北京市怀柔区范崎路K29+500m处崩塌成因分析与成功预警处置启示
时间：2023-04-25 15:50:03 来源：千叶帆 本文已影响人
于淼，南赟，胡福根，王海芝
（北京市地质灾害防治研究所，北京 100102）
2022年7月1日午时，北京市怀柔区范崎路K29+500 m处发生崩塌，北京市地质灾害防治研究所应急调查队伍响应迅速，2 h内赶赴灾害现场开展应急调查工作，根据现场情况迅速研判、处置及时，当日16时20分，8名道路养护人员成功避险二次崩塌灾害。7月6日早5时，该点再次发生崩塌。因7月5日17时，北京市规划与自然资源委员会根据气象会商结果，发布了范崎路K27—K45为崩塌灾害气象风险黄色预警，研判该路段崩塌灾害风险较高，道路交通主管部门积极响应，采取道路封控和专人值守措施，再次成功避免了因崩塌灾害造成的人员伤亡和车辆损失。本文根据多年一线应急经验，阐述了怀柔区地质灾害现状及道路沿线崩塌隐患特征，重点分析了K29+500 m处崩塌成因，总结了2次成功避险的经验，为新形势下首都地质灾害防灾减灾工作提供参考。
北京西靠太行山脉，北邻燕山山脉，地质条件复杂，构造活动剧烈，人类工程活动频繁，是一座地质灾害较发育的特大型城市（南赟等，2020；
王海芝等，2022）。2022年北京市最新公布已查明地质灾害隐患点8 186处，主要分布在西部门头沟、房山和北部密云、怀柔、延庆等区（图1-a）。其中崩塌6 169处，占全市地质灾害隐患点75.36%（北京市规划和自然资源委员会，2022）；
2021年北京市发生突发地质灾害104起，其中崩塌100起，位于道路沿线88起，占全年灾害总数的84.6%（北京市地质灾害防治研究所，2021）。
怀柔区位于北京北部，地处燕山南麓，地势北高南低，地形地貌复杂，存在着崩塌、滑坡、泥石流、不稳定斜坡4类突发地质灾害。截至2022年6月，怀柔区查明突发地质灾害隐患点973处，占全市11.89%，其中崩塌696处、泥石流214处、不稳定斜坡54处、滑坡9处（图1-b）。怀柔区道路沿线崩塌537处，占怀柔区总隐患点55.19%，是威胁怀柔区最主要的地质灾害。
图1 北京市地质灾害隐患统计图（2022年）Fig.1 Statistical chart of geological hazards in Beijing（2022）
2021年怀柔区突发地质灾害52起，其中崩塌灾害50处、滑坡2处，累计崩、滑方量1.2×104m3，造成直接经济损失168.91万元。50处崩塌方量多为10～200 m3（图2），灾害规模和险情等级均为小型，具有数量多、规模小、监测难、隐蔽性强、易发性高、预警预报难度大等特征。
图2 怀柔区崩塌灾害方量统计图（2021年）Fig.2 Statistical chart of collapse disaster quantity in Huairou District（2021）
2.1 崩塌的时空特征
1）时间特征
2003—2019年，北京共发生崩塌灾害275起，主汛期7月、8月共发生189起，占全部崩塌灾害总数的69%（王海芝等，2020）。2021年怀柔区山区降雨58次，平均降雨量827.5 mm，近常年同期2倍，52起地质灾害全部发生于汛期，表现为“7·13”、“7·20”2次强降雨过程频发，发灾时间与降雨密切相关。统计数据表明，北京市降雨与崩塌灾害耦合性强，灾害发生与前期1～5 d的降雨相关性最大（任凯珍等，2022；
甘璐等，2020；
刘艳辉等，2009），是崩塌灾害的直接诱因（郭英等，2022；
曾芮等，2018）。
2）空间特征
怀柔山区主要道路多呈南北向展布，受自然地质环境条件影响，道路蜿蜒崎岖，多依山或沿坡而建，空间分布具有一定规律。崩塌灾害隐患主要集中在G111（72处）、G234（46处）、G335（46处）、S213（10处）、S308（4处）、S309（17处）、X004（40处）、X020（8处）、X211（19处）、X009（12处）等道路沿线，集中分布在琉璃庙镇、宝山镇、汤河口、长哨营4个乡镇（李岩等，2022）图3；
