长输管道穿越某滑坡体的成灾机理及防治探讨

2015-04-13刘小晖

江汉石油职工大学学报 2015年4期

王任，刘小晖，2，王丹

（1.中石油西南管道公司兰州输油气分公司，兰州730060；2.甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，兰州730000；3.辽阳市纤城建筑安装工程有限公司，辽阳111000）

近年来，随着油气管道运营里程的增多，地质灾害对管道安全的威胁也日益凸显，典型的崩塌、滑坡、泥石流等灾害多次对管道正常安全运行造成影响，尤以滑坡灾害的威胁较为突出。滑坡作为一种主要地质灾害，由于其产生的条件、作用因素、运动机理的多样性、多变性和复杂性，预测的困难，治理费用的昂贵，一直是世界各国研究的重要地质和工程问题之一。滑坡治理工程措施较多，措施组合可变性大，每种工程措施都有其相应的应用条件、不宜性、适宜性和最佳配置组合。长输管道穿越滑坡体，对滑坡体的发育和形成产生了独特的影响，同时也给滑坡治理造成了较大的难度。

1 研究区滑坡概况

2013年7月下旬，受“7.22”岷县地震及连续降雨的影响，兰成渝输油管道某处发生了滑坡灾害，在盘山公路外侧形成了垂直管道方向的滑坡体，滑坡的总面积为2 380m2，滑动方向大致向北（图1）。根据滑坡发育的特征，该滑坡可分为东西两个滑坡体，本次将西侧滑坡体定名为H1滑坡，东侧滑坡体定名为H2滑坡，其中，H1滑坡面积为1 550m2，H2滑坡面积为 830m2，均为浅层堆积层推移式滑坡。H1滑坡具有明显的整体变形、滑动特征和较明显的剪出口；H2滑坡主要是滑坡体后缘的裂缝和变形迹象较为明显，但其前部的变形迹象不明显，且没有发现剪出口。本文主要针对 H1滑坡进行探讨，H1滑坡主滑方向 N9°E，纵轴长49m，前缘宽29m，中部最宽处45m，后部宽25m，滑体厚度2～7 m，滑坡体积约0.9×104m3。

图1 滑坡全貌

2 滑坡灾害形成因素分析

滑坡的发育分布及其危害程度与地质环境条件、气象水文及植被条件、人类经济工程活动等因素有着极为密切的关系。总体而言，可以分为内部因素和外部因素两大类，内部因素主要包括地形地貌、地层岩性和断裂构造等，而外部因素主要包括降雨作用、地震作用、植被作用和人类工程活动的影响等方面。

2.1 地形条件

滑坡前缘高程2 094m，后缘高程2 114m，相对高差20m，总体地形坡度21°。地形坡度较大，为滑坡的形成提供了有利的地形条件，滑坡纵轴地表线呈折线形，后部陡，中前部较缓。

2.2 地层条件

滑坡地层主要为粉质粘土和砾类土，滑床位于砂砾岩强风化壳中。粉质粘土和砾类土土体结构较松散，内聚力较低，渗透性较强，雨水易于下渗；砂砾岩强风化层岩性较软弱，抗剪强度低，易形成软弱结构面。上部土层和下部强风化砂砾岩之间的接触带成为相对软弱的层面，这种地层性质上的差异和软弱接触面的形成，是滑坡形成的一个内在因素（图2）。

图2 H1滑坡地质断面图

2.3 地质构造和地震

地质构造对滑坡形成的影响，主要表现为地质构造对滑坡区岩层性质的影响。研究区经历了多期构造运动的影响，地质构造对岩体发生扰动，使岩体完整性遭受破坏而变得破碎，力学性能降低。地震对滑坡的影响主要表现为地震应力对滑坡岩土体的扰动，研究区属8度地震烈度带，历史上多发、频发地震，本次滑坡灾害就是在岷县“7.22”地震后发生的。地震应力使岩土体的结构变得松动，促进岩土体内部裂隙、结构面的扩展，破坏岩土体的结构完整性和稳定性。

2.4 降水条件

降水对H1滑坡的影响主要表现在两个方面，一是降水入渗增加了滑体自身的重量，使得坡面土体失稳下滑；二是降水入渗地下后浸泡土体和岩体，造成岩、土体抗剪强度降低，诱发滑坡灾害发生。气象资料显示，研究区降雨具有降雨集中、一次降雨量较大的特点，而滑坡松散的地层有利于降雨入渗，使得土体被浸泡、软化，更加剧了滑坡的发生。本次滑坡在7月下旬降雨之后形成，降雨是该滑坡形成的直接诱发因素。

