成永剛，王 軍

(四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司， 四川 成都 610041)

川藏高速公路雅(安)—康(定)段位于我國地勢(shì)由第一階梯青藏高原向第二階梯四川盆地過渡段，山體陡峻高差大，大江大河發(fā)育，斷裂活動(dòng)頻繁，氣象環(huán)境變化快速，具有極其復(fù)雜的地質(zhì)條件，極其脆弱的生態(tài)條件，極其困難的工程建設(shè)條件[1-2]，橋隧比高達(dá)80%左右，每千米工程投資達(dá)2億元以上，是目前我國雙向四車道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中工程造價(jià)最高的高速公路。

川藏高速公路沿線滑坡、崩塌、泥石流等自然災(zāi)害體分布廣泛，工程棄渣、高填路堤、深挖路塹等工程災(zāi)害居高不下，甚至出現(xiàn)多類型地質(zhì)災(zāi)害體共生的情況，對(duì)高速公路形成了巨大的安全隱患、建設(shè)成本和工期壓力。通過對(duì)川藏高速公路雅康段喇叭嘴泥石流、滑坡、崩塌、棄渣、高填的復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體綜合處治方案研究，以期能為今后通過區(qū)內(nèi)的川藏鐵路等的類似復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體處治提供一定的借鑒。

喇叭嘴段原設(shè)計(jì)線路為典型的“兩隧夾一橋”，其中小里程端龍進(jìn)隧道長1 274 m，大里程端日地1#隧道長1 883 m，喇叭嘴中橋長80 m，橋面距溝底標(biāo)高20 m～25 m。工程建設(shè)期間接連發(fā)生了日地1#隧道進(jìn)口段滑坡變形、山體卸荷開裂和崩塌落石，龍進(jìn)隧道出口段滑塌和落石，大量隧道棄渣棄于橋梁部位，以及補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)喇叭嘴溝屬于泥石流溝等地質(zhì)災(zāi)害體等，對(duì)工程的建設(shè)形成了巨大安全隱患。由此，圍繞高烈度地震區(qū)復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體的綜合處治，處治方案幾經(jīng)調(diào)整。

1 工程地質(zhì)環(huán)境和災(zāi)害體特征

項(xiàng)目區(qū)屬河流侵蝕-構(gòu)造剝蝕高中山峽谷地貌，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.3g，屬于典型的高烈度地震區(qū)[3]。區(qū)內(nèi)廣泛分布晉寧～澄江期粗粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造的花崗巖，山體坡度一般為35°～55°，屬高山亞寒帶氣候，年均氣溫6.5℃，年平均降雨量830 mm。

1.1 喇叭嘴泥石流

喇叭嘴溝主溝全長7.46 km，平均縱坡比降398‰，溝谷寬6 m～70 m，流域面積約8.46 km2，主溝相對(duì)高差 3 104 m。泥石流溝根據(jù)4 744 m～3 900 m、3 900 m ～1 860 m 、1 860 m～1 660 m、1 660 m～1 640 m 四段高程分為寒凍風(fēng)化區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)[4]，見圖1。

寒凍風(fēng)化區(qū)面積約1.16 km2，溝道長度為1.74 km，縱坡比降為599‰；形成區(qū)面積約7.25 km2，溝道長5.23 km，平均縱坡比降為429‰。寒凍風(fēng)化區(qū)和形成區(qū)的季節(jié)性積雪和崩坡積物為泥石流物質(zhì)的主要來源，靜儲(chǔ)量約為112.49×104m3，動(dòng)儲(chǔ)量31.25×104m3。流通區(qū)面積約0.04 km2，溝道長度為0.38 km，平均縱坡比降為750‰，其下游為落差超過100 m的陡崖，陡崖以外即為堆積區(qū)。堆積區(qū)面積0.01 km2，溝道長度為0.15 km，平均縱坡比降140‰。

圖1 喇叭嘴泥石流溝溝床縱剖面圖

喇叭嘴溝在1937年和1958年發(fā)生過兩次規(guī)模較大的泥石流，近年來溝中偶有小規(guī)模的泥石流發(fā)生，但主要停積在溝道中上游。溝內(nèi)分布大量的漂木和呈稍密—中密狀礫石等泥石流堆積物，其中粒徑大于20 cm的顆粒含量占60%～70%，最大粒徑4 m～8 m。2 cm～20 cm的顆粒含量占20%～30%，0.2 cm～2 cm的顆粒含量占5%～10%。溝內(nèi)海拔3 000 m以上地段植被多為草甸和稀疏灌木，隨著海拔降低溝內(nèi)喬木比例逐漸提高，尤其是在2 100 m左右的高速公路附近，溝內(nèi)植被茂盛，喬木直徑可達(dá)到40 cm以上。溝內(nèi)常年的穩(wěn)定水流約為0.5 m3/s，在暴雨時(shí)水量大幅增加，屬于典型的暴漲暴跌型山區(qū)溝谷。

