023 年 6 月http:/ 100102）摘 要：崩塌是北京山区道路沿线最为发育的突发性地质灾害类型。截至2022年6月，查明道路斜坡发育崩塌隐患共计5 131处，占全市灾害隐患总数的62.68%。主要分布在密云、门头沟、房山等地区。同时，隐患点沿山区道路最为发育，220条县级及以上道路和12 000余千米乡级、村级道路崩塌隐患发育数量大致相等。按照崩塌危岩体发育特征，岩质斜坡占90.31%；斜坡结构类型中，特殊结构斜坡占41.8%，其次为切向斜坡；斜坡坡度大于60的陡崖微地貌达73.79%；坡高50 m以下斜坡占89.88%；按照规模，小型崩塌（500 m3）隐患占比78.97%；按照成灾模式，坠落式占比达54.62%。从灾害演化角度分析，断裂构造控制危岩体的发育特征，为孕灾因素；修路切坡和工程治理影响了危岩体力学平衡，为扰动因素；大气降水是促成危岩体失稳的关键因素。道路斜坡治理以挡墙和主动防护网为主，分别占49.39%和41.97%。针对道路崩塌防治，需要重点关注高位垂直节理斜坡、易崩易滑地质结构斜坡、山前降雨中心斜坡等3类崩塌源斜坡区域；同时采取多措施综合治理、严格遵守施工次序、汛期加强巡查频次等防范措施。关键词：崩塌；发育特征；控灾因素；道路；防治方案Characteristics and prevention and control of potential collapses in BeijingLI Yan,ZHAGN Guohua,WAGN Shengyu（Beijing Institute of Geological Hazard Prevention,Beijing 100102,China）Abstract:Collapse is the most developed type of sudden geological disasters along mountain roads in Beijing.By June 2022,a to-tal of 5131 rock falling hidden points had been identified mainly in Miyun,Mentougou and Fangshan,which account for 62.68%of the total potential hazards in Beijing.These hidden points mostly along the mountain roads are roughly of the equal numbers for 220 roads at county and above levels and for over 12 000 km roads at town and village levels.According to the development char-acteristics of unstable rock mass,rocky slopes account for 90.31%.Among the slope structure types,slopes with special structure account for 41.8%,followed by tangential slopes.73.79%of the steep cliffs are with a slope gradient greater than 60;89.88%of the slope is below 50 m in height.By scale,small hidden collapse points(1020 m的隐患共1 603处，占31.24%；坡高为2050 m 的 隐 患 共 1 108 处，占 21.59%；坡 高 为50100 m的隐患共354处，占6.90%；坡高100 m的隐患165处，占3.22%。5）规模从隐患规模看，崩塌隐患以小型（500 m3）为主，共有4 052处，占总数的78.97%；中型（5005 000 m3）1 002处，占比19.53%；总体上大型崩塌（5 000 m3）隐患数量最少，共77处，占比1.50%。124李岩等 北京地区崩塌隐患特征分析与防治方案http:/ 582处，占总数的53%；复合型1 230处，占总数的21%；倾倒式912处，占总数的18%；滑移式407处，占总数的8%。