高原山区沿河(溪)公路水文流态地质选线问题研究

高原山区沿河(溪)公路水文流态地质选线问题研究
【摘要】高原山区河流溪谷是地质构造运动的产物，是大自然经过多年风剥雨蚀，雨水冲刷、河流雕凿形成的，往往也是构造活动频繁、岩体风化破碎的地带，水土流失较严重的区域。

实现高原山区公路沿河（溪）线“地质选线”是沿河（溪）线选线的中心和主题，是关系到工程建设的成败，工程投资、工程养护成本以及工程耐久性、稳定性的关键。

【关键词】高原山区;沿河（溪）公路;水文流态地质;选线
1.沿河（溪）工程调查
中国西南地区水系众多，沟谷纵横发达，山脉水系清晰明了，公路沿山顺水，分布于东西南北大小江河溪谷，据不完全统计近3/5的水毁抢险抢修处治费用皆为沿河（溪）路段，其中一半为边坡坍塌所产生的费用，且每年集中于某些段落，由此，通过分析其集中水毁频繁发生路段的地形、地貌、水文流态特点，我们可以发现低等级公路频频集中发生边坡坍塌，路基沉陷等病害较多，高等级公路出现二次处治的地段以及高速公路、铁路边坡等处治力度最大、投资最多的主要路段，90%以上均集中于河道凹岸，即水文流态曲线外侧，并且，水文流态曲线越圆顺，曲率越小，转角越小，规模越小，病害概率相对较低。

2.水文流态与工程地质条件
分析高原山区山脉水系及江河溪谷形成、演变的历史和其根本原因，分布于地球表面的山脉水系并非天生，其形状形态并非一成不变，逐年变宽、变深、变窄、或变向，但其形成的根本原因是板块的挤压抬升和张拉断裂等构造活动形成的高低起伏和走势，经过慢长的风剥雨蚀、水流冲刷切割而成，山脉水系走向与构造带走向平行或一致的原因也在此。

因此，江河溪谷及其水文流态既是江河溪谷的变迁。

除平原坝区南北向河道受地球自转惯性影响河道水文流态之外，山区河流溪谷水文流态，基本上取决于河岸的工程地质条件：
2.1地质构造和地势决定江河溪谷走向。

2.2河道两岸地质条件和山脉支系分布影响河流形状，迫使水流蜿蜒曲折，基本控制水文流态。

2.3河道水文流态浸蚀河床，改变两岸台地和谷床，局部移动河道位置，改变河道形状。

2.4水文流态冲刷、掏凿和淤填河道两岸河床及岩体，岩体改变局部流态。

3.水文流态地质选线
高原山区河流溪谷具有谷底一般不宽，两岸台地较窄，谷坡时缓时陡，间或为浅滩和悬崖峭壁，多弯曲，凹岸较陡，凸岸较缓，河谷两岸地质情况复杂，常有坍滑、岩堆等不良地质病害，平时流量不大，一遇暴雨，山洪暴发，洪流常夹杂凹岸掏来谷底冲刷汇集的泥砂、砾石、树木，急速下泄。

因此，如何充分利用山区河流溪谷平纵线形好、工程单元投资省、影响面大的优势，是山区沿河（溪）线公路选线除遵循河岸、线位、换岸位置选择等常规原则之外，还应根据水文流态实现“地质选线”。

3.1地质选线原则
3.1.1充分收集高原山区河流两岸地势、地形、水文地质、区域水系、河床纵坡等基础资料，认真分析研究沿河（溪）路段各个季节水文流态以及水系布局等特点、特征。

3.1.2根据区域水系支流合理分段，分析典型断面洪峰流量以及各段河道水文流态曲线，研究了解各水文流态曲线曲率、流速、落差等特征。

3.1.3河流溪谷宽阔、台地相对宽平，水文流态曲线长而圆顺路段，尽量选择凸岸，即水文流态曲线内侧总规模大（曲线长），支流较少的一岸，路线总体线形宜拟合平行于水文流态曲线，充分利用凸岸地形平缓和工程地质条件较好的有利条件。

3.1.4河流溪谷相对较窄，台地规模小，水文流态曲线比例较高，道路等级高，换岸跨越桥梁工程小的地段，按反水文流态曲线的方式选择线位，于水文流态曲线拐点、起讫点附近适当增设跨岸工程，换岸布线，尽量布设于凸岸。

