長輸管道建設(shè)中常見邊坡失穩(wěn)形式和防治

張建良 亢會(huì)明

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川 成都 610041

0 前言

長輸管道建設(shè)過程中不可避免地要通過各種復(fù)雜地段，在丘陵、山區(qū)等地段經(jīng)常出現(xiàn)各種邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，滑坡是出現(xiàn)最多、對(duì)管道建設(shè)影響最大的邊坡失穩(wěn)形式，嚴(yán)重威脅著管道建設(shè)及運(yùn)行的安全。本文對(duì)幾種典型的邊坡失穩(wěn)情況進(jìn)行分析，提出有針對(duì)性的、綜合性的治理方案和措施。

1 常見邊坡失穩(wěn)形式

邊坡失穩(wěn)表現(xiàn)為在自然因素或人類工程活動(dòng)影響下邊坡出現(xiàn)裂縫、松動(dòng)、滑移等現(xiàn)象，是一種復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害過程，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和組成邊坡巖土體的不同，邊坡失穩(wěn)有不同的形式［1］。

1.1 土質(zhì)邊坡

土質(zhì)邊坡是指由砂性土、黏性土、黃土、填土等構(gòu)成的具有傾斜坡面的土體。由于在土體自重及結(jié)構(gòu)力作用下，整個(gè)土體都有從高處向低處滑動(dòng)的趨勢(shì)，如果某一面上的下滑力超過抗滑力，或者面上每點(diǎn)的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度，該類邊坡將失穩(wěn)，最常見的表現(xiàn)為滑坡和坡體蠕動(dòng)變形。土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性主要與邊坡土質(zhì)結(jié)構(gòu)、邊坡高度、坡角、自然區(qū)域環(huán)境有密切相關(guān)關(guān)系。砂性土邊坡較黏性土邊坡易于遭受沖刷而破壞；較高的邊坡比較低的邊坡更容易遭受坡面流水沖刷；密實(shí)度較好的邊坡比密實(shí)度較低的邊坡耐沖刷。氣候變化大、水量充沛的區(qū)域邊坡發(fā)生的變形也較大［2-3］。

土質(zhì)邊坡失穩(wěn)通常呈現(xiàn)出漸近性破壞，由蠕動(dòng)變形至拉裂滑動(dòng)，在長輸管道建設(shè)中主要表現(xiàn)為以下幾種。

1.1.1 河道沖刷引起的邊（岸）坡失穩(wěn)

河道滑坡通常在山間河谷地貌發(fā)育。河水的常年沖刷，使河道加深，邊（岸）坡臨空面增大，在強(qiáng)大氣降水情況下，河水流量迅速增加，流速加快，加劇了對(duì)坡（岸）腳的沖刷，地表降水亦滲入坡體內(nèi)，使得坡體自重增加，滑動(dòng)面力學(xué)強(qiáng)度降低，形成邊坡變形、蠕滑，進(jìn)一步發(fā)展形成滑坡。因此河谷川臺(tái)地區(qū)、山區(qū)河道滑坡極其發(fā)育，在土質(zhì)邊坡中占有相當(dāng)大的比例。圖1中西氣東輸工程某黃土地區(qū)滑坡即為典型的河道沖刷引起的滑坡，輸氣管道在坡體上方平臺(tái)敷設(shè)，沿坡腳處發(fā)育河流，河道寬約在7～11m，河水長年沖刷坡腳，坡體臨空面不斷增大，造成坡體失穩(wěn)，發(fā)生蠕滑變形。

圖1 黃土滑坡前緣變形跡象

1.1.2 人類工程活動(dòng)引起的邊坡失穩(wěn)

在人類工程活動(dòng)中也極易誘發(fā)邊坡失穩(wěn)，例如管道管溝開挖增大了邊坡臨空面，管溝沒有及時(shí)回填或采用臨時(shí)支撐導(dǎo)致邊坡變形，導(dǎo)致附近構(gòu)建筑物拉裂，造成安全隱患。此類情況曾在四川地區(qū)的長輸管道建設(shè)中時(shí)常出現(xiàn)，見圖2。

圖2 管溝開挖引起的邊坡變形

1.1.3 大氣降水引起的邊坡失穩(wěn)

在長期降雨或一次大量降雨的情況下，大氣降水大量滲入坡體，造成土體飽和后自重增大，土的力學(xué)強(qiáng)度降低，邊坡中水的浮托力增大，引起邊坡失穩(wěn)。在管道建設(shè)過程中由于管溝未及時(shí)回填或管溝回填不密實(shí)，加劇了大氣降水對(duì)邊坡的破壞。