2 成灾因素分析2.1 孕灾因素地质灾害的发生是地形地貌、地质构造、地层岩性、新构造运动、降雨和人类工程活动内外因素耦合作用的结果（熊小辉等，2021）。崩塌（隐患）的发育受多种因素影响，如岩性、坡度、构造、节理等，构造是崩塌的主要孕灾因素之一（王虎等，2022；魏正发等，2022；吕艳等，2022）。在大地构造位置上，北京处于近东西向的阴山构造带南缘及其与北北东向的山西断隆、北北东向的华北断坳的接合部位，在漫长的地质历史中，受多次构造运动影响，构造格局复杂，岩层风化破碎严重（北京市地质矿产局，1991）。断裂构造活动对地形和斜坡岩土体的破坏具有控制作用，沿断裂带的山地滑坡泥石流密集分布。北京山区褶皱及断裂构造发育，在一定程度上决定了崩塌隐患的发育程度。斜坡岩土体在褶皱及断裂等作用下形成构造软弱面或破碎带，造成岩土体强度降低，构造面及破碎带又为降水入渗提供了通道，同时修路开挖边坡也导致边坡岩土体应力平衡破坏，引起边坡变形。受断裂和区域构造应力场的影响，道路沿线坡面节理极为发育，公路崩塌发生频率高。图1揭示了20042021年崩塌点分布与构造断裂带图1 北京地区山区道路沿线崩塌与断裂空间位置关系图Fig.1 Spatial location relationship between collapse and fault along mountainous roads in Beijing125第 18 卷 第2期 2023 年 6 月的位置关系，90%以上的崩塌点均在断裂带上或次级断裂附近。其中，2016年8月5日房山庄户台崩塌、2016年10月30日怀柔滦赤路崩塌、2017年10月19日门头沟下安路崩塌、2018年8月11日房山军红路崩塌、2021年3月1日密云密关路崩塌、2022年7月20日范崎路崩塌是近年来规模较大并引起社会较大影响的几起崩塌。几起崩塌位置恰恰与断裂带相交，印证了构造是孕育崩塌的主控关键因素，断裂带附近一旦发生崩塌，规模不容忽视。据北京市山区道路沿线崩塌隐患评价数据，全市不稳定的崩塌隐患为567处，多集中于房山、怀柔与延庆区。房山区的崩塌隐患主要位于京昆路、军红路、六石路、贾金路以及部分乡镇公路；怀柔区的崩塌隐患主要位于京加路、兴阳线、承塔线、滦赤路、安四路、宝崎路、范崎路、四宝路以及部分乡镇公路；延庆区的崩塌隐患主要位于兴阳线、滦赤路、千小路、刘干路、玉海路、四宝路以及部分乡镇公路。评价为不稳定的崩塌隐患所在道路斜坡也大多位于断裂构造带区域。2.2 扰动因素北京城市的发展伴随着强烈的人类活动，修房铺路、矿产开采、兴建水利、电力工程等需要大量土石方开挖和削坡施工，破坏了原有的地形、地貌及植被，坡体稳定性大大降低，斜坡大多未进行支护，岩体风化加速，卸荷松动，形成危岩块体。坡体在震动、降雨及风化等促发因素下，易发生崩塌灾害，威胁过往车辆和行人的安全。另外，近年来针对道路斜坡开展的治理工程，如主动防护网、链式防护网等措施，一方面对斜坡危岩体起到了有效的稳固作用，同时工程施工过程（钻孔、放炮）也对斜坡岩土体产生了强烈的扰动，使得斜坡进一步产生节理裂隙，也带来了一定的负面影响。根据近几年崩塌野外现场应急调查，崩塌发生后斜坡坡面节理有些是由于施工放炮导致的。2.3 促发因素通过对近10年来山区道路沿线崩塌灾害发生时间统计分析，汛期仍然是崩塌高发期，受降雨影响较大，68月山区道路沿线崩塌灾害数量占总数的84%，7月份崩塌发生数量占总数的58%（图2、图3），崩塌多数集中发生在7月份，与北京地区汛期降雨主要集中在7月、8月（王亦尘等，2020）的时间特征基本一致，呈现正相关关系，印证了汛期降雨是造成山区道路沿线崩塌灾害的主要促发因素（郭英等，2022）。受冻融、冻胀、风化和震动影响，也有一些崩塌灾害发生于早春和入冬季节。