輻射井技術(shù)在青海西久公路地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

張 碩，鄭 暢

(北京市地質(zhì)工程勘察院,北京 100048)

0 前言

隨著青海省經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多的公路也在持續(xù)的建設(shè)當(dāng)中，隨之而來的就是公路沿線產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害等問題。青海省省道S101線西寧—久治段公路于2009年全部建成通車，該路段位于青海南部青藏高原山區(qū)，穿越地處阿尼瑪卿山東部黃河斷陷盆地，地形地貌復(fù)雜多變、地層巖性不良、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺和斷裂破碎帶較為發(fā)育，沿線地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。該路段是果洛藏族自治州通往省會(huì)西寧的唯一通道，滑坡治理工期應(yīng)盡可能的加快，同時(shí)還應(yīng)確保治理的效果達(dá)到技術(shù)要求。如何運(yùn)用成熟的工程技術(shù)治理頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，成為需要研究的課題。本文借助青海省道西久公路滑坡治理項(xiàng)目，提出了采用輻射井結(jié)合水平井方式治理滑坡的方案，明確了具體的治理方案和要求，為本工程治理提供了相關(guān)依據(jù)。

1 概述

青海省省道S101線是青海省南部的一條重要省道公路，北起青海省省會(huì)西寧市，向南經(jīng)海南州貴德縣、貴南縣、同德縣等地區(qū)連通四川阿壩藏族自治州與國(guó)道213線連接。該路線是青海省果洛藏族自治州通往省會(huì)西寧的唯一通道，也是青海省通往四川省的重要通道。

滑坡體位于軍功鎮(zhèn)附近，該滑坡影響路線里程號(hào)為K359+200～+650,.為軍功大型老滑坡的一部分，該滑坡為切層巖石老滑坡，滑坡主要由第三系漸新統(tǒng)貴德系強(qiáng)風(fēng)化泥巖及第四系殘坡積層構(gòu)成，滑動(dòng)方向?yàn)镹W80o，在空間形態(tài)上主要分淺層、深層兩層滑動(dòng)面。前級(jí)滑坡長(zhǎng)300m，寬550m，滑坡體積約為420萬m3；后級(jí)滑坡長(zhǎng)250m，寬400m，滑坡體積約為220萬m3。S101線西久公路總體走向近南北向，路基多以半填半挖的形式通過，穿過滑坡體。滑坡體與公路呈斜交關(guān)系（圖1）。

2 工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)上覆為第四系殘坡積層、滑坡堆積層及人工填土，下部為第三系漸新統(tǒng)貴德群泥巖和粉砂質(zhì)泥巖?；露逊e層以黃土質(zhì)粘土為主：黃土狀，松散，潮濕，物質(zhì)成分均一。

殘坡積層以塊石土為主，紫紅色、灰色等，物質(zhì)成分不均一，稍濕—潮濕。

第三系漸新統(tǒng)貴德群以紫紅色、紅褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，強(qiáng)—微風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理、節(jié)理較發(fā)育，該地層在滑坡范圍內(nèi)廣泛分布，為滑坡坡體、滑床的主要組成部分。

圖1 西久公路K359+200處軍功鎮(zhèn)滑坡

圖2 滲水隧道及檢查井平面布置圖

該地區(qū)內(nèi)地下水類型有：松散堆積層孔隙水、第三系風(fēng)化裂隙水。

孔隙水主要賦存于沖積層、洪積層、殘坡積等土體中，含水層以沖積層、洪積層最為豐富。第三系風(fēng)化裂隙水主要分布在泥巖、泥質(zhì)砂巖等，巖石固結(jié)程度相對(duì)較低，成巖性較差，孔隙度較高，裂隙較發(fā)育，在其間碎屑巖可形成相對(duì)富水層。

3 公路邊坡不穩(wěn)定原因分析

滑坡區(qū)屬高原丘陵區(qū)，海拔高程在3080～3550m之間，地貌單元屬高原“V”形溝谷谷坡地貌，構(gòu)造作用以剝蝕切割為主，黃河河谷以及“V”形溝谷下切侵蝕強(qiáng)烈，溝兩側(cè)有多條沖溝橫向切割。本地區(qū)屬黃河水系，地表水及地下水資源豐富，地下水對(duì)巖體的作用是滑坡形成的主要原因。由于路基邊坡大面積裸露，長(zhǎng)期受自然因素的強(qiáng)風(fēng)化作用，常發(fā)生物理力學(xué)性質(zhì)的變化，浸水后濕度增大，強(qiáng)度降低；巖性差的巖體，在水溫變化條件下，加劇風(fēng)化。路基邊坡表面在溫差作用下形成脹縮循環(huán)，經(jīng)過地表水的不斷沖刷及地下水侵入，使巖土表面失穩(wěn)，極易加劇邊坡的病害，最終出現(xiàn)滑坡導(dǎo)致現(xiàn)狀路基邊坡塌陷。

