川藏高速公路喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、弃渣、高填综合处治

成永刚，王 军

(四川公路工程咨询监理有限公司， 四川 成都 610041)

川藏高速公路雅(安)—康(定)段位于我国地势由第一阶梯青藏高原向第二阶梯四川盆地过渡段，山体陡峻高差大，大江大河发育，断裂活动频繁，气象环境变化快速，具有极其复杂的地质条件，极其脆弱的生态条件，极其困难的工程建设条件[1-2]，桥隧比高达80%左右，每千米工程投资达2亿元以上，是目前我国双向四车道建设标准中工程造价最高的高速公路。

川藏高速公路沿线滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害体分布广泛，工程弃渣、高填路堤、深挖路堑等工程灾害居高不下，甚至出现多类型地质灾害体共生的情况，对高速公路形成了巨大的安全隐患、建设成本和工期压力。通过对川藏高速公路雅康段喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、弃渣、高填的复杂地质灾害体综合处治方案研究，以期能为今后通过区内的川藏铁路等的类似复杂地质灾害体处治提供一定的借鉴。

喇叭嘴段原设计线路为典型的“两隧夹一桥”，其中小里程端龙进隧道长1 274 m，大里程端日地1#隧道长1 883 m，喇叭嘴中桥长80 m，桥面距沟底标高20 m～25 m。工程建设期间接连发生了日地1#隧道进口段滑坡变形、山体卸荷开裂和崩塌落石，龙进隧道出口段滑塌和落石，大量隧道弃渣弃于桥梁部位，以及补充地质调查时发现喇叭嘴沟属于泥石流沟等地质灾害体等，对工程的建设形成了巨大安全隐患。由此，围绕高烈度地震区复杂地质灾害体的综合处治，处治方案几经调整。

1 工程地质环境和灾害体特征

项目区属河流侵蚀-构造剥蚀高中山峡谷地貌，构造活动强烈，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.3g，属于典型的高烈度地震区[3]。区内广泛分布晋宁～澄江期粗粒结构、块状构造的花岗岩，山体坡度一般为35°～55°，属高山亚寒带气候，年均气温6.5℃，年平均降雨量830 mm。

1.1 喇叭嘴泥石流

喇叭嘴沟主沟全长7.46 km，平均纵坡比降398‰，沟谷宽6 m～70 m，流域面积约8.46 km2，主沟相对高差 3 104 m。泥石流沟根据4 744 m～3 900 m、3 900 m ～1 860 m 、1 860 m～1 660 m、1 660 m～1 640 m 四段高程分为寒冻风化区、形成区、流通区和堆积区[4]，见图1。

寒冻风化区面积约1.16 km2，沟道长度为1.74 km，纵坡比降为599‰；形成区面积约7.25 km2，沟道长5.23 km，平均纵坡比降为429‰。寒冻风化区和形成区的季节性积雪和崩坡积物为泥石流物质的主要来源，静储量约为112.49×104m3，动储量31.25×104m3。流通区面积约0.04 km2，沟道长度为0.38 km，平均纵坡比降为750‰，其下游为落差超过100 m的陡崖，陡崖以外即为堆积区。堆积区面积0.01 km2，沟道长度为0.15 km，平均纵坡比降140‰。

图1 喇叭嘴泥石流沟沟床纵剖面图

喇叭嘴沟在1937年和1958年发生过两次规模较大的泥石流，近年来沟中偶有小规模的泥石流发生，但主要停积在沟道中上游。沟内分布大量的漂木和呈稍密—中密状砾石等泥石流堆积物，其中粒径大于20 cm的颗粒含量占60%～70%，最大粒径4 m～8 m。2 cm～20 cm的颗粒含量占20%～30%，0.2 cm～2 cm的颗粒含量占5%～10%。沟内海拔3 000 m以上地段植被多为草甸和稀疏灌木，随着海拔降低沟内乔木比例逐渐提高，尤其是在2 100 m左右的高速公路附近，沟内植被茂盛，乔木直径可达到40 cm以上。沟内常年的稳定水流约为0.5 m3/s，在暴雨时水量大幅增加，属于典型的暴涨暴跌型山区沟谷。

1.2 日地1#隧道进口段和龙进隧道出口段坡体

构成坡体的斜长花岗岩(γ02(4))中发育五组结构面，J1—J5产状分别为：80°∠70°、78°～83°∠25°～32°、269°∠72°、301°∠33°和175°∠70°。

(1) 日地1#隧道进口段：边坡自然坡度40°～60°，坡向75°，地表为厚约10 m的稍密状崩坡积碎块石。坡面多有裂缝分布，落石现象严重，树木多呈“马刀树”状。下伏的强—中风化花岗岩中，倾向坡外的J1结构面追踪发育卸荷裂隙，贯通度达10 m以上，倾向坡外的J2结构面贯通度5 m以上。陡倾的J1结构面和缓倾的J2结构面组合对坡体稳定性具有控制作用，见图2。