分布呈现出国道、省道、重点县道点数多、密度小，非重点县乡道路点数少、密度大的特点，呈现这种分布规律的原因是国道、省道、重点县道路程长，承担着区内大部分交通任务，修路时人工切坡规范，后期坡面防护工作到位；
非重点道路路程短，承担着交通任务轻，修路时人工切坡危岩清理不彻底，后期坡面防护工作不到位。
图3 怀柔区崩塌隐患分布图Fig.3 Distribution map of potential collapse hazards in Huairou District
2.2 主控因素分析
1）地层岩性
怀柔区地层岩性多变，广泛出露中上元古界长城系、蓟县系、青白口系，中生界侏罗系、早白垩系火山岩，第四系则分布于全区（北京市地质矿产局，1991）。道路出露地层岩性主要有花岗岩、闪长岩、安山岩、片麻岩，长城系及蓟县系白云岩、白云质灰岩、砂岩，青白口系粉砂岩，侏罗系凝灰岩、粉砂岩，以及第四系残坡积冲洪积碎石土等。崩塌一般发育在岩石坚硬、性脆、构造节理发育的基岩坡面，与人类工程活动关系密切，坡度多大于55°，植被覆盖率较高。
2）构造
怀柔区地处燕山台褶带之承德迭隆断与密（云）怀（来）中隆断交会部位，特殊的大地构造位置致使区内断裂构造活动十分发育，断裂构造以近东西向、北东向及近南北向为主，大规模岩浆岩侵入造成区内构造特征的进一步复杂化。近南北向青石岭断裂展布于云蒙山岩体西部，受该断裂带强烈作用，附近地形切割强烈，山高谷深，同时山体岩石遭受严重破坏；
北东向崎峰茶-琉璃庙断裂构造位于怀柔区中部，其北东端与青石岭断裂相接，该断裂经历了多期活动，派生了一系列次级北东向及北西向小型断裂，致使地形切割强烈，山体破碎，不良地质现象发育。2处断裂构造对道路沿线发育的崩塌灾害起到了重要的控制作用。
3）人类工程活动
怀柔是北京重要的旅游文化风景区，区内道路工程建设频繁，在修路过程中存在不合理开挖坡脚，形成陡峭边坡，破坏了原有的地形、地貌及植被，致使岩体风化加速，卸荷松动，形成高陡边坡和破碎危岩体，加之防护措施工程滞后，坡体在震动、降雨及风化等促发因素下，容易诱发崩塌地质灾害。近年来，G111、G234、G335、S309和X004等主干公路人类工程活动频繁，沿线多发育垂直落差较大的陡坡、陡崖，主汛期多次发生崩塌灾害，威胁过往车辆和行人的安全。
3.1 范崎路K 29+500 m崩塌基本特征
崩塌位于范崎路K29+500 m路西侧，属低山沟谷地貌，虽海拔较低，但地势落差较大，点位东南侧沟底至山脊最高点相对高差约160 m。灾害坡体长约30 m、宽约100 m、高约25 m、坡向140°、坡度约80°。坡体岩性为大理岩化白云岩，层理S0：220°∠40°，中等风化，基岩较破碎，发育2组节理及不规则裂隙，节理产状分别为J1：40°∠85°、J2：140°∠80°。坡体顶部上覆第四系坡积物，厚度5～20 cm，灌木发育。3次崩落位置位于边坡中上部，距离地面高度分别约为15 m、20 m、25 m，水平运动距离最远7 m（图4）。崩塌方量分别为40 m3、30 m3、60 m3，堆积体造成道路中断，损毁路侧护栏数米，主动防护网百余平，直接经济损失13.9万元，规模和灾情等级均为小型。
图4 范崎路K29+500 m崩塌全貌Fig.4 Full view of collapse at Fanqi Road K29+500 m
3.2 范崎路K29+500 m崩塌成因分析
崩塌成灾触发因素复杂（赵忠海等，2018；
任凯珍等，2017），灾害形成和发生受地形地貌、岩土成分、地质构造等内在因素和气象条件、人为作用外在因素及其组合共同控制，内外因素耦合累积作用或随机引发达到某个临界值时就会引发地质灾害（刘传正，2019）。
1）道路工程建设开挖坡脚，破坏岩土体自然稳定状态，形成25 m高陡峭边坡，中上部危岩体临空，为崩塌灾害的孕育形成提供了有利的地形条件。
2）路段内岩性较单一，主要出露长城系高于庄组白云岩，大理岩化较强，岩石中等风化、性脆、构造节理发育，矿物颗粒间隙大，吸水后结构强度降低。
