西氣東輸管道工程黃土滑坡的識別與處理

0災害防治對策西氣東輸管道工程是中國東西天然氣生產(chǎn)的主要管道，可以說是世界著名的管道工程。該管道工程通過沙漠、戈壁、高原、山地、丘陵、平原及水網(wǎng)各種地貌,其中三山一原(呂梁山、太岳山、太行山、黃土高原)、五越一網(wǎng)(中衛(wèi)黃河跨越、延水關(guān)黃河基岸隧道穿越、鄭州黃河頂管及定向鉆組合穿越、淮河定向鉆穿越、南京長江盾構(gòu)隧道穿越、蘇南地區(qū)水網(wǎng))是本工程的困難段、困難控制點。沿線發(fā)生的主要地質(zhì)災害有:滑坡、崩塌、洪水沖刷、泥石流或泥流、黃土濕陷及潛蝕、采空塌陷、地裂縫、地面沉降、瓦斯爆炸和煤層自燃、鹽漬土和鹽脹、沙埋風蝕、地震危害(地震活動斷裂帶、高地震裂度區(qū)、地震沙土液化)等十多種類型。在管道勘察、設(shè)計、施工及長期運行中,如何防止各類災害地質(zhì)對管道的危害,其中滑坡對管道安全威脅更大,處理好管道與滑坡的關(guān)系,采取必要防范措施,確保管道安全,顯得十分重要。本文就西氣東輸管道工程經(jīng)過黃土高原的呂梁山區(qū)相關(guān)的黃土滑坡,進行專題討論。1子長縣秀延河上游河谷草地區(qū)西氣東輸管道工程在勘測、設(shè)計、施工及運行過程中,先后發(fā)現(xiàn)了七大滑坡。位于子長縣秀延河上游河谷地帶有:黃草灣滑坡、陽道峁(5號隧道出口)滑坡、棗樹坪滑坡;位于子長縣、延川縣、永平川河谷地帶有王滑坡群、梁家渠滑坡、寒砂石水庫滑坡、董家寺源流灣滑坡。1.1滑坡體缺陷該滑坡位于子長縣李家岔鄉(xiāng)陽道峁村東南擬建的5號隧道出口處的秀延河北側(cè)公路邊坎斜坡上。距隧道洞口西北側(cè)有一個較穩(wěn)定的老滑坡體長33.6m,寬42.2m,前后緣高差27.2m,滑坡土體厚度3～5m,主滑方向S4°E,5號隧道出口段進行仰面開挖、噴錨、修筑天溝、隧道洞口開挖等施工作業(yè)后,切削山體坡腳,斜坡山體出現(xiàn)較大的臨空面,在強降雨水沿發(fā)育的陷穴、落水洞下滲后,誘發(fā)老滑坡體復活。滑坡體范圍縱長70m,橫寬60m,前后緣高差65m,滑坡體面積4000m2,初步推斷滑坡體厚度大于5m,滑坡體積大于2×104m3。滑坡后壁坡度60°～70°,下沉量60～80cm,水平位移30～50cm,滑坡面傾角40°～60°,滑坡體上出現(xiàn)了許多裂縫寬約1～15cm,處于不穩(wěn)定狀態(tài)的新滑坡對5號隧道施工安全帶來了極大危害。1.2滑動面為硬地層,滑坡、沉陷地層,邊坡厚度較低,且滑動面為空間基面該滑坡位于子長縣李家岔鎮(zhèn)黃草灣村秀延河左岸,滑坡體橫寬120m,縱長約100m,體積約12×104m3為大型黃土滑坡?；麦w有三次比較明顯的滑動:第一次最老的滑動面深度為16.1m,第二次滑動面深度為5m,第三次滑動面為公路內(nèi)緣——滑體前緣(靠近秀延河)間的土層滑動、滑床基底為頁巖、油頁巖和泥灰?guī)r、滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),滑坡穩(wěn)定系數(shù)為0.96,滑坡前緣公路路面出現(xiàn)拉裂縫和沉陷,變形帶長度約50m,寬度約17m,裂縫寬度10～50cm,路面下沉量為50～90cm?；麦w中部出現(xiàn)3～10cm的拉裂縫,在暴雨雨水滲透作用下處于滑動狀態(tài),管道從滑坡體前中部通過。1.3型黃土滑坡該滑坡發(fā)育在黃土峁梁溝壑區(qū)秀延河右岸,系黃土沿下伏侏羅系直羅組風化泥巖面滑動的老滑坡?；w長450m,寬約1000m,厚約50m,體積2250×104m3,為巨型黃土滑坡。管道從滑體中部通過。滑體中前部明顯隆起為鼓丘,滑體前緣直抵秀延河床,將河流推至左岸,造成左岸公路路基被河水側(cè)蝕而發(fā)生坍岸。目前,滑坡后壁和滑體發(fā)育較多沖溝,沖溝底部為濕地,滑體中、后部有較大的潛蝕落水洞,大者個體直徑約5m左右,小者約1m,可見深度0.5～0.6m。