地理信息系统（GIS）是一门集地理空间数据处理与计算机技术于一体的边缘学科领域。它是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和分析具有空间内涵属性的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。对高烈度山区公路防震选线研究的关键是进行山区综合抗震稳定性评价指标及分区研究和综合地质灾害指数及分区研究，在地理信息系统技术平台的支持下完成公路走廊带的选择和公路优化选线。本项目基于地理信息系统的防震选线，首先要采集相关的基础资料录入地理信息系统以便选线决策使用。

1.综合映汶路震后地质灾害指数

调查和搜集预选路线走廊区域内对映汶公路重建及其原有构造物产生影响的各种震后地质灾害的情况、规模、数量等，其中包括地震后的次生地质灾害。利用地理信息系统技术编制各种地质灾害分布图，计算地质灾害群聚程度和发育强度指数。依据这两个指数计算综合地质灾害指标，并进行综合灾度分区，搞清此路段震后地质灾害空间分布及发育强度状况，为公路选线提供基础依据。

遥感技术的采用为上述解决方案提供了有用的信息。在灾后重建阶段，利用震后高分辨率遥感影像，通过分析，可以调查重建工程沿线的地形、地貌、地质及次生灾害发育情况，制作设计用的地质图、土地利用图、数字高程模型图（DEM）、坡度图和坡向图等，为公路设计提供基础资料；还可以通过将DEM与遥感影像、公路设计矢量图进行叠加，虚拟出公路施工后的效果图，计算公路施工的挖填方量等信息，大大减少人工地面调查的工作量，减少人员因外业作业而遭遇的危险性（图5-6）。

2.震后自然边坡抗震稳定性评定

“5·12”汶川地震后，交通设计院就组织富有经验的技术人员对全线的边坡进行了详细的调查，根据调查情况，立即采取应急抢通、保通工程措施，为映汶路的抢通、保通起到了非常重要的作用。在灾后重建阶段，再次组织五家权威单位对基本抢通的公路进行了更为详细的调查。为方案设计提供了较翔实的外业资料。

（1）搜集1∶1万地形图和原有施工图设计文件，以及沿途遥感影像图和航拍照片。

（2）由于受损边坡过高，现场调查基本无法估算到边坡的高度，故通过遥感影像图判读映秀—汶川公路边坡的受损情况及坡高，查明不良地质状况和变化趋势，为分析边坡的破坏机理及形成原因提供了有力的证据。

（3）分析预选路线走廊带的地形、地貌、地质构造、地层岩性、地下水和植被等资料。详细调查和收集公路路基及上、下边坡的破坏情况。同时，对部分原路路基边坡进行测评，编制各类基础图件，根据地震及力学分析，并结合地震对公路路基及上、下边坡的破坏状况，分析计算自然边坡的抗震稳定性，为公路选线及结构物设计提供基础依据。

3.测评沿线河谷抗震稳定性

根据映汶路预选走廊带的河谷地形、地貌、地层岩性、水文及水文地质资料、河谷公路和建筑物受地震破坏的情况等，分析计算河谷抗震稳定性，为减灾防灾综合选线提供基础。下面以国道213线映秀至汶川公路著名的“老虎嘴”分析为例，谈一下综合灾害治理选线。

老虎嘴崩塌体位于都汶路映秀—汶川段K28+290～K28+740区间内，坐落于岷江的左岸。该崩塌体在“5·12”汶川地震时顷刻形成。其崩塌体物质来源于现公路内侧相对高为20～300m的山体上。崩塌体规模巨大，是映秀—汶川段最大的崩塌体之一，并一度堵塞岷江，成为整个区段最大的堰塞体。正是该堰塞体导致都汶路映秀—汶川段迟迟不能打通。直到地震发生后3个月，临时公路才首度贯通。但目前本崩塌体仍然严重挤压岷江，迫使河道向右岸游动，其中Ⅱ—Ⅱ断面河道中心处就向右岸摆动逾130m，致使切入右岸坡体内67m之多，原有河道已荡然无存，并全部被崩塌体所掩埋，约100m宽的河道，如今却仅被冲开狭窄的20m水面缺口，落差很大且水流湍急。而堰塞体不远处的上游则一片平静湖面，估计水深25m以上（图5-7）。