3 道路斜坡防治现状近年来，市交通主管部门对威胁道路的部分地质灾害隐患根据其危险性大小逐步进行了工程治理，截至2021年9月，全市有207条道路开展了地质灾害治理工程，涉及14条国道、27条省道、79条县道、60条乡道、27条村道，已采取工程治理措施的崩塌、滑坡灾图2 山区道路崩塌灾害按发生时间统计图（20132022）Fig.2 Statistics of occurrence time of road collapse hazard in mountainous areas（2013-2022）图3 山区道路6-8月崩塌数量与降雨量关系Fig.3 Relationship between collapses and rainfall in mountainous road areas from June to August126李岩等 北京地区崩塌隐患特征分析与防治方案http:/ 566处，多数采取挡墙、主动防护网、被动防护网措施，少部分采取了支撑+锚固、格构、护坡以及生物工程等措施，部分隐患点采用两种或多种防护措施结合的方式进行治理。采取挡墙措施治理的占49.39%，采用主动防护网措施的占41.97%，采用被动防护网措施的占6.68%（图4）。4 防治方案4.1 依托精细调查成果崩塌是自然界存在的一种不良地质现象，可以通过多种有效的工程治理措施预防崩塌的发生，面对崩塌隐患点较多的情况，防治的优先顺序、轻重缓急是首先考虑的问题。近年来，通过开展山区道路沿线崩塌精细调查和评价，查明了崩塌隐患的分布区域，进行了稳定性和危险性的评价分级，建议充分利用调查成果分批开展治理工作。对于道路级别高，斜坡危岩体稳定性评价为不稳定或欠稳定、危险性大、未实施任何治理工程的崩塌隐患，建议近期开展防治工程；对于稳定性评价为基本稳定或欠稳定但实施了相关地质灾害治理工程措施、危险性中的崩塌隐患，建议中期开展防治工程；其他稳定性评价为基本稳定或稳定、危险性小的崩塌隐患，建议远期开展防治工程。4.2 加强重点地区防治除了查明的崩塌隐患，也可以从控灾因素入手开展崩塌防治工作。1）易崩易滑结构斜坡区易崩易滑地质结构是指地质灾害在形成演化和成灾过程中的控灾构造、孕灾地层和成灾地貌的组合（殷跃平等，2021）。历史崩塌分布位置和断裂带的关系表明了构造断裂控制着区域危岩体的发育分布，断裂带的发育与岩体结构、坡体结构关系密切。北京地区主要发育北东向和北北东向构造断裂，图 1中的7条断裂带基本控制了山区斜坡单元，断裂带两侧几百米甚至几千米范围内的道路属于崩塌危岩体极度发育区域，工程治理勘察可以重点关注。2）高位垂直节理斜坡区地质灾害的空间分布除受地形地貌、地层岩性、地质构造和地震作用及人类活动影响外，主要受控于大气降水或气温变化的引发作用（刘传正，2020）。近年来北京地区发生的几起较大规模崩塌皆因垂直节理较为发育，形成塔状岩体，汛期降雨入渗或冬季雪水冻融致使裂隙充水产生静水压力导致危岩体极限平衡失稳发生崩塌，军红路崩塌和密关路崩塌为典型案例。塔状岩体通常发育于层状硬岩地层中，在内外因素综合作用下被节理裂隙分割成相对独立的塔状块体，多位于山体陡崖边缘，易于发生崩塌失稳，并可能转化为高速远程崩滑碎屑流，具有发生频率高、突发性强、破坏范围大、难以预测等特点（贺凯等，2015）。多组节理发育，尤其是竖向节理和顺坡向节理的组合或者竖向节理发育，下部发育有软弱夹层，容易发生大规模倾倒式崩塌或倾倒-滑移-坠落式崩塌。“811”军红路崩塌发生前一周内并无降水，往前追溯半月内曾有连续两天暴雨，雨水沿上部侏罗系南大岭组玄武岩竖向节理下渗，下部二叠系石盒子组砂岩夹页岩软弱夹层产生浸润作用，长时间浸润使软弱面抗剪强度大幅降低，上覆岩体在自重作用下沿后缘裂隙发生破坏，向下产生挤压、滑移、坠落，运动过程中对下部岩体产生刮擦，连同其下伏的砂岩发生变形破坏，导致崩塌灾害发生。温差作用和冰劈效应是高寒地区的主要风化地质作用。在干燥条件下，温差作用更加明显。在含水条件下，温差风化和冰劈作用同时存在，相互促进（成玉祥等，2015）。密关路黑龙潭支线崩塌发生在2021年3月图4 山区道路沿线斜坡治理措施统计图Fig.4 Statistical diagram of slope treatment measures along the road127第 18 卷 第2期 2023 年 6 月1日，所在斜坡岩性为片麻岩，发育3组节理，竖向节理与顺坡向节理控制了危岩体失稳的方向，2020年和2021年13月间发生多次降水，雨（雪）水沿裂隙入渗后，随着日夜温差交替变化，裂隙水发生冻胀，致使岩体节理裂隙反复扩张收缩，岩石间抗滑力降低，发生崩塌。3）山前降雨带状斜坡区北京地处山地与平原的过渡地带，气候具有明显的地域差异。