3.1.5河流溪谷较窄，水文流态曲线蜿蜒曲折，流速较大的路段，两岸工程地质条件差异相对较小，但两岸地形较陡，可充分利用反复换岸跨越，工程综合投资较省的有利条件，按穿越两相邻水文流态曲线拐点实现工程地质选线。

3.1.6路线不得已布设于水文流态曲线曲率大，曲线规模大的凹岸时，遵循尽量将公路曲线拟合近似平行于水文流态曲线，在考虑水流水位等基础上，路线尽量少挖少填，适当抬高线位增设桥梁和防护工程的原则。

3.1.7路线布设于水文流态曲线曲率较小，曲线规模较小的凹岸时：或拟合近似平行水文流态曲线的路线，尽量挖、填、挡相结合，或拟合与水文流态相反的曲线，挑凸岸，或移水让道（改沟、改河）开挖凸岸填筑旧河道，避开凹岸的不良影响的原则。

3.1.8路线布设于河道曲折，水文流态曲线曲率大、规模小的蜿蜒地段，遵循“截弯取直”水文流态曲线的原则，挖为主，填为辅，跨为主，绕为辅的原则，或拟合反于水文流态曲线，或移水让道处治弃方，退耕还田；或栈桥顺水（高速公路）。

3.2地质选线方法
3.2.1水文流态平行法
“水文流态平行法”是位于河道相对宽阔，水文流态曲线曲率规模小，凹凸两岸地形平坦、饱满地段，为避免或减少跨河工程，或于凸岸绕饱满山包，或于凹岸少挖多挡多桥绕山谷凹地，以水文流态曲线平移点为控制点，拟合近似水文流态曲线线形布线的方法。

该方法简单、明确、限制因素少，但应注意凹岸岩体风化破碎，挖方边坡易失稳坍塌滑移，防护工程大，填挡部分易冲刷，河岸易被河水冲刷沉陷；凸岸高线位流态曲线中部（山脊）土石方开挖量大，弃方多，处治困难等问题。

由此，采用本方法，低等级公路宜用多曲线或复曲线配合地形，路线总体走向走势平行水文流态，高等级公路凹岸多桥少挖，加强边坡防护和排水，凸岸利用水流超高优势尽量走低线位以节省工程投资，提高道路的抗灾防灾能力。

3.2.2水文流态交叉法
“水文流态交叉法”是位于河道相对较窄，水文流态曲线规模相对较小，曲率较大，凹凸两岸地形相对较陡，工程地质条件相对较好，水流流速快，河床切割剧烈。

为充分利用凸岸地形地质条件，根据水文流态曲线特点，以水文流态曲线顶部断面点以及水文流态曲线”拐点”（S型河流腰部）为控制点，拟合与水文流态曲线旋转180度的曲线，交叉换岸布线的方法。

该方法所布设线位工程地质条件较好，局部方案多，线位精度要求高，平纵线形较好等优点，但应注意换岸工程，凸岸高线位挖方数量大，废方多，处治困难，一般应用于山区溪谷高等级公路。

3.2.3水文流态穿线法
“水文流态穿线法”是河道蜿蜒曲折，狭窄路段，水文流态曲线转角大、曲率大、曲线短而连续，流速流势大的路段，两岸地势相对陡峭，地形地质条件相对较好，为充分利用两岸坚硬岩体区位，满足道路线形指标要求，根据水文流态曲线特征和分布的格局，以水文流态曲线“切点”（ZH）和“拐点”（ZH=HZ）为控制点，拟合“截弯取直”串联控制点的道路曲线的布线方法，形如水文流态曲线平面轴线。

该方法多采用于沿河（溪）高等级公路和低等级特殊路段。

道路布设于两岸地质条件较好区位，工程稳定性和安全性好，跨河工程水文流态稳定平顺，但应注意挖方弃方处治困难，并加强凸岸明挖和隧道，凹岸栈架等相互间的比较。

3.2.4移水让道法
“移水让道法”（或“水文流态变化法”）是河道蜿蜒曲折地段，根据近180度转折的水文流态“U”形曲线地段水文流量、流速等，采用或设置过水洞，或明挖改直河道，改变“U”型近180度的回头水文流态为较小转角直线流态（改河），让出河道空间，根据新的人为水文流态曲线，拟合路线线形布线的方法。

该方法具有以上几种方法的优点，弃方处治退耕还田一举两得等优点，但应注意其综合
的经济比较，详细分析人为水文流态曲线两端的自然和顺适，以及人工水道的冲刷等问题。

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