原標題：川藏高速公路復雜地質災害體綜合處治分析——以喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、棄渣、高填綜合處治為例
本文來源于公眾號：悠游2019
作者：成永剛，博士，教高，注冊巖土工程師，中國巖石力學與工程學會滑坡與工程邊坡分會理事，中國土木工程學會非飽和土與特殊土專業(yè)委員會常務委員和交通巖土工程專業(yè)委員會委員，國際工程地質協(xié)會會員，中國國家公路建設項目評標專家，四川省交通運輸專業(yè)人才教育專家。

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川藏高速公路位于我國地勢由第一階梯青藏高原向第二階梯四川盆地過渡段，山體陡峻高差大，大江大河發(fā)育，斷裂活動頻繁，氣象環(huán)境變化快速，具有極其復雜的地質條件，極其脆弱的生態(tài)條件，極其困難的工程建設條件，橋隧比接近90%左右。沿線滑坡、崩塌、泥石流等自然災害體分布廣泛，工程棄渣、高填路堤、深挖路塹等工程災害居高不下，甚至出現(xiàn)多種類型地質災害體共生的情況，對高速公路形成了巨大的安全隱患、建設成本和工期壓力。
通過對川藏高速公路喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、棄渣、高填的復雜地質災害體綜合處治方案研究，以期能為今后通過區(qū)內(nèi)的川藏鐵路等的類似復雜地質災害體處治提供一定的借鑒。
一、基本情況
喇叭嘴段為典型的“兩隧夾一橋”，其中小里程端龍進隧道長1274m，大里程端日地1#隧道長1883m，喇叭嘴中橋長80m，橋面距溝底標高20～25m。工程建設期間接連發(fā)生了日地1#隧道進口段滑坡變形、山體卸荷開裂和崩塌落石，龍進隧道出口段滑塌和落石，大量隧道棄渣棄于橋梁部位，以及補充地質調(diào)查時發(fā)現(xiàn)喇叭嘴溝屬于泥石流溝等地質災害體等，對工程的建設形成了巨大安全隱患。
二、工程地質環(huán)境和災害體特征
項目區(qū)屬河流侵蝕-構造剝蝕的高中山峽谷地貌，為高山亞寒帶氣候區(qū)，位于康定-甘孜地震帶地塊，東側為大渡河活動斷裂帶，西側為康定-磨西活動斷裂帶，構造活動強烈而地震多發(fā)，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.3g，屬于典型的高烈度地震區(qū)。區(qū)內(nèi)廣泛分布晉寧～澄江期粗粒結構、塊狀構造的花崗巖，山體高陡。
1、喇叭嘴泥石流
喇叭嘴溝主溝全長7.46km，平均縱坡比降398‰，溝谷寬6～70m，流域面積約8.46km2，流域切割密度3.24km/km2，主溝相對高差 3104m。根據(jù)4744m～3900m、3900m～1860m 、1860m～1660m、1660m～1640m 四段高程分為寒凍風化區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。寒凍風化區(qū)和形成區(qū)的季節(jié)性積雪及高海拔影響碎塊石，以及溝谷兩側高陡岸坡形成的崩坡積物為泥石流物質的主要來源，泥石流靜儲量約為112.49萬方，動儲量為31.25萬方。
喇叭嘴溝在1937年和1958年發(fā)生過兩次規(guī)模較大的泥石流，近年來溝中偶有小規(guī)模的泥石流發(fā)生，但主要停積在溝道中上游。溝內(nèi)分布大量的漂木和呈稍密~中密狀礫石等泥石流堆積物。溝內(nèi)海拔3000m以上地段植被多為草甸和稀疏灌木，隨著海拔降低溝內(nèi)喬木比例逐漸提高，尤其是在2100m左右的高速公路附近，溝內(nèi)植被茂盛，喬木直徑可達到40cm以上。溝內(nèi)常年的穩(wěn)定水流約為0.5方/秒，在暴雨時水量大幅增加，屬于典型的暴漲暴跌型山區(qū)溝谷，目前泥石流堆積區(qū)分布有大量居民。

