天塹變通途——公路鐵路上的地質(zhì)災(zāi)害與防治
俗話說：要想富，先修路。一個地區(qū)的交通如何，決定了其經(jīng)濟(jì)發(fā)展前途。因此，修建公路、鐵路，是我國促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措。截至2020年底，我國公路通行總里程519.81萬公里，鐵路營業(yè)里程14.6萬公里[1]，并仍在加速發(fā)展的過程中?！笆惺型ǜ哞F，縣縣通高速”，正在逐步成為現(xiàn)實(shí)。而我國的青藏高原地區(qū)，毗鄰中亞、南亞，在這里修建公路鐵路，對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、“一帶一路”建設(shè)等，更是至關(guān)重要。
圖1 2013年10月31日，墨脫公路通車儀式在西藏林芝地區(qū)波密至墨脫縣80公里處舉行，宣告中國最后一個未通公路的縣正式通車。
圖2 2016-2020公路鐵路通行里程情況[1]，公路鐵路運(yùn)營里程持續(xù)高速增長。
（數(shù)據(jù)來源:交通運(yùn)輸部）
公路鐵路的通行，讓過去難以逾越的天塹變成了通途。一條條公路鐵路，如同一條條騰飛的巨龍，盤踞在山間、谷地，連接著高山峽谷，城市鄉(xiāng)村，為我們的生活帶來便利。但是，不論是在道路修建的過程中，還是在建成后的使用階段，都有一件事情不容忽視，那就是道路兩側(cè)的地質(zhì)災(zāi)害。在地勢陡峭，構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，降雨、凍融、風(fēng)化嚴(yán)重的青藏高原地區(qū)，更不可小覷。中尼鐵路、中巴鐵路、新藏鐵路、川藏鐵路等重大工程的建設(shè)，都要建立在充分的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查基礎(chǔ)上。
地質(zhì)災(zāi)害（Geologic Hazard / Geohazard）是指在自然或人為因素下引發(fā)的，對人類生命財(cái)產(chǎn)、環(huán)境造成損失的地質(zhì)現(xiàn)象。廣義的講，崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷、地面沉降、地震、火山噴發(fā)等，都屬于地質(zhì)災(zāi)害。對于穿山越嶺的公路鐵路而言，崩塌、滑坡、泥石流（以下簡稱崩滑流災(zāi)害），是引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的主要災(zāi)害。對其進(jìn)行勘察、預(yù)測和防護(hù)，對于公路鐵路建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行至關(guān)重要。
圖3 在青藏高原的公路上俯瞰，一邊是沃野良田，一邊是巨石山顛。(攝影|孫凱)
崩塌
山體或較陡斜坡上的巖土體突然脫離母體崩落、滾動的地質(zhì)現(xiàn)象，就叫做崩塌。崩塌多發(fā)生在較陡峭的山體斜坡上，其傾角多在60°以上。
圖4 山區(qū)發(fā)生的山體崩塌，傾瀉而下，摧毀了房屋和農(nóng)田
圖5 滾落的塊石沖壞了擋墻（攝影|孫凱）
滑坡
斜坡上的巖土體，由于降水、地震、人類活動等因素，沿著一個軟弱面下滑的過程，就稱為滑坡。軟弱面和邊坡的傾角，是引起滑坡的兩個地質(zhì)條件。傾角越大，越容易發(fā)生。但也有極個別的邊坡，如膨脹土邊坡，海底邊坡等，即使在坡角很小的條件下，也會發(fā)生滑坡。
圖6 頃刻之間，山體滑落。
泥石流
在地勢險峻的山區(qū)，由于暴雨、暴雪等引發(fā)的攜帶有大量泥沙和石塊的洪流，稱為泥石流。泥石流的發(fā)生往往比較突然，頃刻之間，大量裹挾著泥沙的洪水奔涌而下，摧毀阻擋的一切。泥石流的發(fā)生有三個條件，即陡峭的地勢提供勢能，短時大量的降水和豐富的松散堆積物。
圖7 奔騰的泥石流，滾滾而下，沖毀沿途的一切。
圖8 318國道亞東縣沿線，被泥石流沖斷的電線桿（攝影|孫凱）
防治手段
為了防止崩滑流災(zāi)害的發(fā)生，在人類活動密集、有災(zāi)害隱患的邊坡上，常常需要建設(shè)護(hù)坡工程?！翱愁^、壓腳、束腰、排水”，是工程上常用方法的總結(jié)。“砍頭”，即減輕坡體的高度和頂部的負(fù)重。坡體越高，頂部負(fù)重越大，坡體越容易下滑；“壓腳”就是增加邊坡底部的負(fù)重，防止其在上部重量的作用下破壞；“束腰”，是對邊坡中部進(jìn)行約束；“排水”，則是要及時排走邊坡內(nèi)部的水，防止邊坡巖土體在水的浸潤下強(qiáng)度降低，發(fā)生破壞。