1.2 巖質(zhì)邊坡

巖質(zhì)邊坡的變形多受巖體結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力等影響，在降雨、融雪、凍脹、其他形式的風(fēng)化和人類工程活動(dòng)等誘發(fā)下，形成滑移和崩塌，對(duì)管道建設(shè)和運(yùn)營造成危害。

1.2.1 滑移式

滑移式的巖體特征主要受外傾結(jié)構(gòu)面控制，坡體沿硬性結(jié)構(gòu)面或軟弱結(jié)構(gòu)的層面下滑，出現(xiàn)單層面和多層面滑動(dòng)。受外傾結(jié)構(gòu)面控制的巖質(zhì)坡體見圖3。

受外傾結(jié)構(gòu)面控制的巖質(zhì)滑坡為順層結(jié)構(gòu)、多為單斜結(jié)構(gòu)（包括堆積斜坡），坡體傾角由下向上逐漸變陡，傾角一般在10°以上，以15°～40°居多，尤以順層堆積層面和基巖頂面及軟弱層面活動(dòng)最多。如向斜的一翼，上部巖層對(duì)下部巖體有較大的推力，當(dāng)下部支撐減弱，或受其它影響，則易發(fā)生大規(guī)模的順層滑坡。此類多為板塊、片狀巖體。

1.2.2 剪切式

巖體受非外傾結(jié)構(gòu)面控制，坡體剪切巖體層面滑動(dòng)，此種巖體結(jié)構(gòu)常為塊狀、散體狀，常沿不利滑動(dòng)面滑動(dòng)。受非外傾結(jié)構(gòu)面控制的巖質(zhì)坡體見圖4。

對(duì)于受非外傾結(jié)構(gòu)面控制的巖質(zhì)坡體，巖體多成水平層狀結(jié)構(gòu)或反傾向坡體，巖性多為半成巖地層（如昔格達(dá)層和共和層）或軟弱巖層（如泥巖、頁巖為主構(gòu)成），因巖質(zhì)較軟，遇水后強(qiáng)度大大降低，故易引起滑動(dòng)。

圖3 受外傾結(jié)構(gòu)面控制的巖質(zhì)坡體

圖4 受非外傾結(jié)構(gòu)面控制的巖質(zhì)坡體

2 邊坡失穩(wěn)的處理措施

邊坡失穩(wěn)的處理措施按其作用可分為兩種：一是邊坡整體穩(wěn)定，僅對(duì)表或局部出現(xiàn)的變形破壞采取的防護(hù)措施；二是邊坡整體不穩(wěn)定，為消除或減少不穩(wěn)定因素而采取的整治措施。

近年來，根據(jù)管道邊坡變形的原因，采用支擋與防排水相結(jié)合的綜合治理措施，取得了較好的效果。

2.1 錨桿（索）

當(dāng)遇到規(guī)模較大的不穩(wěn)定邊坡和不易清理的巖體（危巖），管道又必須從此類地帶通過時(shí)，可優(yōu)先選擇錨桿（索）加固，錨索長度一般為20～50m，錨桿則在20m以內(nèi)。此方法對(duì)運(yùn)行管道干擾極小，安全性高、工期快、占地小、投資少。

重慶經(jīng)開區(qū)某工程因隧道開挖，導(dǎo)致坡體失穩(wěn)崩塌，威脅到重慶市區(qū)供氣管道的安全運(yùn)行，在不能停止供氣和工程建設(shè)的情況下，優(yōu)先選用了錨索，有效加固了坡體，確保了管道的安全運(yùn)行。

2.2 擋土墻或抗滑樁

擋土墻和抗滑樁是管道建設(shè)防護(hù)中運(yùn)用最多的防護(hù)措施。擋土墻常應(yīng)用在新建管道中，可以處理高度小于5m的不穩(wěn)定邊坡或欠穩(wěn)定邊坡體，一般常設(shè)置在坡腳處，不穩(wěn)體區(qū)域規(guī)模（滑體厚度）較大時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況采用樁基礎(chǔ)擋板設(shè)置在管道附近?？够瑯兑话愠Ｓ迷谝堰\(yùn)營管道中新出現(xiàn)的不穩(wěn)定邊坡體加固上，適用于加固滑坡體厚度較大、治理范圍廣和管道改線困難段，其治理效果好，但施工風(fēng)險(xiǎn)較高［4］。