1.2 日地1#隧道進(jìn)口段和龍進(jìn)隧道出口段坡體

構(gòu)成坡體的斜長花崗巖(γ02(4))中發(fā)育五組結(jié)構(gòu)面，J1—J5產(chǎn)狀分別為：80°∠70°、78°～83°∠25°～32°、269°∠72°、301°∠33°和175°∠70°。

(1) 日地1#隧道進(jìn)口段：邊坡自然坡度40°～60°，坡向75°，地表為厚約10 m的稍密狀崩坡積碎塊石。坡面多有裂縫分布，落石現(xiàn)象嚴(yán)重，樹木多呈“馬刀樹”狀。下伏的強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖中，傾向坡外的J1結(jié)構(gòu)面追蹤發(fā)育卸荷裂隙，貫通度達(dá)10 m以上，傾向坡外的J2結(jié)構(gòu)面貫通度5 m以上。陡傾的J1結(jié)構(gòu)面和緩傾的J2結(jié)構(gòu)面組合對(duì)坡體穩(wěn)定性具有控制作用，見圖2。

2017年2月下旬，隧道開挖時(shí)仰坡出現(xiàn)約300 m3垮塌，坡外約70 m的位置出現(xiàn)兩條長約15 m的貫通狀裂縫，側(cè)界明顯受花崗巖中發(fā)育的J4和J5結(jié)構(gòu)面控制；距隧道洞口約20 m～40 m的隧道洞身出現(xiàn)多條狀環(huán)向裂縫，形態(tài)與花崗巖中發(fā)育的J1和J2結(jié)構(gòu)面相一致。

(2) 龍進(jìn)隧道出口段：自然坡度50°～70°，坡向269°，線路走向255°。隧道仰坡部位坡體主要由強(qiáng)—中風(fēng)化花崗巖構(gòu)成，與自然坡向一致而與線路斜交的J3結(jié)構(gòu)面貫通度10 m以上，坡面常有零星落石掉落，隧道標(biāo)高以下崩坡積碎塊石厚度約10 m，見圖3。

圖3 龍進(jìn)隧道出口邊坡

2017年5月中旬，隧道左、右洞之間的溝槽部位，沿與J3結(jié)構(gòu)面近于一致的基巖面發(fā)生了約1 000 m3的堆積體滑塌，造成隧道下部堆積體發(fā)生較大變形而威脅線路安全。

1.3 隧道棄渣

線路所在溝谷呈“后寬前小的葫蘆狀”，即線路部位溝寬約50 m～70 m，兩側(cè)岸坡堆積厚約10 m以上。前部溝寬約7 m左右，岸坡陡立，基巖完整性好?；居诖说?，隧道開挖在溝中棄置了約22×104m3花崗巖隧道棄渣，見圖4。

2 地質(zhì)災(zāi)害體機(jī)理分析

(1) 喇叭嘴泥石流溝是典型的高海拔溝谷型泥石流。低氣溫、強(qiáng)日照、大溫差、季節(jié)性積雪，為泥石流物源創(chuàng)造了條件；季節(jié)性融雪、強(qiáng)降雨和寒凍風(fēng)化帶的開闊地形，為泥石流的形成提供了良好的水源[7-8]。自上世紀(jì)爆發(fā)兩次規(guī)模較大的泥石流以來，由于季節(jié)性積雪的不斷減少和區(qū)內(nèi)植被的有效恢復(fù)，使小規(guī)模爆發(fā)的泥石流多彎而狹長的溝道后部阻塞而停積，但存在多年蓄能后在強(qiáng)震激發(fā)和極端強(qiáng)降雨條件下爆發(fā)較大規(guī)模泥石流的可能，見圖5。

圖4 喇叭嘴溝內(nèi)隧道棄渣

圖5 喇叭嘴溝內(nèi)遍布的碎塊石和漂木

(2) 日地1#隧道洞口開挖形成的21 m仰坡，造成二元結(jié)構(gòu)邊坡上部的堆積體發(fā)生沿土巖界面的滑移。滑坡主軸長75 m，平均寬約76 m，滑體平均厚度為9 m，滑坡體積約5×104m3；此外，在距洞口約25 m～40 m的范圍內(nèi)隧道洞身出現(xiàn)多條環(huán)狀、貫通裂縫，裂縫形態(tài)與J1結(jié)構(gòu)面和J2結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀基本吻合。這說明卸荷嚴(yán)重的坡體在隧道開挖后，造成上部巖土體在重力作用下沿陡傾結(jié)構(gòu)面J1發(fā)生擠壓開裂[7]，下部花崗巖體在開挖擾動(dòng)、卸荷等作用下沿緩傾結(jié)構(gòu)面J2發(fā)生回彈開裂[8]。在后期工程擾動(dòng)、卸荷和地下水的作用下存在結(jié)構(gòu)面逐漸貫通而產(chǎn)生變形的可能。