2017年2月下旬，隧道开挖时仰坡出现约300 m3垮塌，坡外约70 m的位置出现两条长约15 m的贯通状裂缝，侧界明显受花岗岩中发育的J4和J5结构面控制；距隧道洞口约20 m～40 m的隧道洞身出现多条状环向裂缝，形态与花岗岩中发育的J1和J2结构面相一致。

(2) 龙进隧道出口段：自然坡度50°～70°，坡向269°，线路走向255°。隧道仰坡部位坡体主要由强—中风化花岗岩构成，与自然坡向一致而与线路斜交的J3结构面贯通度10 m以上，坡面常有零星落石掉落，隧道标高以下崩坡积碎块石厚度约10 m，见图3。

图3 龙进隧道出口边坡

2017年5月中旬，隧道左、右洞之间的沟槽部位，沿与J3结构面近于一致的基岩面发生了约1 000 m3的堆积体滑塌，造成隧道下部堆积体发生较大变形而威胁线路安全。

1.3 隧道弃渣

线路所在沟谷呈“后宽前小的葫芦状”，即线路部位沟宽约50 m～70 m，两侧岸坡堆积厚约10 m以上。前部沟宽约7 m左右，岸坡陡立，基岩完整性好。基本于此地，隧道开挖在沟中弃置了约22×104m3花岗岩隧道弃渣，见图4。

2 地质灾害体机理分析

(1) 喇叭嘴泥石流沟是典型的高海拔沟谷型泥石流。低气温、强日照、大温差、季节性积雪，为泥石流物源创造了条件；季节性融雪、强降雨和寒冻风化带的开阔地形，为泥石流的形成提供了良好的水源[7-8]。自上世纪爆发两次规模较大的泥石流以来，由于季节性积雪的不断减少和区内植被的有效恢复，使小规模爆发的泥石流多弯而狭长的沟道后部阻塞而停积，但存在多年蓄能后在强震激发和极端强降雨条件下爆发较大规模泥石流的可能，见图5。

图4 喇叭嘴沟内隧道弃渣

图5 喇叭嘴沟内遍布的碎块石和漂木

(2) 日地1#隧道洞口开挖形成的21 m仰坡，造成二元结构边坡上部的堆积体发生沿土岩界面的滑移。滑坡主轴长75 m，平均宽约76 m，滑体平均厚度为9 m，滑坡体积约5×104m3；此外，在距洞口约25 m～40 m的范围内隧道洞身出现多条环状、贯通裂缝，裂缝形态与J1结构面和J2结构面产状基本吻合。这说明卸荷严重的坡体在隧道开挖后，造成上部岩土体在重力作用下沿陡倾结构面J1发生挤压开裂[7]，下部花岗岩体在开挖扰动、卸荷等作用下沿缓倾结构面J2发生回弹开裂[8]。在后期工程扰动、卸荷和地下水的作用下存在结构面逐渐贯通而产生变形的可能。

(3) 龙进隧道侧向12 m高边坡的开挖，造成上部覆盖层沿基岩面发生了约1 000 m3的滑塌，对下部堆积体形成加载而发生了较大变形。同时，落石掉块严重威胁着下部隧道与桥梁的安全。

(4) 沟内弃置的22×104m3隧道花岗岩弃渣，若不能进行有效的原位处治，在长期沟水作用下存在成为泥石流物源的可能[9-10]，将直接威胁下游大量民居和国道G318的安全(见图6)。此外，在强震作用下，花岗岩弃渣在振密的过程中发生下沉或失稳将影响高速公路的安全[11-12]，故需对弃渣进行必要的工程措施处治。

图6 高速公路喇叭嘴沟段地质剖面图

3 复杂地质灾害体综合处治方案分析

项目区地质灾害体包括滑坡、崩塌、泥石流、弃渣、高填，各地质灾害体之间既相互联系，又相互制约。因此，工程处治方案应具有针对性和兼顾性特征，确保高烈度地震区线路的安全。

3.1 泥石流处治分析

3.1.1 泥石流防治标准确定

根据喇叭嘴沟在上世纪发生的两次约1.3×104m3的泥石流，以及近年来停积在沟道中上游的小型泥石流体[4，13]，结合泥石流的流域、沟型、堆积扇、物质贮量、暴雨强度、植被、危害对象等指标判定，喇叭嘴泥石流定性为低频、泥石流活动规模中等、灾害等级为Ⅱ级、危害程度为一般灾害，故防治标准和工程设计保证率取2%。喇叭嘴泥石流相关参数见表1。

表1 喇叭嘴泥石流相关参数表

3.1.2 泥石流处治方案

(1) 在线路上游490 m与355 m处的沟道分别设置梅花形布置的3排桩林，对泥石流中的粗大花岗岩颗粒、漂木等进行拦截[14]，形成连锁停积，有效减小泥石流的冲击力。

其中第一排桩林由3排直径1.8 m、纵横向间距5.0 m，桩长19 m的15根C30钢筋混凝土桩组成，桩头和地面处用系梁进行连接，以提高桩林的整体性；第二排桩林由3排直径1.2 m、纵横向间距为3.4 m，桩长17 m的15根C30钢筋混凝土棱台桩组成。