滑坡前緣受河水沖刷,局部有小的坍滑。經(jīng)采用剩余推力法對該滑坡的穩(wěn)定性進行驗算,其穩(wěn)定系數(shù)K=1.26,目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。1.4滑坡體滑動管道該滑坡群處于黃土峁梁溝壑區(qū)永坪川上游右岸斜坡上,系黃土沿下伏第三系粘土巖接觸面滑動,形成時代較新。由四個中、小型滑坡組成,管道從滑坡體前緣通過。目前,滑坡體前緣受梯田建設(shè)時開挖影響,在滑體中部梯田平臺后緣陡坎處失穩(wěn),致村級輸電水泥桿傾倒。雨季時,沿黃土與下伏第三系粘土巖接觸面常有地下水溢出,造成多處局部不穩(wěn)定狀態(tài)。1.5大型黃土滑坡該滑坡處于黃土峁梁溝壑區(qū)永坪川右岸斜坡,滑體長240m,寬500m,厚約40m,體積480×104m3,為大型黃土滑坡?；麦w目前已被墾為梯田、果園,滑坡體前緣雨季有泉水露出,雨季河水上漲,受其沖刷側(cè)蝕,滑坡前緣常發(fā)生失穩(wěn)滑動,可見梯田陡坎明顯錯位前傾現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查訪問,每年雨季時該滑坡因前緣局部失穩(wěn),產(chǎn)生牽引致滑體前部發(fā)生蠕滑,而管道恰好從滑坡體的中前部通過,將影響到管道安全。1.6貿(mào)易沖淤及人為削坡該滑坡位于永坪川右岸,滑動方向27°,滑體長146m,寬111m,厚約30m,體積約49×104m3,為大型黃土滑坡,系黃土沿下伏三疊系瓦窯堡組風化泥巖面滑動的老滑坡。管線從該滑坡體前部通過?；麦w前緣有下降泉溢出,流量較大,據(jù)訪問,該泉在寒砂石水庫蓄水前,流量較小,在水庫正常蓄水后,流量增大?；麦w后緣右側(cè)存在一條縱向沖溝,沖溝寬1.0～1.5m,深2.0～3.6m,上段走向20°,延伸長度35m,沖溝下段折向75°,延伸長度15m?；麦w中部由于寒砂石水庫引水灌渠的修筑,人為削坡呈高11m的陡坎,引水灌渠寬2.0m,深0.7m,未作防滲襯砌,可見由于渠水溢出后,在滑體中部形成的直徑30～40cm的潛蝕洞穴。另外寒砂石水庫—永坪(1996年建成)及中山川水庫—永坪(2000年建成)的兩條供水管道從水渠附近通過,均與管道平行且基本處于同一位置。在2000年供水管道建成通水后,滑坡前部明顯發(fā)生滑動變形,前緣發(fā)生三個寬約50cm的小型滑坡,滑坡后緣張裂縫寬5～10cm,其變形已擴展至水渠邊。加之,雨季河水上漲,對滑坡體前緣存在沖刷側(cè)蝕,影響滑坡穩(wěn)定。經(jīng)采用剩余推力法對該滑坡進行驗算,穩(wěn)定系數(shù)K=1.04,目前為臨界狀態(tài),而管道恰從該滑坡體前部通過,對管道安全將造成嚴重危害。1.7西氣東輸管道滑坡體現(xiàn)狀該滑坡位于延川縣永坪鎮(zhèn)董家寺源流灣東永坪川河右岸(南側(cè))黃土斜坡山體上。西氣東輸管道DE021-60m～DE021+100m,長約400m從滑坡體中通過,在管道建設(shè)前董家寺滑坡是一個相對較穩(wěn)定的老滑坡,1996年及2000年先后竣工投入運行的永坪煉廠供水兩條管道均在該滑坡體前緣通過,未發(fā)現(xiàn)異常。西氣東輸管道于2002年春著手施工建設(shè),投入運行后于2004年春季,發(fā)現(xiàn)老滑坡前緣失穩(wěn)復活,水管線搬家移至永坪川河左岸,已嚴重威脅西氣東輸管道的安全運行。滑坡體長300m,寬約400m,初步推測滑坡體厚度不小于10m,滑坡體總體積約60×104m3,屬于一個大型黃土滑坡。從現(xiàn)場實地踏勘看,滑坡前緣失穩(wěn),寬約100～120m,長約50～60m的范圍內(nèi)垮塌嚴重,裂隙發(fā)育,最后滑距達1m左右,靠近永坪川右岸漿砌石擋土墻下游段出現(xiàn)位移變形和開裂,裂縫約8～10cm,前緣滑坡體長約50～60m,侵入永坪川河床達5m左右,滑坡體中、后緣發(fā)現(xiàn)裂隙,后緣裂縫寬約5～8cm,中部裂縫3～5cm。