圖9 常用的邊坡工程防護(hù)手段示意圖（作者繪）
在山區(qū)的公路鐵路沿線，我們常?？梢钥吹礁魇礁鳂拥淖o(hù)坡工程：
擋土墻
在邊坡下部修建墻體，以阻擋邊坡運(yùn)動，這樣的墻體就叫擋土墻。根據(jù)擋土墻作用原理的不同，可以劃分為多種類型，如通過自身重力“壓腳”來阻止坡體的重力式擋土墻，與錨桿結(jié)合的錨定式擋土墻等。
圖10 漿砌片石擋墻，利用塊石自身的重力來阻止邊坡運(yùn)動，是一種重力式擋土墻（攝影|孫凱）
錨桿
錨桿就如同一根常常的釘子，在邊坡表面斜向下打在坡內(nèi)深處，把邊坡上部不穩(wěn)定的部分牢牢地釘在底部穩(wěn)定的部分上。
圖11 邊坡上一個個白色的小方塊，就是坡體內(nèi)部的錨樁露在邊坡表面的部分。
鋼筋網(wǎng)
在邊坡表面掛鋼絲網(wǎng)，以防止局部的塊石掉落，簡單粗暴，快捷高效。
圖12 使用防護(hù)網(wǎng)包裹容易發(fā)生災(zāi)害的邊坡，預(yù)防災(zāi)害，減少損失。（攝影|孫凱）
格構(gòu)
利用鋼筋混凝土格構(gòu)框架將邊坡表面分割成一個個局部，大坡化小。滑坡的風(fēng)險，也隨之化有為無。在格構(gòu)框架的內(nèi)部種上植物，利用植物根系固定坡面表層土壤，進(jìn)一步增加了安全性能，同時也生態(tài)環(huán)保、美觀大方。
圖13 光禿禿的鋼筋混凝土墻，大片的鐵絲網(wǎng)等，都不美觀。因此，修建格構(gòu)并在其中種植花草，是一種兼具實(shí)用與生態(tài)價值的防護(hù)方法。
植被護(hù)坡
對于一些小型邊坡，為了防止雨水沖刷導(dǎo)致水土流失，防止局部失穩(wěn)破壞，可以在坡體種植花草、灌木，利用植物根系固定邊坡：邊坡掛上鋼絲網(wǎng)，噴灑上一層厚厚的（5cm以上）摻有草籽的土漿，植物生根發(fā)芽后即可固定邊坡。鐵絲網(wǎng)可以幫助土漿附著。
圖14 一處正在施工的植被護(hù)坡，這種方法適用于傾角較緩的小型碎石土邊坡。（作者攝）
土工袋
土工袋護(hù)坡，在袋子中裝滿土，堆積成墻，在袋中播撒草籽，植物生根發(fā)芽后，根系緊緊扎在邊坡土體中，即可固定邊坡。這種方法適用于較小的土坡。
圖15 土工袋護(hù)坡（作者攝）
排水
工程界素有“十滑九水”之說，水是引起滑坡的最重要因素之一。其一，水可以使巖土體軟化，且有潤滑的作用，減少摩擦力，降低其力學(xué)性質(zhì)；其二，水在巖土體內(nèi)部會產(chǎn)生靜水壓力，對邊坡產(chǎn)生側(cè)向的推力；其三，水在流動過程中存在動力（滲透力）；其四，水的浮力作用削弱了巖土體的自重，使其更容易在外力作用下失穩(wěn)。因此，及時排出坡體內(nèi)的水，至關(guān)重要。
圖16 在邊坡底部修建排水溝，及時把坡腳的水排走，大大增加了邊坡的安全性。此外，也可以作為邊坡與道路的緩沖，防止碎石掉落造成損失。（攝影|孫凱）
圖17 在擋土墻上設(shè)置排水孔，及時排出邊坡巖土體內(nèi)的水分，可以有效防止滑坡
（攝影|孫凱）
個人應(yīng)如何預(yù)防崩滑流災(zāi)害？
行駛在公路、鐵路上，我們應(yīng)該注意些什么？在青藏地區(qū)重大工程擾動的考察中，我們都在調(diào)查些什么？如何有效的預(yù)防、避免崩滑流災(zāi)害呢？
1）注意所在區(qū)域地質(zhì)條件。
地質(zhì)條件往往是決定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的決定性因素。完整、結(jié)實(shí)的巖體，即使經(jīng)歷狂風(fēng)驟雨的洗禮，也可以巋然不動。而破碎、松散的巖土體，即使在沒有外力的作用下，也會一瀉而下。因此，判斷崩滑流災(zāi)害是否發(fā)生，首先看邊坡巖土體的情況。
巖體破碎松散、植被稀疏的邊坡，以及地層層面與邊坡傾角相同的邊坡，其力學(xué)性質(zhì)差，更容易發(fā)生崩滑流災(zāi)害。
圖18 349國道白朗縣至康馬縣路段，邊坡巖體在強(qiáng)烈的構(gòu)造作用下，極其破碎，容易發(fā)生滑坡（攝影|孫凱）
圖19 層狀的地質(zhì)體，當(dāng)層面與傾斜方向一致時，更容易發(fā)生滑坡。（作者攝）
