西部地区公路地质环境与生态恢复问题研究

西部地区公路地质环境与生态恢复问题研究

西部开发是中国调整区域结构、发展和社会经济战略的重要举措。我国西部地区幅员辽阔,生态环境脆弱,经济不发达,公路交通落后。实施西部大开发战略,为西部地区的发展提供了难得的发展机遇和广阔的发展空间,西部大开发,公路是先行和基础。公路工程建设及公路工程建筑物会以各种方式影响水陆生态环境,引发环境地质问题,导致环境地质灾害。众所周知,西部地区是我国三级地貌地势结构的第一级,即高海拔高原、山地占绝对优势的地貌域,从这个意义上说,西部大开发也是山地大开发。山地的最大特点是环境脆弱,对人类开发活动敏感,忍耐力低,生态系统易于受损、退化。可以说,西部大开发将面临严重的生态环境破坏、退化问题和艰巨的生态恢复、重建任务。因此在西部公路建设中,不仅要论证工程设施的可靠性和工程建设的经济效益,而且必须考虑和合理利用地质环境的问题,做到既能使公路工程建筑安全、经济、稳定,又能合理开发和保护地质环境。1地域因素对公路的影响受特殊地形、地层岩性、地质构造等因素的影响,西部地区公路建设的自然环境地质灾害类型众多,它们与公路工程活动相互联系,相互影响,相互制约,而且直接影响公路的地质环境和运营环境。1.1直接经济效益西部地区是我国崩塌、滑坡、泥石流最主要的分布区域,据不完全统计,西部地区因崩塌、滑坡、泥石流灾害每年造成600余人伤亡,约占全国的70%。直接经济损失达20亿元以上。仅长江上游100km2的范围内就分布灾害型崩塌、滑坡10万余处,泥石流沟10万条以上。其中长江干流及主要支流的不稳定滑坡堆积体约28×108m3,泥石流提供长江的泥砂物质约300×108t,宝成、成昆、宝兰等铁路交通干线有上千公里的线路常受到崩塌、滑坡、泥石流的危害,平均每年用于铁路修复和改建的费用高达5000万元。公路受此灾害影响的范围更广,上万公路线路每年遭到破坏,严重影响公路畅通。1.2地表扣留、边坡防护,冲毁公路的地质环境由于西部地区地形高差大,地表坡度陡,植被稀疏,地表径流形成快,在降雨季节,易形成强大的地表流水或造成河流泛滥,而冲毁公路路基、公路涵洞及桥梁,也会冲毁公路防护工程,甚至引发崩塌、滑坡,从而造成公路的地质环境和运营环境的破坏。据统计,西部各地每年用于公路水毁抢修费用平均为500万元,而且公路水毁愈来愈严重。1.3公路地质环境危害较多的地质环境环境危害多,其造成的地质环境危害很西部地区幅员辽阔,地质条件复杂,分布着很多特殊的土类,例如,湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、软土、冻土、红土等,这些特殊的土类具有各自特殊的性质,它们对公路地质环境危害很大。例如,在我国西部地区广泛分布的膨胀土,由于路幅内土基含水量的不均匀变化,引起不均匀胀缩,而导致路基产生强烈的横向浪波变形,使路面开裂,使构造物变形,使路基滑塌,在雨季,可造成路基浸水软化,在行车荷载作用下产生翻浆冒泥,边坡沿坡面向下产生塑流状溜滑,当雨季雨量集中时还会形成泥流,堵塞涵洞,淹埋路面,甚至引发破坏性很大的滑坡,从而严重影响公路地质环境和运营环境。1.4发生严重的震动性破坏我国西部地区是地震多发区,区内新构造运动和地震活动强烈。地震发生时,可导致公路构筑物的震动性破坏,或错断公路和桥梁或导致公路及桥涵地基的失稳或失效,产生液化、震陷等,使公路和桥梁遭受破坏,同时,地震也是诱发崩塌、滑坡、泥石流的原因之一。在山区,地震激发的崩塌、滑坡与泥石流所造成的公路地质灾害和损失常常比地震本身所直接造成的损失还要严重。