在川渝地區(qū)輸氣管道邊坡隱患治理工程中，受治理區(qū)域地形地貌單元復(fù)雜、通行條件差、排水困難、不能爆破等因素制約，大多采用抗滑樁、擋土墻等方案治理，人工挖孔抗滑樁使用機(jī)具少，對(duì)條件要求不高，優(yōu)勢(shì)明顯。

2.3 防排水措施

防排水措施以管溝截水為主，對(duì)坡體匯水采用截排結(jié)合的措施，松散層地下水可以采用排水盲溝進(jìn)行處理。

2.4 修建水工保護(hù)措施

水工保護(hù)常和圬工防護(hù)措施配合使用。大氣降水和地表徑流是影響坡體穩(wěn)定的主導(dǎo)因素，也是坡體失穩(wěn)的誘發(fā)因素。邊坡的最薄弱環(huán)節(jié)就在邊坡坡腳，無論是水流對(duì)坡腳的沖刷或是冬季積雪，都會(huì)造成坡腳濕軟，強(qiáng)度降低，致使上部巖（土）體失去支撐，發(fā)生破壞。因此在制定沿河道岸敷設(shè)長輸管道防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)因地制宜地在地表徑流方向修建截水溝、排水渠、護(hù)岸、丁壩等有效降低水流對(duì)坡體坡腳和坡面的直接沖刷。

3 工程實(shí)例

3.1 截排水治理方案

某輸氣管道滑坡相對(duì)高差約27m，平均坡度在15°～25°之間，滑坡前緣寬度約101m，滑坡中部平均寬度約77 m，順主滑方向長約103m?；抡w空間上形態(tài)呈“圈椅”形，上部與下部較陡，中部較緩（局部地段呈洼地），有公路從坡體中后部通過，滑體前緣發(fā)現(xiàn)有鼓脹裂縫，坡底有河流通過?；伦畲蠛穸?0.5m，體積9.5×104m3，為一小型土質(zhì)滑坡，見圖5～6。該滑坡主滑方向?yàn)?43°，管道走向?yàn)?11°，管道與滑坡的主滑方向呈128°的夾角，管道在滑坡的中上部斜向貫穿滑坡。

該滑坡形成的主要原因是：管道施工后，管溝區(qū)域土質(zhì)疏松，且地表植被被破壞，雨季時(shí)大量雨水下滲，邊坡土體自重增加，下伏基巖為相對(duì)隔水層，雨水長期下滲至滑體的中下部位；坡體下部有河流通過，在暴雨時(shí)河溝的水量劇增，加之沖溝的坡度較陡，水流湍急，滑坡的前緣又處在沖刷岸，側(cè)蝕嚴(yán)重，致使坡腳阻力降低，臨空面增大；從山腰修建的一條盤山簡易公路通過滑坡進(jìn)入溝底，導(dǎo)致山上的雨水沿公路流入坡體。

根據(jù)該滑坡具體情況采取的治理措施為：在管道位置靠山側(cè)方向的滑坡體范圍內(nèi)，開挖底寬2.0m，深度低于管道底面位置的溝槽，以釋放滑坡變形導(dǎo)致管道所受的推力，并根據(jù)變形和管道容許變形情況，采用導(dǎo)鏈?zhǔn)构艿老蚧律喜恳苿?dòng)一定高度，以增加管道受滑坡推移的容許變形量；采用塑料盲溝排除坡體內(nèi)積水；沿公路內(nèi)側(cè)（靠山側(cè)）設(shè)置可抵抗蠕滑變形的柔性排水溝；采用應(yīng)變片監(jiān)測(cè)，定期觀測(cè)變形情況；采用黏土填實(shí)管道附近落水洞。

圖5 滑坡體與管道平面位置

圖6 滑坡體與管道斷面

3.2 抗滑樁治理方案

某輸氣管道滑坡處于丘間沖谷，后緣為陡立斷壁，基巖出露，高度約8～10m?；麦w平面形態(tài)呈“紡錘”形，平均分布面積6.0×103m2，總體積1.1×104m3。 滑床由侏羅系遂寧組頁巖及砂巖構(gòu)成，滑體厚度大，滑坡體主要由巨石、漂塊石、碎塊石土組成，含少量植物根系和黏土。