圖1 喇叭嘴泥石流溝溝床縱剖面圖

圖2 喇叭嘴溝內(nèi)遍布的碎塊石和漂木

2、日地1#隧道進口段和龍進隧道出口段坡體
構成坡體的斜長花崗巖中發(fā)育五組結構面，即J1：80°∠70°， J2：78～83°∠25～32°，J3：269°∠72°，J4：301°∠33°，J5：175°∠70°。
1）日地1#隧道進口段
自然斜坡高陡，坡向75°，地表為厚約10m的稍密狀崩坡積碎塊石。坡面落石現(xiàn)象嚴重，樹木多呈“馬刀樹”狀。下伏的強～中風化花崗巖中，傾向坡外的J1結構面追蹤發(fā)育卸荷裂隙，其貫通度達10m以上，傾向坡外的J2結構面貫通度5m以上。陡傾的J1結構面和緩傾的J2結構面組合對坡體穩(wěn)定性具有控制作用。
2017年2月下旬，隧道開挖時仰坡出現(xiàn)約300方垮塌，坡外約70m的位置出現(xiàn)兩條長約15m的貫通狀裂縫，其側界明顯受花崗巖中發(fā)育的J4和J5結構面控制；距隧道洞口約20～40m的隧道洞身出現(xiàn)多條狀環(huán)向裂縫，其形態(tài)與花崗巖中發(fā)育的J1和J2結構面相一致。

圖3 日地1#隧道進口邊坡

2）龍進隧道出口段
自然斜坡高陡，坡向269°。隧道仰坡部位坡體主要由強～中風化花崗巖構成，與自然坡向一致而與線路斜交的J3結構面貫通度10m以上，坡面常有零星落石掉落；隧道標高以下崩坡積碎塊石厚度約10m。
2017年5月中旬，隧道左、右洞之間的溝槽部位，沿與J3結構面近于一致的基巖面發(fā)生了約1000方的滑塌，造成隧道下部堆積體發(fā)生較大變形而威脅線路安全。

圖4 龍進隧道出口邊坡

3、隧道棄渣
隧道口的喇叭嘴溝中棄置了約22萬方的花崗巖隧道棄渣，在極端條件有成為泥石流物源的可能，存在巨大的安全隱患。根據(jù)調(diào)查，原溝底多呈臺階形，分布厚約3～17m的泥石流堆積體，溝底縱坡約350‰。喇叭嘴溝在高速公路附近呈相對寬緩的U型，溝寬約50～70m，兩側岸坡堆積厚約10m以上的稍密狀崩坡積體。棄渣體前部主溝兩側岸坡陡立，基巖完整性好，溝寬約7m左右，使棄渣所在溝谷呈典型的“葫蘆狀”。