(3) 龍進(jìn)隧道側(cè)向12 m高邊坡的開挖，造成上部覆蓋層沿基巖面發(fā)生了約1 000 m3的滑塌，對(duì)下部堆積體形成加載而發(fā)生了較大變形。同時(shí)，落石掉塊嚴(yán)重威脅著下部隧道與橋梁的安全。

(4) 溝內(nèi)棄置的22×104m3隧道花崗巖棄渣，若不能進(jìn)行有效的原位處治，在長期溝水作用下存在成為泥石流物源的可能[9-10]，將直接威脅下游大量民居和國道G318的安全(見圖6)。此外，在強(qiáng)震作用下，花崗巖棄渣在振密的過程中發(fā)生下沉或失穩(wěn)將影響高速公路的安全[11-12]，故需對(duì)棄渣進(jìn)行必要的工程措施處治。

圖6 高速公路喇叭嘴溝段地質(zhì)剖面圖

3 復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體綜合處治方案分析

項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)災(zāi)害體包括滑坡、崩塌、泥石流、棄渣、高填，各地質(zhì)災(zāi)害體之間既相互聯(lián)系，又相互制約。因此，工程處治方案應(yīng)具有針對(duì)性和兼顧性特征，確保高烈度地震區(qū)線路的安全。

3.1 泥石流處治分析

3.1.1 泥石流防治標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù)喇叭嘴溝在上世紀(jì)發(fā)生的兩次約1.3×104m3的泥石流，以及近年來停積在溝道中上游的小型泥石流體[4，13]，結(jié)合泥石流的流域、溝型、堆積扇、物質(zhì)貯量、暴雨強(qiáng)度、植被、危害對(duì)象等指標(biāo)判定，喇叭嘴泥石流定性為低頻、泥石流活動(dòng)規(guī)模中等、災(zāi)害等級(jí)為Ⅱ級(jí)、危害程度為一般災(zāi)害，故防治標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計(jì)保證率取2%。喇叭嘴泥石流相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 喇叭嘴泥石流相關(guān)參數(shù)表

3.1.2 泥石流處治方案

(1) 在線路上游490 m與355 m處的溝道分別設(shè)置梅花形布置的3排樁林，對(duì)泥石流中的粗大花崗巖顆粒、漂木等進(jìn)行攔截[14]，形成連鎖停積，有效減小泥石流的沖擊力。

其中第一排樁林由3排直徑1.8 m、縱橫向間距5.0 m，樁長19 m的15根C30鋼筋混凝土樁組成，樁頭和地面處用系梁進(jìn)行連接，以提高樁林的整體性；第二排樁林由3排直徑1.2 m、縱橫向間距為3.4 m，樁長17 m的15根C30鋼筋混凝土棱臺(tái)樁組成。

(2) 梳齒壩主要由梳齒高5.0 m、間距0.8 m、截面為1.5 m×1.2 m的13根C30鋼筋混凝土樁構(gòu)成，并通過承臺(tái)與下部為8根Φ1.5 m、間距1.3 m、埋深7 m的錨固樁連接。

(3) 攔砂壩長35 m、高6.0 m，由C20混凝土構(gòu)成，墻前設(shè)9.0 m長護(hù)坦，并直接與下部排導(dǎo)槽相連，攔砂壩庫容1.4×104m3。

(4) 為使經(jīng)上游攔截后的泥石流按一定的線路排泄，減少對(duì)下部高速公路等構(gòu)造物的威脅，在攔砂壩與線路之間設(shè)置，縱坡為20%～40%、頂寬12 m、底寬10 m高5.5 m的C30鋼纖維混凝土排導(dǎo)槽。

喇叭嘴泥石流攔截工程整體處治布置形式見圖7。

圖7 喇叭嘴泥石流攔截工程措施布置圖

3.2 隧道洞口地質(zhì)災(zāi)害體處治分析

日地1#隧道進(jìn)口端的主要病害為堆積體滑坡和依附于花崗巖結(jié)構(gòu)面的卸荷體，以及與龍進(jìn)隧洞出口端共同存在的崩塌落石。

3.2.1 地質(zhì)災(zāi)害體相關(guān)參數(shù)分析

(1) 日地1#隧道進(jìn)口端的花崗巖卸荷體是洞口的控制性病害，而堆積體病害可以在花崗巖卸荷體進(jìn)行處治時(shí)進(jìn)行兼顧處治。

依據(jù)隧道上部的陡傾張性結(jié)構(gòu)面和隧道下部的緩傾壓性結(jié)構(gòu)面性質(zhì)，以及卸荷體的風(fēng)化段落，結(jié)構(gòu)面貫通長度、充填度和張開度，并結(jié)合區(qū)內(nèi)相似的水電站花崗巖結(jié)構(gòu)面參數(shù)進(jìn)行校核[15-16]，參數(shù)選取見表2。其中下滑力計(jì)算時(shí)的控制性工況為地震工況，安全系數(shù)K=1.15。