4 原滑坡治理方案

降排滑坡區(qū)域內(nèi)地下水是治理本滑坡的關(guān)鍵。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件及地下水分布情況以及場(chǎng)地特點(diǎn)，采用施工滲水隧道+滲水孔的方案排出滑坡體中的地下水。根據(jù)滑坡體的分布情況及地下水的整體流向，在山體中設(shè)計(jì)兩條鋼筋混凝土滲水隧道，以截排滑坡體中的地下水，將地下水引出滑坡體。

為加速地下水匯集入滲水隧道，從地面每間隔50～80m向下垂直設(shè)置1個(gè)檢查井穿透隧洞，在施工中承擔(dān)出渣、通風(fēng)、進(jìn)料的任務(wù),為疏排滑體中各層地下水，在各檢查井之間間隔6m從地表向下打滲水孔，穿越隧洞，滲水孔直徑130mm,內(nèi)置Ф60pvc管，孔口1.0m范圍內(nèi)進(jìn)行封孔處理。

隧道長(zhǎng)590m,坡度5%左右，隧洞凈寬1.5m，高1.8m，洞身及底板均采用C20鋼筋砼澆筑而成，墻后及拱頂設(shè)泄水孔，泄水孔后設(shè)置反濾層（圖2）。

在隧道施工的過程中，出現(xiàn)了以下幾點(diǎn)問題：第一，整個(gè)隧道長(zhǎng)590m，穿越兩層滑動(dòng)面，圍巖為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，隧洞采用爆破方式開挖，易坍塌，安全等級(jí)低。第二，隧洞圍巖破碎，需邊開挖邊及時(shí)做初支、二襯，而隧道尺寸較小，只能允許一輛出土車通行，開挖一定距離后，車輛需倒車行駛出洞口，導(dǎo)致開挖進(jìn)度緩慢。第三、根據(jù)施工順序，需要先掘進(jìn)隧道，后期施工滲水孔，導(dǎo)致整個(gè)方案實(shí)施過程中排水條件很差，滑坡體中的裂隙水不能迅速排出（圖3）。

5 輻射井技術(shù)治理方案

由于公路是該地區(qū)通往西寧的唯一通道，公路滑坡治理的任務(wù)刻不容緩，而開挖隧道工期緩慢又成為了治理滑坡的阻礙。輻射井降水技術(shù)較滲水隧道方案相比具有以下特點(diǎn)：

圖3 隧道開挖掌子面地層狀況

（1）施工周期短：根據(jù)隧道開挖進(jìn)度，如果完全采用開挖隧道方式截排地下水，需要工期1年。而采用輻射井方案施工進(jìn)度會(huì)顯著提高。

（2）施工安全程度高：輻射井施工需要控制好護(hù)壁澆筑質(zhì)量以及每板護(hù)壁搭接質(zhì)量，并保持井內(nèi)通風(fēng)順暢。而開挖隧道，需要及時(shí)的做好破碎圍巖的初支和二襯，并做好隧道內(nèi)通風(fēng)、照明。兩者通過對(duì)比，施工30～45m深的輻射井相對(duì)于施工590m長(zhǎng)的滲水隧道在安全上更為可控。

（3）輻射井排水系統(tǒng)效果明顯：輻射井技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)匯集滑坡區(qū)域地下水，排水周期較單獨(dú)采用滲水隧道方案更短。

經(jīng)過方案比選，決定采用輻射井+已開挖的滲水隧道相結(jié)合的方案治理滑坡。具體施工方案如下：

在滑坡體中沿地下水流動(dòng)方向布置9眼集水井，間隔50m，深度30～45m，穿越兩層滑動(dòng)面。每眼集水井內(nèi)共施工3排水平孔，每排共計(jì)8個(gè)，通過水平井連接。前期0#、1#、3#檢查井已經(jīng)開挖到底，與集水井之間通過水平井連接，每眼集水井深度不同，地層中的孔隙水、風(fēng)化裂隙水由高處向低處流動(dòng)，統(tǒng)一匯集到1號(hào)輻射井中，將1號(hào)輻射井與已開挖的70m長(zhǎng)的滲水隧道通過水平井連接，地下水統(tǒng)一通過滲水隧洞排入河流（圖4）。

整個(gè)施工過程從輻射井開挖，到最終水平井施工完畢，順利截排滑坡體中地下水，共3個(gè)月時(shí)間。每眼輻射井的影響范圍為周邊20m，每小時(shí)可排出10m3地下水，排水量較采用隧道加滲井的方式提高了3倍，排水效果有了顯著的提升（圖5）。

圖4 輻射井技術(shù)方案平面布置圖

圖5 施工完成后的輻射井、水平井集水情況

6 輻射井及水平井施工的重點(diǎn)難點(diǎn)