該滑坡誘發(fā)的主要因素是降雨及地表排水不暢等。

根據(jù)該滑坡的具體情況采取的治理措施為：在滑坡滑動(dòng)方向靠管道的上方位置，沿管道的走向設(shè)置一道抗滑樁梁，抗滑樁的樁長4.6～5.3m，樁徑1.7m×1.7m，樁中心距5m，抗滑樁采用長39m，寬1.7m，高1.2m的鋼筋混凝土聯(lián)系梁連接在一起；沿滑坡周界挖一條排水溝。

3.3 擋土墻治理方案

某輸氣管道滑坡的平面形態(tài)呈“圈椅”形，橫向起伏小，縱向起伏較大。 地形坡度5°～20°，滑坡主滑方向296°?；逻吔缑黠@，后緣為廢棄的人工溝渠，前緣靠近民房。滑坡體南側(cè)邊界為裸露的基巖，北側(cè)邊界小路邊基巖裸露，整個(gè)滑坡發(fā)育在一個(gè)“U”形基巖溝槽內(nèi)?；驴v向長34m左右，橫向?qū)?5m左右，面積514m2，平均厚1.9m，體積約1 000m3，巖層產(chǎn)狀為280°～295°∠7°～8°。 滑體厚度較小，滑坡體為土層。

該滑坡形成的主要原因是管溝開挖后由于管道未及時(shí)施工，管溝長期暴露，雨季時(shí)大量雨水入滲。

根據(jù)該滑坡的具體情況采用的治理措施為：在滑坡前緣修筑一道擋土墻，高4.2m，頂寬1.0m，長23m，底寬1.8m，墻胸坡度1∶0.3，墻背坡度1∶0.1，墻底坡度0.1∶1；在滑坡后緣挖一條截水溝及排水溝。

3.4 錨拉梁方案

某輸氣管道滑坡長48m，寬47m，面積2 256m2，滑坡體平均厚度3.05m，滑坡體體積約6 880.8m3。滑坡后緣垂直位移20～60 cm，水平位移10～50 cm，滑坡體上可見走向185°∠80°～85°、80°～95°∠80°～85°裂縫， 縫寬3～5 cm，剪出口不甚清晰?；w厚度較小，滑坡體為基巖。

根據(jù)該滑坡的具體情況采取的治理措施為：在滑坡后緣挖一條排水溝；垂直滑動(dòng)方向構(gòu)筑四組錨拉梁，沿管道方向垂直滑動(dòng)方向雁行展布，錨拉梁1.5m×1.0m（寬×高），錨桿中心距均1.5m，錨桿長1 2m。

4 結(jié)論

a）邊坡失穩(wěn)的表現(xiàn)形式較為復(fù)雜，邊坡的地層、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、氣象條件及地形條件等是造成邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在因素，而管道建設(shè)及運(yùn)行過程中對(duì)邊坡的不合理開挖及加載，以及管溝開挖后長時(shí)間暴露及大量降雨等是造成邊坡失穩(wěn)的誘因。

b）滑坡治理應(yīng)以管道安全作為首要治理目標(biāo)，而非確?；抡w穩(wěn)定。

c)對(duì)管道工程中出現(xiàn)的邊坡失穩(wěn)采用支擋措施與防排水措施相結(jié)合的綜合治理方案，可以取得較好的效果。

d）對(duì)于管道工程邊坡失穩(wěn)的防治措施，需要針對(duì)管道作為線性構(gòu)筑物具有一定的彈性變形能力的特點(diǎn)，根據(jù)不同情況采取整體治理坡體和通過一些工程措施來消減坡體失穩(wěn)對(duì)管道的影響來保護(hù)管道，才能達(dá)到事半功倍的目的。

［1］林宗元.巖土工程治理手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.Lin Zongyuan.Geotechnical Engineering Prevention Manual,［M］.Beijing： ChinaArchitecture&Building Press，2005.

［2］DB 50/5029-2004，重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．DB 50/5029-2004,Local Standardsof Chongqing Prevention Engineering Design ofGeologic Disaster［S］.

［3］GB 50330-2002 ，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］．GB 50330-2002,Building Slope Engineering Technical Specification ［S］.

［4］林 冬，許可方，黃潤秋，等，油氣輸送管道沿線滑坡災(zāi)害的防治［J］．焊管，2010，33（9）：57-60.Lin Dong,Xu Kefang,Huang Runqiu,etal,Pipeline Landslides Hazard Prevention and Control［J］.W elded Pipe and Tube，2010，33（9）：57-60.