劉俊輝 司潤川 周小超 劉帥旗 金山 蔡文政

國家管網(wǎng)集團西氣東輸鄭州輸氣分公司

摘要：本文以西氣東輸一線太行山滑坡治理工程為例，探討了油氣長輸管道滑坡邊界、規(guī)模和形態(tài)特征，確定了造成滑坡的主要因素，對滑坡體各個潛在滑動面進行了穩(wěn)定性分析、計算和評價，提出了“抗滑樁工程+排水工程+管溝換填土工程”的綜合治理方案，以提高坡體穩(wěn)定性并減小降水對坡體的影響，為油氣長輸管道地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測和防治提供參考。

關(guān)鍵詞：長輸管道；地質(zhì)災(zāi)害；滑坡；工程治理；防治對策

油氣長輸管道作為線性工程往往要通過復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境，由于管道自身的結(jié)構(gòu)特點和使用壽命等因素，地質(zhì)災(zāi)害成為影響生產(chǎn)運行安全的一大因素。西氣東輸一線太行山GX005滑坡地質(zhì)災(zāi)害位于沁陽市黃沙嶺，距離市中心約15 km。滑坡體上部有X040縣道橫坡通過，X040縣道沿坡體向下約30 m處為西氣東輸一線天然氣管道，管道沿坡體中上部橫向敷設(shè)，敷設(shè)長度約為130 m，一旦發(fā)生滑坡可能造成管道變形甚至斷裂，嚴(yán)重影響管道運行安全。本文從災(zāi)害特征分析、滑坡穩(wěn)定性計算評價以及防治工程設(shè)計等方面入手，采取了有效預(yù)測和防治措施。

1  災(zāi)害特征及分析

1.1  滑坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征

根據(jù)調(diào)查滑坡體所在斜坡地形地貌、地質(zhì)條件及變形特征，確定該滑坡南側(cè)邊界以鄉(xiāng)村道路為界，北側(cè)邊界以F3斷裂帶為界，滑坡后緣以X040縣道西側(cè)山坡為界，滑坡前緣（東側(cè)）為采礦坡腳，滑坡整體形態(tài)呈圈椅狀。通過詳細調(diào)查、物探資料及鉆孔資料顯示，該淺層滑坡縱向長度平均為140 m，橫向平均寬135 m，滑體平均厚度約5 m，滑體總方量約9.45×104 m³，為推移式小型滑坡。圖 1為滑坡全貌，圖 2為淺層滑坡基本特征分析圖。

圖 1 滑坡全貌

圖 2 淺層滑坡基本特征分析

1.2  變形破壞特征

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，滑坡體主要變形破壞特征為坡體出現(xiàn)如圖 3所示的裂縫及落水洞。在滑坡體上共發(fā)現(xiàn)5條裂縫，裂縫①位于后緣X040縣道路面上；裂縫②及裂縫③位于滑坡體南側(cè)坡體邊界上，均為縱向裂縫；裂縫④位于窯洞平臺土質(zhì)陡坎處，長約30 m，寬度約10 cm～30 cm不等，可見深度約10 cm～30 cm；裂縫⑤位于坡體下部采坑人工堆渣邊坡頂部及道路上，長約104 m，寬度2 cm～4 cm不等，深度約20 cm；滑坡體北側(cè)發(fā)現(xiàn)多處落水洞，直徑約0.2 cm～1.4 m，深約0.2 cm～1.7 m，裂縫及落水洞整體呈圈椅狀。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘查成果分析，該滑坡處于緩慢變形階段，裂縫均由于滑坡變形引發(fā)，其中裂縫①、裂縫④、裂縫⑤為拉張裂縫，裂縫②、裂縫③為剪切裂縫。

圖 3 滑坡體主要變形破壞特征

1.3  物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)分析

滑坡穩(wěn)定性評價與計算中所采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)的選取，是計算評價滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。在滑體中采取土樣8件進行室內(nèi)試驗，結(jié)果統(tǒng)計見表 1。由于試驗土體中夾有大量鈣質(zhì)結(jié)核及碎塊石，而試驗時將其進行剔除，導(dǎo)致試驗值產(chǎn)生一定偏差。因此根據(jù)現(xiàn)場勘查和室內(nèi)土工實驗，坡體各地層的物理力學(xué)參數(shù)綜合取值如下表 2所示。

表 1 滑體土土工試驗成果統(tǒng)計表

表 2 巖土體物理參數(shù)及抗剪強度參數(shù)綜合取值表

2  滑坡穩(wěn)定性計算及評價

滑坡體主要是后緣和前緣橫向張性卸荷裂隙發(fā)育，在降雨作用下，由于雨水入滲，導(dǎo)致裂縫變形作用加劇，坡體穩(wěn)定性降低，滑坡體后緣先滑，擠壓下部巖土體產(chǎn)生變形而發(fā)生滑動，為推移式滑坡。