圖5 喇叭嘴溝內(nèi)隧道棄渣

三、地質災害體機理分析
1、喇叭嘴泥石流溝是典型的高海拔溝谷型泥石流。低氣溫、強日照、大溫差、季節(jié)性積雪，為泥石流物源創(chuàng)造了條件；季節(jié)性融雪、強降雨和寒凍風化帶的開闊地形，為泥石流的形成提供了良好的水源；寒凍風化帶和3000m以上的高海拔地帶植被稀少而基巖裸露，山體和溝谷岸坡高陡，有利于夏季雪山融水和雨季地表水的快速匯流沖刷，為泥石流的暴發(fā)提供了良好的水動力條件。
自1937年和1958年爆發(fā)兩次規(guī)模較大的泥石流發(fā)來，喇叭嘴泥石流多次小規(guī)模爆發(fā)，但由于季節(jié)性積雪的不斷減少和區(qū)內(nèi)植被的有效恢復，加之泥石流溝道多彎而狹長，使小規(guī)模爆發(fā)的泥石流多在溝道后部由于阻塞而停積。但存在多年蓄能后在強震激發(fā)和極端強降雨條件下爆發(fā)較大規(guī)模泥石流的可能。
2、日地1#隧道洞口場地平整時開挖形成了最大高度約21m仰坡，造成二元結構邊坡上部欠穩(wěn)定狀態(tài)的堆積體由于前緣支撐力度減弱而沿土巖界面發(fā)生滑移，滑體平均厚度為9m，滑坡體積約5萬方，主滑方向為75°，并伴有局部坡體垮塌和坡面落石。
此外，隧道挖深60m左右時，在距隧道洞口約25～40m的范圍內(nèi)隧道洞身出現(xiàn)多條環(huán)狀、貫通裂縫，洞頂累計下沉約10mm左右，洞底仰拱部位裂縫深約2～3m。根據(jù)補充勘察，仰拱下部7.4～16.5m的部位存在穩(wěn)定水位，其水位線與花崗巖中發(fā)育的傾角為25～32°的J2結構面傾角基本吻合；而隧道洞身開裂的裂縫依據(jù)花崗巖中發(fā)育的傾角為70°的J1結構面向上延伸時與地表的覆蓋層滑坡后緣裂縫基本吻合。
基于此，隧道所在坡體由于溝谷陡深而卸荷嚴重，隧道爆破開挖后造成花崗巖體依附于傾向坡外的J1和J2兩組結構面發(fā)生強烈卸荷，造成隧道在上部巖土體在重力作用下沿陡傾結構面J1發(fā)生擠壓開裂；隧道下部花崗巖體沿緩傾結構面J2發(fā)生回彈開裂。
3、龍進隧道左洞進洞前對側向邊坡進行開挖，形成了高約12m的邊坡，造成上部坡體發(fā)生了約1000方的滑塌。且在發(fā)生地震的情況下，將可能引發(fā)大規(guī)模的崩塌而直接威脅下部橋梁的安全。
4、溝道內(nèi)棄置的花崗巖棄渣，若不能原位進行有效處治，在長期溝水作用下存在沿下伏較陡的溝底縱坡發(fā)生滑坡或成為泥石流物源的可能。

圖7 高速公路喇叭嘴溝段地質剖面圖

四、復雜地質災害體綜合處治方案分析
項目區(qū)地質災害體包括滑坡、崩塌、泥石流、棄渣，各地質災害體之間的工程處治既相互聯(lián)系，又相互制約。因此，工程處治方案應具有針對性和兼顧性特征，確保高烈度地震區(qū)各災害體的安全。
1、泥石流處治
喇叭嘴泥石流的合理處治對滑坡、崩塌、棄渣處治方案確定和線路的通過形式具有直接的影響，因此，合理地確定泥石的特征和相關參數(shù)，是項目區(qū)復雜地質災害體綜合處治的關鍵。
1.1、泥石流防治標準確定
結合泥石流的流域、溝型、堆積扇、物質貯量、暴雨強度、植被、危害對象等指標判定，喇叭嘴泥石流定性為低頻、泥石流活動規(guī)模中等、災害等級為Ⅱ級、危害程度為一般災害。泥石流防治標準和工程設計保證率宜為10～5%�？紤]到泥石流是項目區(qū)復雜地質災害體綜合處治的關鍵，故防治標準和工程設計保證率取5%�；�于此，喇叭嘴溝泥石流為中頻、輕度易發(fā)、中度危險型泥石流，泥石流的防治標準和工程設計保證率取2%。

表1 喇叭嘴泥石流相關參數(shù)表

1.2、泥石流處治方案
喇叭嘴泥石流間歇性發(fā)生、爆發(fā)頻率低，溝內(nèi)大顆粒物源占比大，對高速公路和堆積區(qū)的民居存在直接的安全隱患，且項目區(qū)屬于無人區(qū)，一旦損壞很難進行工程恢復，故需設置工程進行分級有效攔擋和疏排。
1）在線路上游490m與355m處的溝道分別設置梅花形布置的3排樁林，對泥石流中的粗大花崗巖顆粒、漂木等進行攔截。即
第一排和第二排樁林由3排C30鋼筋砼圓樁組成，樁體入巖3.0m，露出地面8.0m，樁頭和地面處用系梁進行連接。
2）在線路上游221m處設置一道剛性梳齒壩，對經(jīng)樁林攔截下泄后的泥石流較大顆粒進行再次攔截。
3）在線路上游150m處設置一道攔砂壩，對泥石流中的顆粒進行有效攔截，從而控制泥石流下泄后的沖刷、撞擊能力和停淤隱患，提高下游結構物的安全。攔砂與下部排導槽相連，攔砂壩庫容1.4萬方。
4）攔砂壩前部設置底寬10m，高5.5m的C30鋼纖維砼排導槽，有效確保泥石流順利疏排。