表2 結(jié)構(gòu)面參數(shù)及潛在下滑力表

3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害體處治方案

隧道口堆積體滑坡和花崗巖卸荷體的治理，需同時(shí)考慮崩塌落石工程的有效防治，提高線路的抗災(zāi)能力，且有利于泥石流的正常通過(見圖8)。

圖8 隧道洞口處地質(zhì)災(zāi)害體綜合處治工程設(shè)計(jì)布置圖

(1) 日地1#隧道進(jìn)口仰坡的堆積體滑坡和花崗巖卸荷體，在隧道上部采用4排長12 m的錨桿和13排長19 m～36 m錨索工程進(jìn)行加固；將喇叭嘴中橋由80 m減跨為40 m，利用花崗巖棄渣對(duì)“橋改路”段的日地1#隧道進(jìn)口段和龍進(jìn)隧道出口段坡體進(jìn)行反壓。

(2) 對(duì)隧道開裂區(qū)段加強(qiáng)襯砌和長錨桿環(huán)向注漿，提高隧道的抗變形能力。

(3) 減跨后的喇叭嘴中橋橋下設(shè)置同線路上游相同參數(shù)的排導(dǎo)槽對(duì)泥石流進(jìn)行引排。

(4) 在日地1#隧道進(jìn)口段和龍進(jìn)隧道出口段30 m和50 m的路基部位設(shè)置柔性明洞，提高隧道洞口的崩塌落石防護(hù)等級(jí)。

4 花崗巖棄渣和高填處治

喇叭嘴溝內(nèi)的花崗巖棄渣方量大，在溝內(nèi)匯水和高烈度地震作用下存在較大的安全隱患，一旦出現(xiàn)過大沉降和失穩(wěn)，則會(huì)造成高速公路的病害和泥石流排導(dǎo)系統(tǒng)的破壞，以及在極端情況下花崗巖棄渣自身成為泥石流物源的可能。故需進(jìn)行針對(duì)性的工程處治，以確保復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體綜合處治的成功(見圖9)。

圖9 棄渣、高填綜合處治工程設(shè)計(jì)布置圖

(1) 花崗巖棄渣采用1∶1.5～1∶1.75坡率進(jìn)行放坡，并逐層強(qiáng)夯，路堤邊坡最大高度78.5 m。

(2) 在路堤一級(jí)平臺(tái)部位設(shè)置樁基托梁擋墻對(duì)路基與花崗巖棄渣進(jìn)行隔離，以有效確保高速公路安全。其中為有效減小抗滑樁懸臂長度，特在樁頂設(shè)置高10 m的衡重式擋墻，抗滑樁基規(guī)格為2×3 m@5 m，長24.5 m。

(3) 坡腳設(shè)置頂寬3.5 m，高12 m,基礎(chǔ)埋深2 m的C30拱形混凝土擋墻，擋墻兩端嵌入中風(fēng)化花崗巖岸坡不小于1.5 m，墻前設(shè)置C30鋼筋混凝土消能弧。

(4) 棄渣坡面上設(shè)置與線路部位相同參數(shù)的鋼筋混凝土排導(dǎo)槽，且在槽底設(shè)置2排共4根Φ2 m、樁長13 m和20 m的圓形固定樁。

5 結(jié) 語

(1) 川西藏區(qū)峽谷深切，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，高速公路應(yīng)貫徹地質(zhì)選線理念，盡量避免在地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)地段通過。

(2) 泥石流的有效治理是喇叭嘴復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體成功治理的基礎(chǔ)，而大量棄渣的有效綜合處治、利用是復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害體成功治理的關(guān)鍵。

(3) 復(fù)雜地段的泥石流治理工程，宜采用分級(jí)攔擋工程和抗裂性較好的排導(dǎo)槽，而溝內(nèi)高烈度地震區(qū)的高填與棄渣應(yīng)進(jìn)行隔斷分別進(jìn)行處治，并適當(dāng)提高工程的安全冗余。

(4) 合理分析堆積體滑坡性質(zhì)和花崗巖卸荷體的發(fā)展趨勢(shì)，積極采用“橋改路”反壓工程有效提高了坡體的穩(wěn)定性和線路的抗崩塌落石等級(jí)。

(5) 地質(zhì)災(zāi)害復(fù)雜地段，應(yīng)合理設(shè)置棄渣場(chǎng)地，嚴(yán)格控制工程施工風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)工程管理，防止人工次生災(zāi)害的發(fā)生。