2.1  滑坡形成機制分析

根據(jù)綜合分析，西氣東輸一線太行山GX005滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成與發(fā)展主要受內(nèi)在因素和外在因素的影響。其中內(nèi)在因素主要包括地形地貌、地層物質(zhì)因素；外在因素主要包括降雨、地下水、斷裂構(gòu)造和人類工程活動等因素。

2.2  滑坡穩(wěn)定性計算評價

采用DZ/T 0218―2006《滑坡防治工程勘查規(guī)范》推薦的畢肖普條分法，根據(jù)滑坡地形地貌條件，對滑坡體各個潛在滑動面分別進行了穩(wěn)定性分析計算。滑坡整體選取1-1'、2-2'、3-3'三條剖面可能存在的潛在滑面進行了穩(wěn)定性計算。

（1）畢肖普條分法計算方法

式中：FS為安全系數(shù)；mαi為第i個條塊的計算系數(shù)；αi  為第i個條塊底部的傾角；Wi為第i個條塊的重量；Ci為第i個條塊的粘聚力；bi為第i個條塊的長度；ui為第i個條塊的孔隙水壓力；φ’i 為第i個條塊的有效內(nèi)摩擦角；Qi為第i個條塊所受的水平向作用力；ei為第i個條塊所受的法向條間力；R為滑面半徑。

（2）計算結(jié)果

1-1'、2-2'、3-3'三條剖面各剖面計算模型見圖 4。

圖 4 剖面淺層滑坡剖面模型

根據(jù)建立的滑坡二維剖面模型，對坡體覆蓋層穩(wěn)定性進行分析，在天然狀態(tài)下，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在飽水狀態(tài)下坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，各剖面穩(wěn)定性及坡體剩余下滑力如表 3所示。

表 3 坡體穩(wěn)定性及剩余下滑力統(tǒng)計表

天然工況下各剖面的穩(wěn)定性系數(shù)均在1.15以上，坡體及管道所在滑塊無剩余下滑力，說明坡體淺層覆蓋層處于穩(wěn)定狀態(tài)；飽水工況下2-2'及3-3'剖面穩(wěn)定性系數(shù)均低于1.05，管道所在滑塊剩余下滑力分別為497 kN/m、508 kN/m、409 kN/m，說明在強降雨作用下淺層滑坡整體上處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，為保障輸氣管道運營安全，需采取治理工程進行防治。

3  滑坡防治工程設(shè)計

3.1  設(shè)計工況、參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》第5.1節(jié)規(guī)定，見表 4，本工程防治安全等級為Ⅰ級。

表 4 防治工程分級表

3.2  滑坡治理工程設(shè)計

根據(jù)滑坡特征分析及對其穩(wěn)定性計算，對其采用“抗滑樁工程+排水工程+管溝換填土工程”的綜合治理方案。

（1）抗滑樁工程：擬在管道東西兩側(cè)距離8 m～10 m處，設(shè)置抗滑樁，對坡體中滑體起到支擋作用，保護管道安全運營，其中西側(cè)距管道約8 m處設(shè)置一排，東側(cè)距管道約10 m處設(shè)置兩排。

（2）排水工程：在場區(qū)布設(shè)兩道排水渠，一道位于管道平臺西側(cè)坡腳處，一道位于緊鄰擬建抗滑樁東部平臺沿臺階坡腳及臺階兩側(cè)順延至溝底，防止地表水體無序集中入滲坡體。

（3）管溝換填土工程：為防止坡體局部變形擠壓破壞管道，擬對滑坡體段管溝進行開挖，采用中粗砂置換回填。

4  結(jié)語

（1）地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)當(dāng)堅持以預(yù)防為主，持續(xù)做好油氣長輸管道日常巡護，提前發(fā)現(xiàn)地災(zāi)隱患，及時開展隱患治理。

（2）太行山地區(qū)部分管道沿線地層結(jié)構(gòu)較松散，土質(zhì)遇水軟化特性明顯，會造成其力學(xué)強度降低，導(dǎo)致管道周圍土體易在暴雨、振動等作用下發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

（3）短時降雨、地下水位升降等水體變化及人類活動會破壞坡體穩(wěn)定性，易產(chǎn)生崩塌、滑坡災(zāi)害。

（4）采用“抗滑樁工程+排水工程+管溝換填土工程”的綜合治理方案，提升坡體穩(wěn)定性，減小降水對坡體強度的影響，提升滑坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)，保證油氣長輸管道的本質(zhì)安全。

作者簡介：劉俊輝，1998年生，碩士，助理工程師，見習(xí)崗，主要從事地下空間結(jié)構(gòu)與天然氣長輸管道保護等方面的研究。聯(lián)系方式：15136130642，liujh_hit@163.com。