青藏高原地區(qū)，構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，氣候、地質(zhì)條件復(fù)雜，巖體受構(gòu)造運(yùn)動、冰川活動、凍融循環(huán)等影響，往往風(fēng)化、破碎嚴(yán)重，因此地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。
2）注意山上的落石、滾石
大型滑坡和崩塌，往往首先伴有一些局部的失穩(wěn)。整體穩(wěn)定的邊坡，也可能會發(fā)生零星的破壞。因此，行走在山區(qū)道路上，我們要及時關(guān)注邊坡的落石、滾石。此外，聽到巖石發(fā)出撕裂的摩擦碎裂聲，看到巖體局部有水滲出時，也要格外注意，及時向有關(guān)部門報告，以免產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。
在青藏科考的沿途中，常?？梢钥吹降缆飞系穆涫?、滾石。這些落石與滾石，輕則造成道路損壞、財(cái)產(chǎn)損失，重則導(dǎo)致人員傷亡。
圖20 562國道亞東縣段，道路一側(cè)一塊巨大的滾石（攝影|孫凱）
圖21 318國道路旁，一處防護(hù)網(wǎng)被落石損壞，碎石散落一地。
3）惡劣天氣和環(huán)境、地震的影響
在惡劣天氣，尤其是暴雨、大風(fēng)天氣，盡量減少出行。
此外，在地震、臺風(fēng)等來臨時，也不要在山區(qū)逗留，盡快前往開闊平坦的地區(qū)。在地震作用的猛烈搖晃下，巖土體松動，原本的穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，從而誘發(fā)災(zāi)害。這一影響，不僅在地震發(fā)生過程中存在，甚至可能會持續(xù)數(shù)年、數(shù)十年之久。2010年8月8日，甘肅省舟曲縣發(fā)生特大山洪泥石流災(zāi)害，造成1403人遇難，307人失蹤。這一山洪泥石流，就是2008年汶川地震所導(dǎo)致的次生災(zāi)害。
圖22 2008年汶川地震，帶給我們慘痛的記憶。由地震直接、間接引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害，更給我們的內(nèi)心蒙上了一層陰影。（攝影|李琪敏）
圖 我國的地震動參數(shù)區(qū)劃圖GB18306-2015，可以看出，青藏地區(qū)地震頻發(fā)。（資料來源：中國地震局[2]）
青藏高原地區(qū)位于亞歐板塊和印度洋板塊的交界處，活躍的構(gòu)造運(yùn)動使這里地殼應(yīng)變速率大、地應(yīng)力高，地震高度易發(fā)。頻繁的地震，給這里的重大工程建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害防治帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
4）注意山體裂縫、樹木傾倒等跡象
絕大多數(shù)崩滑流災(zāi)害的發(fā)生，都并非毫無征兆，而是有一個發(fā)育的過程。例如，在崩塌發(fā)生前，往往會出現(xiàn)零星碎石的剝落。坡體上的巖土體，也會產(chǎn)生裂縫，并不斷擴(kuò)大；在滑坡的初始階段，也常常是緩慢的移動，在滑坡體的后部出現(xiàn)裂縫，滑坡體上面的樹木傾倒。根據(jù)這些現(xiàn)象，我們可以發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的蛛絲馬跡。
圖23 318國道沿線，一處巖體產(chǎn)生裂縫。（攝影|孫凱）
圖24 下部山體滑動，拉開一道深深的裂縫，碎石滿地（作者攝）
圖25 土質(zhì)邊坡表面的裂縫，是滑坡發(fā)生的跡象。
圖26 “馬刀樹”，樹木整體向一個方向傾斜，是邊坡緩慢滑動的標(biāo)志；“醉漢林”，樹木東倒西歪，形同醉漢，是邊坡快速滑動所致。（作者繪）
在青藏科考的過程中，發(fā)現(xiàn)這些蛛絲馬跡，進(jìn)行評價和記錄，總結(jié)其分布規(guī)律，預(yù)測其未來的發(fā)展、可能產(chǎn)生的影響，是地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的重要內(nèi)容之一。
5）工程施工等活動做好防護(hù)和監(jiān)測