1.5有岩溶孔隙,有暗河暗河等基岩中,我国西部的西南地区是我国著名的岩溶地貌发育区,岩溶的形态类型很多,它们对公路的地质环境危害很大。例如,在路基主要受力层范围内,如有溶洞,暗河等,在附加荷载和振动作用下,溶洞顶板塌陷,使路基突然下沉;桥涵基础埋置在附近有溶沟、竖向岩溶裂隙、落水洞等的基岩上,会使桥涵基础下岩层沿倾向向上述临空面的软弱结构面产生滑动;由于地下岩溶水的活动,导致路基基底冒水,水淹路基,水冲路基以及公路隧道涌水等,岩溶不仅造成公路病害,影响公路地质环境,而且还会产生新的环境地质灾害。1.6大规模泥沙治理西部地区地表植被稀疏,草地和耕地退化与沙化日趋严重,风害出现的频率在逐年增加,例如1992~2000年在西北地区发生14次大规模沙尘暴,沙尘暴所到之处,飞沙走石,遮天蔽日,风害不仅造成沙阻,公路交通中断,而且很多公路的路肩和边坡遭到风蚀,增加养护工程量,提高了养护成本。西部地区由于特殊的气候条件,降雪量大,在缺少植被或植被覆盖率低的地区,常因发生暴风雪,造成雪阻,中断交通,有时还会发生雪崩,造成车毁人亡。2分层开挖和填隧道公路工程作为一项庞大而复杂的系统工程,需要跨越不同地区和不同地质单元区,必须大量开挖或回填土石方,修建桥梁和隧道,强烈地改变自然生态环境,从而诱发新的地质灾害。2.1产生的环境灾害2.1.1边坡失稳,破坏山体西部地区多处于高原地区,在山区修建公路,因受地形条件限制,不可避免地要对山体进行大挖大填,使山体原有的应力平衡体系遭到破坏,如果工程地质勘察不详细、工程设计不合理、施工质量不高,或不合理的施工方法等,会导致边坡失稳、破坏。2.1.2地下水露头沉三由于公路建设过程中大量开挖土石方,会使浅埋的含水层被公路路基截断,进而导致浅层地下水系统被破坏,使地下水不能流向下游,而在公路路堑边坡处或路基底部出现地下水露头,从而使公路路基及边坡稳定性受到破坏。如果公路开挖深路堑,路基可能低于该地的地下水水位,便会使地下水位下降,从而导致整个地区的地下水位降低,还会影响到附近分水岭的改变,影响邻区供水系统中的地下水补给量和流量,而且,进入路堑中的地下水还会严重地影响路基强度和稳定性。2.1.3公路排水系统排水公路建设很容易使河流、沟渠或者排灌系统产生淤积和侵蚀,沉积物来自公路新修的路段、路堤和取土坑、弃土堆。公路的修建严重地影响原来地表的形态,公路排水系统排出的水,都能改变地表迳流的流速或流向,或使其重新分布,能使邻区陆地和河流的侵蚀作用加强,所产生的沉积物又被带入河流中,使河床淤积,甚至还可能使天然河道改变方向,洪水灾害增加。同时,如果公路设计不合理,也会受到河流的侵蚀,导致新的地质灾害。2.2侧向侵蚀作用在公路建设中,会修建大量的桥梁,桥梁修好后必然对流水产生阻碍作用,导致河流沉积、侵蚀作用的改变,产生或加重侧向侵蚀作用,而侧向侵蚀会掏空堤岸,使堤岸坍塌,洪水泛滥,大量的泥沙淤积河床,使河道淤塞而破坏农田或公路设施。2.3隧道位置和施工方法不当随着西部大开发的推进,山区公路等级的提高,会修建更多的隧道,隧道的开挖改变了山体原有的应力平衡体系,改变了山体的水文地质条件,如果隧道位置选择不好,设计不合理,施工方法不当等,便会产生岩爆、冒顶坍方、地面沉陷、涌水、毒气泄漏等环境地质灾害,造成人员伤亡,财产损失。另外,隧道开挖产生的大量废渣若堆放不当,会造成边坡失稳,诱发崩塌、滑坡、泥石流,或产生水土流失而淤塞河道,污染水源等环境地质灾害。2.4堤岸的铺设与护坡工程在公路工程建设中,有时不可避免地要进行河道改移。改移河道主要用于公路、桥梁和其它整治目的,它是将河流加深、加宽、截弯、取直等与清除草木和碎石以及堤岸铺砌与防护工程等结合在一起而完成的。