2.5 地下水条件

地下水对H1滑坡的形成也具有至关重要的作用，本次勘查发现：滑体一带地下水位较高，滑坡体内地下水埋深在1.5～3m之间，滑体及周边有大量的泉眼和地下水渗流带出露，滑体长期处于富水甚至饱水状态。地下水的长期浸泡、季节性冻融等作用，不但增大了滑坡自重，同时也降低了岩土体的抗剪性能，加剧了滑坡的发生。

2.6 人类工程活动

研究区的主要人类工程活动为农业生产活动和道路修建等。由于地处山区，兴修梯田进行农耕是区内普遍的现象，滑坡体在滑动之前本身就是梯田农耕区。在平整场地修筑梯田和道路的过程中，挖填、取土等活动改变了滑坡区原始的地形，梯田带无排水通道，不利于降水的外排，增大了降水入渗量，使岩土体含水量增加，重量增大，抗剪强度降低，坡体稳定性变差。此外，滑坡后缘紧邻盘山公路，常年有大型、重型车辆通行，长期对坡体形成动荷载扰动，对坡体稳定性造成不利影响。

3 防治措施分析

3.1 常见滑坡防治措施

为防止滑坡威胁管道，一般采取的稳固工程措施包括植物护坡、挡墙、抗滑桩、削坡、截排水工程等。①植物护坡包括坡面防护林、坡面种草等措施，作用是阻止地表片流对坡面的冲刷。②支挡工程主要包括挡土墙和抗滑桩，挡土墙主要用于防治滑坡体前沿的再次滑动；抗滑桩是穿过滑坡土体并将其固定在滑床的桩柱，根据滑坡体的厚度、推力、防水要求和施工条件，选用木桩、钢桩、混凝土桩及钢筋混凝土桩。③削坡主要用于中小规模的滑坡，以减少滑坡体的体积，降低其滑动力，当斜坡高度较大时，削坡常分级进行，一般呈阶梯状。④排水工程可减免地表水和地下水对坡体稳定性的影响，排除地表水工程主要包括防渗工程（如整平夯实和铺盖阻水等）与排水沟工程。排除地下水工程包括渗沟、明暗沟、排水孔、排水洞及截水墙。其作用是排除和截断渗透水流。

3.2 本工程采取防治措施

3.2.1 针对本工程的特点，拟定两个方案进行比选：

方案一：抗滑桩板墙

H1滑坡治理工程主要为抗滑桩板墙。治理工程位于 H1滑坡的中上部，抗滑桩布设于管道下方5～8m，共计9根抗滑桩，其中1＃～4＃桩和8＃～9＃桩间距为6 m，4＃～8＃桩间距为5m。

H2滑坡治理工程主要为抗滑桩。治理工程位于H2滑坡的上部与H1滑坡相邻部位，共计布设2根抗滑桩，桩间距为6m。

方案二：抗滑挡土墙

H1滑坡治理工程主要为抗滑挡土墙。治理工程位于H1滑坡的下部靠近剪出口位置8m处，共一道抗滑挡墙，长48m，顶宽3m，墙身高6m，基础3m，基础底宽5.35m，

H2滑坡治理工程主要为抗滑挡土墙：治理工程位于H1滑坡的下部靠近剪出口位置10m处，共一道抗滑挡墙，长48m，顶宽3m，墙高6m，基础3m，基础底宽5.35m。

3.2.2 方案比选

1）技术可靠性和针对性对比。根据该滑坡的特点，滑坡运动的机理和破坏模式，两种方案都具备一定的治理目的性，方案技术性均可靠。针对管道工程，有其自身特点，只要达到保护管道的目的，而不需要对整个滑坡体进行治理，方案一在管道下方5～8m，对管道安全具有直接的作用，效果比较明显；方案二是对整个滑坡体进行治理，对管道安全，不能直接进行治理。方案一较方案二能更好地达到保护管道目的。

2）施工可行性。两种方案工艺都成熟、施工要求都比较高，施工复杂程度都较低。但根据该点地形地貌的特点，施工区内，方案一更容易进行施工；方案二在剪出口处，破坏滑坡体稳定性，挡土墙施工难度较大。方案一施工可行性上要优于方案二。

3）环境保护对比。方案一占地面积小，征地少，基本无永久性占土地，对环境影响较小。方案二挡墙墙身在地面上、墙前土体均需要清理且不进行回填，需要占用大面积的村民耕地，将会产生一定的开挖工作和弃土、弃渣等工作，对坡面、耕地、环境影响较大。方案一在环境保护上优于方案二。

4）方案投资对比。通过建筑工程投资估算，方案一建筑工程总投资估算为128万元，方案二建筑工程总投资估算为186万元，方案一在工程投资上优于方案二。

综上所述，方案一在投资估算、施工可行性、环境保护以及保护管道的针对性上，要优于方案二。