公路怎样安全穿越红层软岩地区
时间：2024年02月04日
我国红层软岩地区分布很广，总面积约82.6万平方公里。道路工程穿越红层地区，边坡滑塌、路基沉陷等灾害频发，严重制约工程建设和运营安全。当前，在红层路基防灾减灾与安全保障工作方面主要存在的问题是：在红层岩区的公路建设者、运营管理者对红层岩区的特性了解太少，缺乏红层路基灾害动态评价的依据，不能很好判断灾害体的发展阶段、发展趋势，很难制订出最佳治理方案，不但治理效果不佳，而且大幅增加了公路养护和维修费用。
中心在国家重点研发计划、重庆市技术创新与应用示范专项和四川省国际合作与交流计划等重大科技项目支持下，组建科研团队，历时10年协同攻关，突破了红层软岩非饱和渗流影响机制及灾变机理，探索了路基病害精准探索与智能监控预警、灾变低扰动立体调控等理论，开发了能够广泛应用于红层软岩路基灾害防控等多项具有自主知识产权的原创性成果：
◢ 提出了红层软岩路基非饱和流变-固结变形理论与动态稳定性评价方法。揭示了红层软岩路基灾害体在固-液-气耦合作用下的演变与致灾过程、关联演化特征与致灾机理、工程防控结构与灾变体协同作用机制，提出了红层软岩路基固-液-气耦合作用灾变过程控制理论，建立了基于水-力环境的红层路基动态稳定性评价方法，为红层软岩路基灾害的过程控制提供了理论支撑。
◢ 研发了红层软岩路基高精度探测及多维多场监测装备。发明了具有宽频响、高灵敏、低噪声、低畸变特点的全数字地震检波器，实现了数字检波器的国产化替代。开发了高精度全数字深地层探测装备及反射波与散射波同步分析的解译软件，显著提升了红层路基灾害体成灾因子的识别能力。研发了适应红层软岩大变形的远距离非接触式激光位移监测、智能北斗位移监测等多维多场感知预警装备，提出了红层路基灾变监测网络非冗余布设方法，全面提升了红层路基灾害监测和预警能力。
◢ 建立了基于水-力环境调控机制的红层软岩路基灾变低扰动立体防控技术体系。开发了超微表面封闭生态材料和带排水结构中空抗滑桩、中空排水锚拉抗滑桩、让压型抗滑桩、让剪型锚固结构等7种红层软岩路基灾变调控新材料、新结构，构建了红层浅表层生态防护-中、深层灾变体工程加固的低扰动立体防护体系。基于水-力环境调控机制，创建了以灾变调控时机、调控部位、调控方式及调控方案动态优化为核心的红层软岩路基灾变“精准探测-智能监测-实时反馈-动态评价-立体调控”动态调控技术链条。研究成果在红层典型路基灾变过程控制理论，探测与监测装备、预警方法及监测方案的布设、新型防护结构等多项关键技术上取得了重要创新和突破。
这项技术成果攻克了监测预警系列装备，在保证装备达到一流精度和准确率的同时将设备造价降低40%~60%，大幅度降低了环境对装备精度和稳定性的影响，在复杂恶劣野外环境下可稳定运行5年以上，数据准确率达98%以上。
重庆高速集团将成果应用于石柱-忠县高速公路安全监控、采用低扰动立体防护技术，保障了重大灾害体的运营安全，为红层路基灾害体的安全监测、灾害预警与防治提供了支撑，显著提升了红层路基安全保障能力。在工程设计过程中，依托项目成果，有效评估红层路基全寿命过程中的风险程度和破坏机理，在最恰当的时机提出经济有效且耐久实用的控制对策，及时有效的阻止风险的继续发展，为工程变更、风险咨询以及工程设计提供了技术支撑，为相关设计和咨询工程提供了新方法和新手段；自主研发了灾害体多模态安全监测与预警装备，并采用与路基灾变发展相契合的创新性全过程技术服务模式，实现了“数据快速可靠高精度获取→专业可靠的评估体系→及时准确的监控预警→处治措施及养护的全链条闭环管理。
另外，利用监控装备成功预警重庆云阳龙王溪堆积体滑坡、广州北三环 K20+900 边坡变形等红层路基边坡灾害，降低地质灾害发生概率，为防灾减灾设计评估提供了理论依据，为相关设计和咨询工程提供了新方法和新手段；采用自主研发的灾害体多模态安全监测与预警装备，实现了“数据快速可靠高精度获取→专业可靠的评估体系→及时准确的监控预警→处治措施及养护的全链条闭环管理等全过程智能监管，取得了良好的预测、评估、设计和治理效果，受到了业主的高度赞扬。
目前，该项成果已广泛应用于重庆、广东、贵州、云南等多个省市公路建设，完成了400余处红层路基边坡的勘察设计、灾害监测预警、病害处治和应急抢险，不仅大大节约了工程造价，而且在成果研发及示范过程中，完成设计类项目30余项，咨询项目20余个，授权发明专利25项，边坡安全智能监控项目50余项，科研项目10余项，取得软件著作权6项，纳入行业、地方标准9部，出版专著5部，发表高质量论文31篇，获重庆市高新技术产品1项，入选交通运输部重大科技创新成果库2项。为红层路基灾害的应急处治和防灾减灾提供了有力支撑，直接创造产值3.6亿元，成果产业化效果十分显著。
“红层软岩路基水力致灾机理与立体防控关键技术”成果总体达到国际先进水平，其中红层路基灾变“精准探测-智能监测-实时反馈-动态评价-立体调控”动态调控技术体系达到国际领先水平，获评中国公路学会2023年科学技术奖二等奖。
（撰稿人：关书敏、刘中帅）
上一篇：科技创新攻克隧道富水顽疾
下一篇：超薄罩面为公路穿上“防护衣”