河道改移后,将产生新的侵蚀—沉积旋迥,河流的纵向侵蚀使河床刷深,将会直接威胁桥台、桥墩等公路建筑物的稳定与安全,河流的侧向侵蚀将造成河床发生平面摆动,造成堤岸不断坍塌,使沿岸公路受到威胁。河流的淤泥作用将会使河道淤塞,导致堵塞排供水系统,而引发新的环境问题。3西部道路环境自然灾害的工程对策3.1公路环境灾害的治理对策西部大开发中,加强公路生态环境的保护和建设是预防和防止公路环境地质灾害的根本,它是一项长期、复杂的系统工程。公路生态环境建设只靠公路部门一家是不可能完成的,需要政府协调农、林、水和交通部门共同进行,综合治理。3.2根据自然的机械系统,科学确定建设标准在西部开发中,明确包含生态环境建设,在公路基础设施建设中,不能再以牺牲环境为代价。而应将公路建设与生态建设作为一系统工程综合考虑。在进行公路建设过程中,应根据沿线情况对路线划分不同的生态环境保护等级,明确哪些是应该严格保护的自然环境地带,哪些是导致破坏自然环境利用的极限地带,哪些是应该力图保持自然与人工建筑物相协调并积极合理开发的地带。同时制定具体的措施,指导路线的选择,线型的设计,景观的处理以及重新恢复植被的植截计划,尽量减少占地,并注意水土保持。3.3坚持经济协调发展的思想环境保护是我国一项长期的基本国策,在西部大开发中,要正确处理环境保护与经济发展的关系,坚持环境与经济协调发展的思想,要遵循“经济建设、城乡建设、环境建设同步规划、同步实施、同步发展,实现经济效益、社会效益、环境效益统一”的原则,在公路建设中,必须重视环境评价和环境保护工作,环境保护工程必须与主体工程同时设计、同时施工、同时建成,这样才能充分发挥环境保护工程的作用和效益,减少环境地质灾害。3.4工程地质和水文地质工作。在公路公路环境地质灾害的发生,很大程序上与公路的工程地质条件及水文地质条件有密切的联系。一般情况下,工程地质条件不良的地区,水文地质条件不好的地区都是环境地质灾害多发的地区,因此,应加强公路建设的工程地质和水文地质勘察工作。一方面,要搞清楚地质条件对公路的工程影响和环境影响,对于崩塌、滑坡、岩堆,泥石流、岩溶、软土、膨胀土等严重地质灾害路段,一般情况下路线应设法绕避,若必须穿越时,应根据地质情况选择合理的位置,缩小穿越范围,并采取必要的工程措施,尽量保护山体平衡体系,避免大挖大填;另一方面,要因势利导设计综合排水设施,就地取材修建防护工程,结合实际情况设置环保设施。在环境地质灾害多发地段,必须根据工程地质和水文地质条件,坚持“以防为主,以治为辅,防治结合”的原则,采取预防、疏导、堵截、固本等工程措施,做到公路建设的经济效益,社会效益和环境效益的统一。3.5防止地表沿边土上的侵蚀和淤塞在公路建设中产生的环境地质灾害其中很大一部分是由施工方法、手段、设备、质量等原因产生的。因此,在公路施工期间,应采取积极预防措施,采用科学合理的施工方法。在施工过程中,防止因施工使河流、水道和堤岸受到侵蚀和淤积;在河道中采挖砂砾料时,应防止河流状态的改变;在岩体松散或构造破碎地段,要严禁使用大型爆破施工,以免引起山体松动,破坏边坡稳定,造成岩体崩专题和水土流失;在取土坑开挖后,要防止阻碍周围地区的排供水系统,在堆放弃工时,应防止对周围排灌渠道,水沟及河道的污染和淤塞;要完善施工过程中临时排水工程,防止地表水的冲刷及大量的下渗;尽量减少占地,注意水土流失,减少对植被等自然生态的破坏。3.6建立环境灾害普查在西部公路建设中,政府交通部门应组织有关单位,充分运用现代科技方法和手段,积极研究环境地质灾害的综合勘察、评价和防治的工程对策,对所有干线和支线公路进行一次全面的环境地