圖8 喇叭嘴泥石流攔截工程措施布置圖

2、隧道洞口地質災害體處治
日地1#隧道進口端的主要病害為堆積體滑坡和依附于花崗巖結構面的卸荷體，以及與龍進隧洞出口端共同存在的崩塌落石。
2.1、地質災害體相關參數(shù)
依據(jù)隧道上部的陡傾張性結構面和隧道下部的緩傾壓性結構面性質，以及卸荷體的風化段落，結構面貫通長度、充填度和張開度，并結合區(qū)內(nèi)相似的水電站花崗巖結構面參數(shù)，確定花崗巖結構面參數(shù)，并取控制性的地震工況進行計算潛在下滑力，安全系數(shù)K=1.15。

表2 不同性質花崗巖結構面參數(shù)及潛在下滑力

2.2、地質災害體處治方案
1）日地1#隧道進口仰坡的堆積體滑坡和花崗巖卸荷體，在隧道上部采用錨桿和錨索工程進行加固。
2）將喇叭嘴中橋由80m減跨為40m，利用花崗巖棄渣對“橋改路”段的日地1#隧道進口段和龍進隧道出口段坡體進行反壓。
3）減跨后的喇叭嘴中橋橋下設置同線路上游相同參數(shù)的排導槽對泥石流進行引排。
4）根據(jù)落石軌跡和能量，在日地1#隧道進口段和龍進隧道出口段30m和50m的路基部位設置柔性明洞，從而大大提高隧道洞口的崩塌落石防護等級。

圖9 隧道洞口處質災害體綜合處治工程設計布置圖

3、花崗巖棄渣和高填處治
1）花崗巖棄渣采用1:1.5～1:2坡率進行放坡，路堤邊坡最大高度78.5m。在路堤一級平臺部位設置樁基托梁擋墻對路基與花崗巖棄渣進行隔離，以有效確保高速公路安全。
2）坡腳設置C30拱形砼擋墻。其中擋墻下部采用3排微型樁，擋墻兩端嵌入中風化花崗巖岸坡不小于1.5m，墻前設置C30鋼筋砼消能弧。
3）排導槽采用雙層半圓形鋼波紋管材料，有效提高泥石流排導槽在棄渣填方體上的抗裂性和“束流攻沙”的效果，并在管底設置厚50cm的砂石墊層和土工格柵對可能的差異沉降進行調(diào)節(jié)。

圖12 棄渣、高填綜合處治工程設計布置圖

五、結語
1、川西藏區(qū)峽谷深切，地質構造復雜、新構造運動強烈，地質災害頻發(fā)，高速公路應貫徹地質選線理念，盡量避免在地質災害群發(fā)地段通過。
2、泥石流的有效治理是喇叭嘴復雜地質災害體成功治理的基礎，而大量棄渣的有效綜合處治、利用是復雜地質災害體成功治理的關鍵。
3、復雜地段的泥石流治理工程，宜采用分級攔擋工程和抗裂性較好的排導槽，而溝內(nèi)高烈度地震區(qū)的高填與棄渣應進行隔斷分別進行處治，并適當提高工程的安全冗余。
4、合理分析堆積體滑坡性質和花崗巖卸荷體的發(fā)展趨勢，積極采用“橋改路”反壓工程有效提高了坡體的穩(wěn)定性和線路的抗崩塌落石等級。
5、地質災害復雜地段，應合理設置棄渣場地，嚴格控制工程施工風險，加強工程管理，防止人工次生災害的發(fā)生。