(2) 梳齿坝主要由梳齿高5.0 m、间距0.8 m、截面为1.5 m×1.2 m的13根C30钢筋混凝土桩构成，并通过承台与下部为8根Φ1.5 m、间距1.3 m、埋深7 m的锚固桩连接。

(3) 拦砂坝长35 m、高6.0 m，由C20混凝土构成，墙前设9.0 m长护坦，并直接与下部排导槽相连，拦砂坝库容1.4×104m3。

(4) 为使经上游拦截后的泥石流按一定的线路排泄，减少对下部高速公路等构造物的威胁，在拦砂坝与线路之间设置，纵坡为20%～40%、顶宽12 m、底宽10 m高5.5 m的C30钢纤维混凝土排导槽。

喇叭嘴泥石流拦截工程整体处治布置形式见图7。

图7 喇叭嘴泥石流拦截工程措施布置图

3.2 隧道洞口地质灾害体处治分析

日地1#隧道进口端的主要病害为堆积体滑坡和依附于花岗岩结构面的卸荷体，以及与龙进隧洞出口端共同存在的崩塌落石。

3.2.1 地质灾害体相关参数分析

(1) 日地1#隧道进口端的花岗岩卸荷体是洞口的控制性病害，而堆积体病害可以在花岗岩卸荷体进行处治时进行兼顾处治。

依据隧道上部的陡倾张性结构面和隧道下部的缓倾压性结构面性质，以及卸荷体的风化段落，结构面贯通长度、充填度和张开度，并结合区内相似的水电站花岗岩结构面参数进行校核[15-16]，参数选取见表2。其中下滑力计算时的控制性工况为地震工况，安全系数K=1.15。

表2 结构面参数及潜在下滑力表

3.2.2 地质灾害体处治方案

隧道口堆积体滑坡和花岗岩卸荷体的治理，需同时考虑崩塌落石工程的有效防治，提高线路的抗灾能力，且有利于泥石流的正常通过(见图8)。

图8 隧道洞口处地质灾害体综合处治工程设计布置图

(1) 日地1#隧道进口仰坡的堆积体滑坡和花岗岩卸荷体，在隧道上部采用4排长12 m的锚杆和13排长19 m～36 m锚索工程进行加固；将喇叭嘴中桥由80 m减跨为40 m，利用花岗岩弃渣对“桥改路”段的日地1#隧道进口段和龙进隧道出口段坡体进行反压。

(2) 对隧道开裂区段加强衬砌和长锚杆环向注浆，提高隧道的抗变形能力。

(3) 减跨后的喇叭嘴中桥桥下设置同线路上游相同参数的排导槽对泥石流进行引排。

(4) 在日地1#隧道进口段和龙进隧道出口段30 m和50 m的路基部位设置柔性明洞，提高隧道洞口的崩塌落石防护等级。

4 花岗岩弃渣和高填处治

喇叭嘴沟内的花岗岩弃渣方量大，在沟内汇水和高烈度地震作用下存在较大的安全隐患，一旦出现过大沉降和失稳，则会造成高速公路的病害和泥石流排导系统的破坏，以及在极端情况下花岗岩弃渣自身成为泥石流物源的可能。故需进行针对性的工程处治，以确保复杂地质灾害体综合处治的成功(见图9)。

图9 弃渣、高填综合处治工程设计布置图

(1) 花岗岩弃渣采用1∶1.5～1∶1.75坡率进行放坡，并逐层强夯，路堤边坡最大高度78.5 m。

(2) 在路堤一级平台部位设置桩基托梁挡墙对路基与花岗岩弃渣进行隔离，以有效确保高速公路安全。其中为有效减小抗滑桩悬臂长度，特在桩顶设置高10 m的衡重式挡墙，抗滑桩基规格为2×3 m@5 m，长24.5 m。

(3) 坡脚设置顶宽3.5 m，高12 m,基础埋深2 m的C30拱形混凝土挡墙，挡墙两端嵌入中风化花岗岩岸坡不小于1.5 m，墙前设置C30钢筋混凝土消能弧。

(4) 弃渣坡面上设置与线路部位相同参数的钢筋混凝土排导槽，且在槽底设置2排共4根Φ2 m、桩长13 m和20 m的圆形固定桩。

5 结 语

(1) 川西藏区峡谷深切，地质构造复杂、新构造运动强烈，地质灾害频发，高速公路应贯彻地质选线理念，尽量避免在地质灾害群发地段通过。

(2) 泥石流的有效治理是喇叭嘴复杂地质灾害体成功治理的基础，而大量弃渣的有效综合处治、利用是复杂地质灾害体成功治理的关键。

(3) 复杂地段的泥石流治理工程，宜采用分级拦挡工程和抗裂性较好的排导槽，而沟内高烈度地震区的高填与弃渣应进行隔断分别进行处治，并适当提高工程的安全冗余。

(4) 合理分析堆积体滑坡性质和花岗岩卸荷体的发展趋势，积极采用“桥改路”反压工程有效提高了坡体的稳定性和线路的抗崩塌落石等级。

(5) 地质灾害复杂地段，应合理设置弃渣场地，严格控制工程施工风险，加强工程管理，防止人工次生灾害的发生。