除了自然因素，人類活動也是導(dǎo)致崩滑流災(zāi)害的主要因素。爆破、車輛振動、水庫蓄水、邊坡開挖、采礦等人類活動，均可能導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生。因此，在工程建設(shè)前，要對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進(jìn)行充分的調(diào)查，選擇適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)地址，建設(shè)相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施，建設(shè)過程中做好防護(hù)，加強(qiáng)邊坡的監(jiān)測。
在第二次青藏高原綜合科學(xué)考察中，重大工程擾動、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查就是其中重要的組成部分。通過調(diào)查青藏高原地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，可以為區(qū)域的防災(zāi)減災(zāi)提供支撐，為川藏、新藏、中尼、中巴鐵路等重要工程的安全建設(shè)和運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。
圖27 喜馬拉雅山區(qū)重大工程擾動科考中，科考人員正在測量崩塌塊石的尺寸。（攝影|孫凱）
6）發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌跡象，及時向有關(guān)部門報告。
地質(zhì)災(zāi)害的點(diǎn)多面廣，對其進(jìn)行全面地調(diào)查和預(yù)測面臨重重困難。因此，發(fā)動廣大群眾共同監(jiān)測與預(yù)防的“群測群防”政策，是應(yīng)對地質(zhì)災(zāi)害、減少損失的重要舉措。
根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》第二十八條規(guī)定，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害險情或者災(zāi)情的單位和個人，應(yīng)當(dāng)立即向當(dāng)?shù)厝嗣裾蛘邍临Y源主管部門報告。其他部門或者基層群眾自治組織接到報告的，應(yīng)當(dāng)立即轉(zhuǎn)報當(dāng)?shù)厝嗣裾?。減少地質(zhì)災(zāi)害損失，需要每一個人的參與！在青藏地區(qū)，更是要堅(jiān)決落實(shí)這一舉措。
圖28 地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防，需要每一個人的參與。群測群防，共建美好生活。
地質(zhì)災(zāi)害給我們帶來慘痛的教訓(xùn)，為我們的工程建設(shè)帶來重重困難。因此，了解地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律，學(xué)會如何有效地進(jìn)行防護(hù)，至關(guān)重要。實(shí)際上，不論是崩滑流還是火山、地震，其本質(zhì)都只是一種地質(zhì)活動、自然現(xiàn)象。只因?yàn)樗３＝o我們帶來傷害和損失，才被冠以了“災(zāi)害”的惡名。我們應(yīng)辯證地看待它。過去所發(fā)生的眾多災(zāi)難，也磨礪了我們的民族品格，使得中華民族迸發(fā)出強(qiáng)大的生機(jī)活力。對于我們而言，保持探究精神，正確地認(rèn)識自然，合理地利用自然，人與自然就可以和諧共生。
圖29 318國道沿線一處村莊，背靠山巔。（攝影|孫凱）
注：未經(jīng)標(biāo)注的圖片，均來自于圖蟲創(chuàng)意
作者：孔佑興，李志清，孫凱，馬鳳山，趙海軍，郭捷
單位：中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
資助項(xiàng)目：第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究項(xiàng)目（No. 2019QZKK0904）資助
參考資料
[1]交通運(yùn)輸部，2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報[R],2020
[2]GB18306-2015, 地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015
[3]國土資源部,地質(zhì)災(zāi)害防治條例[Z],2003-11-24