图5-7　老虎嘴边坡全貌

老虎嘴崩塌体呈半锥体形状，公路长度约450m、宽约260m，Ⅱ—Ⅱ断面原岷江左岸处堆积厚度为86m。仅堆积于河底内的物质约达200万m3，属于一典型的大型崩塌体。堆积体主要由大小不一的块石组成，含少量碎石土。堆积体表面坡体物质粒径为20～200cm者居多，其中也可见近百吨的巨石。

由于边坡极高，坡长延伸约500m，所以除下部块石区外，不少范围内的堆积体表层比较疏松；崩滑块体、飞石及局部滑移不稳定现象较多。尤其中上部整体中等规模垮塌依然存在；但中下部目前尚不存在整体失稳的问题，不过坡体物质尤其是浅表层物质的动态调整依然存在，并将持续较长一段时间。因此，就目前公路运行安全而言，可以说当前的危险性在上而不在下。

老虎嘴崩塌体的成因非常明确，即不利地形、构造、节理等本底条件下的突发地震力作用。但接下来的作用条件除余震力外，还会有人为活动、河流冲刷、雨水甚至风力的作用等。从趋势分析看，老虎嘴崩塌体整体基本稳定及浅表层的活动性特征还将持续几个月甚至几年的时间，之后其稳定性将逐渐反向转化，即浅表层大部分范围的坡体将由不稳定转为稳定；而深部将由整体的基本稳定转向局部的不稳定。比如坡体的前缘部位，若听之任之继续恶化的话，就会造成一定规模的坡体失稳。

需要特别提出的是，老虎嘴崩塌体严重侵占了岷江河道，而岷江又是一个冲刷、携带能力和流量变化极大的河流。所以岷江洪水的势不可挡必将促使目前岷江崩塌岸坡的再造作用，尤其是向固有河道回归的方向发展，这是不以人的意志为转移的客观规律。因而从长远来看，防治工程也必将遵循这一规律。远期河岸防护工程也只有待河道恢复一定宽度后才能实施。

灾后重建阶段采取的措施：主要为坡体大变形调整中的保通方案。

在该期对有关坡体稳定方面的工程不予太多关注，仅对涉及道路安全方面的突出问题给予考虑，因此需要采取以下必要的措施：

（1）首先清除公路沿线的松弛危岩及不稳定块体。

（2）在距公路内侧边缘2m处设置石笼矮挡墙或浆砌片石挡墙；其中石笼挡墙高2～3m，浆砌片石挡墙高3～6m。

（3）在距离线路中心线10m左右的坡面上设置绿化带。

（4）在高程约950m处设置一6m宽的安全平台。该平台一方面起到拦挡落石的作用；另一方面作为河道回归后现有公路失去交通能力的应急通道，经稍微扩充后就可作为正式道路，避免因再次抢通公路而长期断道的风险。

（5）在高程960m附近处布置7.0m高的SNS被动防护网，以拦截飞石。

（6）结合抢通过程中形成的临时公路情况，调线布设时最终采用回头曲线和C形曲线（图5-8）来尽可能拟合抢通道路，曲线最小半径为88m；纵面拉坡时，考虑少挖或不挖抢通后的路基，一是保通需要，二是可以减少崩塌体的清方量，最终经过论证，该段设计纵坡最大采用8%，内侧路基加宽增设爬坡车道一处，基本满足设计速度40km/h的要求。

(www.daowen.com)