輻射井采用人工開挖方式施工，井外徑4.4m，內(nèi)徑4.0m。護(hù)壁厚度0.4m，每節(jié)開挖深度一般為1.0m，開挖一節(jié)，做好該節(jié)護(hù)壁，護(hù)壁各節(jié)縱向鋼筋必須焊接連接，禁止簡(jiǎn)單綁扎。護(hù)壁厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，并力求均勻，與圍巖接觸良好。出現(xiàn)易塌、浸水地層時(shí)應(yīng)針對(duì)性的采取有效措施進(jìn)行護(hù)壁，如軟弱的粘性土或松散的、易跨塌的碎石層中可調(diào)節(jié)一次護(hù)壁，高度為0.5～0.6m。護(hù)壁采用雙層Ф16@150鋼筋網(wǎng)片，內(nèi)置Ф16mm加勁筋，間隔0.33m一根。開挖堅(jiān)硬巖石，采用爆破法施工（圖6）。

圖6 輻射井、水平井結(jié)構(gòu)大樣圖

集水井施工完畢后，需要在側(cè)壁施工水平井，由于地層復(fù)雜，巖層松散破碎，并且本工程中水平井長(zhǎng)度均在30m以上，施鉆過程中上側(cè)孔壁破碎巖塊在重力作用下受震動(dòng)和鉆具碰撞，勢(shì)必坍塌，若不采取措施，就會(huì)造成卡鉆事故，影響進(jìn)度。水平孔鉆成后，如沒有套管保護(hù)，在下PVC排水管的過程中仍然會(huì)坍塌掉塊，排水管下不到底造成事故，甚至使鉆孔報(bào)廢。因此，根據(jù)施工具體情況，采取套管跟進(jìn)技術(shù)，確保鉆孔順利進(jìn)行。

為此，我們采用先進(jìn)的大功率MD-80型雙管同步液壓水平鉆機(jī)打水平孔。該鉆機(jī)是針對(duì)破碎松散地層，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)而研制成功的新型國(guó)產(chǎn)專用鉆機(jī)。采用高頻輕型潛孔錘沖擊、套管同步跟進(jìn)鉆進(jìn)成孔，可保證鉆孔順直、水平孔成孔質(zhì)量和成孔速度。鉆孔采用高風(fēng)壓沖擊和旋轉(zhuǎn)相結(jié)合方式成孔，采用干鉆方式，以沖擊為主，較軟地層用牙輪鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，高壓風(fēng)出渣。因?yàn)樗娇卓讖酱?，上述鉆機(jī)鉆進(jìn)效率高，單位時(shí)間內(nèi)孔內(nèi)錘擊和切削出的巖渣多，只有將孔底巖渣及時(shí)排出，才能保證鉆進(jìn)速度，避免巖渣滯留孔內(nèi)，致使扭矩增大，甚至包鉆，造成事故，影響施工進(jìn)度。施工水平孔時(shí)配備阿特拉斯836型空壓機(jī)，輸送壓力為13.8kPa，風(fēng)量為25m3/min，保證給予水平井足夠大的動(dòng)力支持。

7 輻射井技術(shù)效果評(píng)價(jià)

經(jīng)過治理后的西久公路K359+200處滑坡得到了有效的控制，本次治理工程已于2013年9月通過青海省公路建設(shè)管理局的驗(yàn)收，公路恢復(fù)了通車，路基路面狀況良好。

實(shí)踐證明，在本工程中，采用輻射井技術(shù)很有效的對(duì)滑坡體中的地下水進(jìn)行了控制，施工技術(shù)安全可控，并且節(jié)約了工期，同時(shí)也確保了滑坡體的安全、減少了公路存在的隱患。

8 結(jié)語(yǔ)

青海省省道西久公路第四期滑坡治理工程K359+200處軍功鎮(zhèn)滑坡，應(yīng)用輻射井及水平井施工工藝治理后，大量山體中的孔隙水、裂隙水通過輻射井排入河流，滑坡治理取得了很好的效果。做好本工程邊坡防護(hù)治理工作，應(yīng)靈活采用防護(hù)型式，要從時(shí)間、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多角度出發(fā)，與邊坡防護(hù)治理工程合理配置，運(yùn)用更好的邊坡防護(hù)新技術(shù)、新工藝、新方法，取得新成果。.

[1]方國(guó)慶.山區(qū)公路邊坡病害的防護(hù)[J].山西建筑，2009，32(5)：277～278.

[2]中鐵西北科學(xué)研究院有限公司.青海省省道西久公路第四期滑坡治理工程施工圖設(shè)計(jì)[R]2012.

[3]趙大軍,計(jì)勝利，曲世東，等.潛孔錘沖擊靜壓跟管鉆進(jìn)施工工藝的研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2003，33(1)：115～118.