3）层理S0倾向与坡面斜交，倾斜坡外，层厚1～2 m。主控节理面J2即为坡面，壁面陡立且平整光滑，是崩塌岩体的关键切割面。节理面J1与主控节理和层理大角度相交，将岩体切割成块体，形成危岩体，赤平投影分析，危岩体向106°方位发生崩滑可能性大（图5）。
图5 范崎路K29+500 m崩塌赤平投影分析Fig.5 Stereographic projection of collapse at Fanqi Road K29+500 m
4）坡面及坡顶发育灌木，可见节理面内植被根系穿插生长，根劈作用加剧了岩体破碎程度。
5）该处7日内累计降雨45 mm，降雨沿节理裂隙入渗，使基岩与覆盖物容重增加，结构面抗滑力降低，在重力作用下破碎岩石沿节理面失稳崩塌。降雨是形成本次崩塌灾害的直接诱因，崩塌类型为三级牵引式坠落型。
4.1 基本掌握灾害风险底数
北京市各级政府及相关主管部门高度重视地质灾害防治工作，贯彻落实党的十八大以来习近平总书记关于防灾减灾救灾一系列重要指示批示精神，坚持以人民为中心的发展思想，扎实开展地质灾害隐患识别与评价工作，建立高效科学的自然灾害防治体系。范崎路K29+500 m处崩塌是2019年开展的“北京市山区道路沿线崩塌、滑坡灾害隐患精细调查与评价”项目识别的隐患点之一，2022年纳入北京市地质灾害隐患点台账管理，崩塌灾害的成功预警是地质灾害隐患识别与评价工作的重要体现。
4.2 应急工作机制不断健全
北京市突发地质灾害应急调查大队成立于2003年，成立至今形成了与北京市规划与自然资源委员会和10个分局保持应急联动，汛前排查、汛中调查、汛后核查的地质灾害“三查”工作机制。近年来，政府部门逐步健全了气象、水文、交通、防灾多部门联动预警机制，开展了地质灾害气象风险精细化预警工作，为地质灾害防治主管部门、市道路交通主管部门精细化管理工作提供了技术支撑。范崎路K29+500 m处崩塌是公路部门发现并上报，防灾部门开展应急调查并联合气象部门发布预警，交通部门积极响应并落实防灾联动应急工作机制的成功避险案例。
4.3 应急技术能力明显提高
近年来，应急调查大队积极推进无人机、边坡雷达和三维激光扫描等非接触式现代化应急装备的应用，为准确研判和科学处置提供了技术依据，应急技术能力明显提高。范崎路K29+500 m处崩塌调查采用地面调查和无人机遥感相结合，掌握了地面灾害体基本特征，克服了高陡危险边坡人不能到达的弱点，观测到灾害边坡高陡位置细节特征，调查方法合理，测量数据精准，变形趋势研判及时，处置方法科学，专业支撑作用明显。
1）道路崩塌是怀柔区最主要的地质灾害，对行人和车辆造成严重威胁。崩塌受地层岩性、地质构造和人类工程活动影响明显，具有数量多、规模小、高易发、难监测、隐蔽性强、预警预报难度大等特征。
2）怀柔区降雨与崩塌灾害耦合性强，崩塌灾害多在主汛期强降雨过程中集中频发，空间分布呈现出国道、省道、重点县道点多、密度小，非重点县乡道路点少、密度大的特点。
3）范崎路K29+500 m 3次灾害为降雨诱发的牵引式坠落崩塌，陡峻的边坡及局部岩体临空为崩塌灾害的孕育形成提供了有利的地形条件；
地层岩性和断裂构造导致岩体破碎，为崩塌的形成提供了有利的地质条件；
人类工程活动和生物作用加剧了崩塌的变形；
降雨是崩塌发生的直接诱发因素。
4）范崎路K29+500 m崩塌灾害的成功避险，是党、政部门对地质灾害防治工作的高度重视、专业应急调查队伍风险识别和应急处置能力不断提高和多部门联动响应积极落实的体现，可为类似情况下防灾减灾工作提供参考。
5）地质灾害防治工作是一项复杂的、长期的系统工程，崩塌灾害预测尚为世界难题，仍需加强崩塌灾害形成机理、致灾规律和早期识别等基础理论研究，科学有效地化解重大地质灾害风险，切实保障人民生命财产安全。
6）现阶段建议实行“隐患点+风险区双控”模式，做好单点和区域、公路路段的排查及预警工作，重点防范与人类活动相关的农村切坡建房隐患点和公路开挖形成的基岩裸露路段。
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