图5-8　老虎嘴调线示意图

4.综合测评路线走廊

在综合抗震稳定性、综合地质灾害指数的基础上，基于GIS的空间分析功能，提出防震稳定性良好的路线走廊带，然后进行合理比选，细化设计至路线设计的每个要素点。当然，在评估过程中，对自然灾害进行评估，即评估危险性和脆弱性。主要包括：具有危害性的灾害类型；对每一种灾害威胁的地理分布和发生间隔及影响程度进行评估。具体研究决策路线步骤详见图5-9。

图5-9　技术路线框图

在上述解决思路和设计原则的指导下，国道213线映秀—汶川公路灾后重建选线方案始终牢牢贯彻八字方针，即“绕避、穿越、拦挡、治理”。

（1）绕避。“5·12”汶川地震爆发后，映汶路多处段落被崩塌堆积体覆盖，在路线布设时，主要采用适当绕避和清方拓宽两种排险处治方案。在严重垮塌地段尽量清除、拓宽路面，并设置避让通道，先后在麻柳湾、白云庵、梭坡店、连山村等设置4条地质灾害避让通道，并完成老虎嘴壅塞体至豆芽坪段、罗圈湾、飞来石和桃关至草坡段等8处改线工程（图5-10和图5-11）。

图5-10　白云庵避让通道

图5-11　连三村避让通道

（2）穿越。复杂的地质条件使映汶公路沿线几处产生连续的泥石流和塌方，严重影响公路通行安全。由于沟内堆积大量崩塌碎石体，泥石流物质来源丰富，每逢雨季极易发生泥石流，严重威胁公路运营安全。因此，选线时考虑在烧房沟、麻柳湾、桃关村及水文站4处严重危害地段设置明洞（图5-12），以抵御泥石流的威胁。

图5-12　麻柳湾明洞

（3）拦挡。对于坡顶为基岩、坡脚堆积大量崩塌体且边坡坡度相对较缓，边坡整体稳定地段，路线通过时，直接考虑对上边坡采用拦石墙（内挡）、被动网防护，局部地段采用挂网喷射混凝土进行防护（图5-13和图5-14）。相对来说，路线利用老路改建快捷，工程造价较低。

图5-13　沙窝子格宾挡墙

图5-14　桃关村拦石墙

（4）治理。此次地震地处山区，严重的次生灾害是导致公路严重受损的最显著特点。而可供路线选择的走廊有限，在无法绕避的情况下，为了应对次生地质灾害，主要是来自公路内侧上边坡的崩塌、泥石流和下边坡的岷江冲刷，根据地质灾害破坏性质及规模，对全线上边坡和路堤分类进行综合处治，分别采用局部绕避、隧道穿越、拦石墙（内挡）、被动网、主动网、浸水挡墙、框架锚索、框架锚杆、钢管桩、混凝土四面体等多种方式进行综合整治（图5-15和图5-16）。

（5）小结。对映汶公路灾后重建实施的防震选线，为汶川地震灾区后期灾后重建避开震后次生灾害起到了积极的作用。然而，开展高烈度山区公路防震选线是一项复杂的系统工程，从目前科学技术发展现状来看，人类还不可能在短期内对高烈度构造应力地震作出较为准确的预报。所以，最有效、最经济的方法之一是在公路建设的初期，即选线阶段对高烈度山区进行科学、有效的评价，或前期防护评价工作，在符合现有公路技术标准即相关技术规范的基础上，选择相对最佳路线走向方案，以避免或加固可能因地震产生的不同地质灾害岩体，使各类公路构造物路基、桥涵、隧道避免遭受大的破坏，使高烈度山区各类公路为我国各项建设、防灾救灾，实现和谐社会，真正起到生命线的作用。

图5-15　K34+500～K34+700绕线

图5-16　K42+200预制混凝土四面体河岸防护

交通遥感技术的应用，必须有交通基础空间信息作为支撑。今后急需整合建立公路交通基础数据库，适当开放1∶5万～1∶1万公路网数据库的使用，特别是对于重大以上灾害监测的应用和研究对数据的使用，为高烈度山区公路防震选线提供依据。