山前一带为多雨区，山后和平原南部地区为少雨区。从北京地区夏季近40年平均降水量空间分布来看，降水量分布具有西北山区小、平原大，山区向平原过渡区的迎风坡最大的特点（赵玮等，2022）。据北京市多年平均24 h降雨量分布数据，降水量自北京西北部边界向东南方向呈现递增趋势，在西部房山霞云岭和怀柔八道河、枣树林山前一带形成了2个降雨中心，连接呈现北东向条带状分布，由于汛期降雨是崩塌发生的主要促发因素，开展工程治理可重点关注山前降雨带斜坡区域。5 讨论与建议针对北京地区山区崩塌灾害的发育和分布特征，实现精准的科学治理，加强减灾防灾，提出以下防范措施。1）多措施综合治理截至2021年12月，在道路斜坡治理工程中，有近50%的治理工程采取浆砌石挡墙措施，如果在坡体较高的情况下，崩落或塌落岩石会越过挡墙危及行人；有41.97%的治理工程采取了单一的主动防护网措施，汛期应急时发现很多崩塌岩体对防护网造成了损毁，有些被防护网兜在里面，暂时未发生崩塌，随着危岩体逐渐变形，后期可能会连同网一起塌落，发生规模较大的崩塌：这些都是不容忽视的问题，虽然已经采取了工程措施，风险依然存在，建议采取多种措施综合治理，提升防护等级和保险系数。2）严格遵守施工次序工程治理施工是防灾减灾，如果施工过程中忽视施工次序，会造成严重的二次灾害，危及施工人员安全。2022年范崎路发生了4次崩塌，前3次属自然斜坡失稳产生崩塌，第4次是工程治理过程中，坡脚开挖过深过长，导致上部岩体“头重脚轻”，加上该路段处于汤河口逆冲断层带区域，斜坡岩体裂隙发育，导致3 500 m3岩体塌方，幸好有观察哨及时告警，免于人员伤亡（于淼等，2022）。3）主汛期加强巡查频次军红路崩塌和庄户台崩塌成功预警案例表明，人防是目前最直接、最有效的避险方式（南赟等，2020）。汛期是崩塌灾害的高发期，建议交通管理部门或道路养护单位加强巡查频次，是否开展工程治理均在巡查范围之内，切莫因已经开展工程治理或挂网而忽视潜在的危险。6 结论1）北京地区崩塌灾害数量多、分布广、发生频率高，灾害隐患以密云区、门头沟区和房山区居多；崩塌危岩体以岩质、小型为主，特殊结构斜坡超过40%，大部分斜坡坡度大于60，失稳模式主要为坠落式。2）从成灾演化角度，褶皱及断裂构造发育为崩塌灾害的孕育和演化提供了基础条件，人类工程活动影响了崩塌危岩体原生力学状态，大气降水为诱发崩塌灾害发生的促发因素。崩塌时空分布特征表明，90%以上的崩塌点均在断裂带上或次级断裂附近，汛期68月，尤其是7月份是崩塌发生较为集中的时段。3）北京山区道路沿线斜坡治理以挡墙、主动防护网、被动防护网为主，少部分采取了支撑+锚固、格构、护坡以及生物工程等措施。已经治理的斜坡部分区域尚存在崩塌的风险，建议采取多种措施综合治理，提升防护等级和保险系数。4）崩塌灾害防治工作建议充分利用调查成果，按照稳定性和危险性评价分批开展治理；同时充分考虑控灾条件，将易崩易滑结构斜坡区、高位垂直节理斜坡区、山前降雨带状斜坡区作为重点防范区。参考文献北京市地质矿产局，1991 北京市区域地质志 M 北京：地质出版社.北京市地质灾害防治研究所，2021 北京市山区道路沿线崩塌滑坡灾害隐患精细调查与评价 R.128李岩等 北京地区崩塌隐患特征分析与防治方案http:/ 北京市突发地质灾害隐患台账 R 成玉祥，段玉贵，李格烨，张俊，王霞，2015 岩石冻融风化作用积累泥石流物源试验研究 J 灾害学，30（2）：46-50郭英，张国华，2022.北京市门头沟区G109国道K40+800 m崩塌特征及成因分析 J.城市地质，17（2）：158-163.贺凯，殷跃平，滨李，冯振，2015.塔柱状岩体崩塌运动特征分析 J.工程地质学报，23（1）：86-92.李岩，南赟，曹颖，2022 北京山区道路沿线崩塌灾害特征分析与防治思路探讨 J 城市地质，17（3）：291-298刘传正，陈春利，2020.中国地质灾害成因分析 J 地质评论，66（5）：1334-1348.吕艳，陈天宝，王祚鹏，赵俊彦，占洁伟，刘旋，2022.太行山大峡谷崩塌发育特征及成因模式研究 J.工程地质学报，30（4）：1304-1315.南赟，曹颖，李岩，2020 新形势下北京市突发地质灾害防治工作思路探析 J 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