2滑坡體邊界對相關(guān)的七處黃土滑坡初步剖析,具有以下基本特征:╋滑坡體后緣(部)有較明顯黃土滑落高差痕跡;╋滑坡體兩側(cè)一般均有切割較深的黃土沖溝,構(gòu)成清晰的滑坡體邊界;╋滑坡均分布于河谷地帶階地或邊坡上,滑坡體前緣臨河、具有河水沖蝕或淘蝕的臨空面;╋滑坡體上分布有黃土沖溝、陷穴等,而且比較發(fā)育,植被稀少,生態(tài)環(huán)境脆弱;╋滑坡體多為馬蘭黃土構(gòu)成,具有自重濕陷性大孔隙結(jié)構(gòu),抗水沖蝕能力差;╋滑坡體的滑動面一般多為黃土覆蓋的基巖面。3工程地質(zhì)分析根據(jù)黃土滑坡的基本特征,中小滑坡體在勘設(shè)中一般較容易識別。對大型巨型黃土滑坡,滑坡體分布范圍較大往往超出人們的視野,難以觀察到滑坡體的全貌,因此,識別有一定的困難。上述七大黃土滑坡的發(fā)現(xiàn)敘述如下:黃草灣滑坡是由中國石油工程設(shè)計有限公司西南分公司在勘察設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的。并對該滑坡進行了初步勘察,形成工程地質(zhì)勘察報告(地-431)。棗樹坪滑坡、王家坬滑坡群、梁家渠滑坡、寒砂石水庫滑坡是中國環(huán)境監(jiān)測院在進行西氣東輸管道工程建設(shè)用地災害地質(zhì)評價中發(fā)現(xiàn)的,詳見有關(guān)報告。陽道峁(5號隧道出口)滑坡是在隧道施工過程中,5號隧道出口土方開挖,及洞口仰面水工保護工程的施工,促使老滑坡復活,發(fā)生了局部垮塌被發(fā)現(xiàn)。董家寺源流灣滑坡是西氣東輸管道靖邊—上海段投入運行后,老滑坡前緣垮塌,中、后部出現(xiàn)裂縫局部失去穩(wěn)定性而復活,促使滑坡前緣階地上的輸水管道搬家遷移后被發(fā)現(xiàn)的。4管道傷害的教育不穩(wěn)定的滑坡和穩(wěn)定的滑坡復活后,對管道工程安全威脅極大,在我國管道史上發(fā)生了許多慘痛教訓。在管道路由選擇過程中,要查明滑坡的具體位置、分布范圍、規(guī)模、性質(zhì)、判定其穩(wěn)定程度,管道能否通過還是繞避,如果通過滑坡體應采取那些可靠預防和治理滑坡技術(shù)措施。4.1西氣東輸管道工程措施對于不穩(wěn)定大型滑坡黃草灣、陽道峁滑坡、王家坬滑坡群、寒砂石水庫滑坡、董家寺源流灣滑坡,西氣東輸管道工程采取改線繞行避開滑坡體的工程措施。徹底解決黃土滑坡對管道安全的威脅。各處改線繞行滑坡方案詳見繞避滑坡改線表1。4.2管道采取穩(wěn)定、穩(wěn)定邊坡的技術(shù)措施穩(wěn)定的滑坡指棗樹坪滑坡,較穩(wěn)定的滑坡指梁家渠滑坡。4.2.1滑坡體工程措施災害地質(zhì)評價報告認為,棗樹坪滑坡是一個大型黃土滑坡,其穩(wěn)定系數(shù)為1.26是一個基本穩(wěn)定的滑坡體。為確保管道安全通過中國石油工程設(shè)計有限公司西南分公司又組織專家組深入現(xiàn)場調(diào)研核實,同意西氣東輸管道從滑坡體中、上部通過控制樁DD142～DD143之間,長約1000m,但必須采取以下工程措施:╋在滑坡體前緣鄰秀延河一岸應修筑護坡或擋土墻、防止秀延河水繼續(xù)淘蝕根部;╋滑坡體頂部應布設(shè)截水溝,并引至溝底防止地表水滲入;╋用灰土填實滑坡體的落水洞;╋與管道緊鄰的沖溝和沖溝頭,均應設(shè)置淤土壩或截水墻,嚴格限制沖溝的繼續(xù)發(fā)育;╋應選擇在旱季施工,分段開挖、速挖速填,做好管溝底灰土墊層及相應排水措施。4.2.2滑坡體的穩(wěn)定性梁家渠滑坡災害地質(zhì)評價報告中認為是一個雨季前緣局部失穩(wěn)發(fā)生蠕滑的滑坡,中國石油工程設(shè)計有限公司西南分公司專家到現(xiàn)場技術(shù)會談后認為,該滑坡地貌相對高差較小,開墾梯田后顯得地形較平緩,該處臨永坪川河階地敷設(shè)的永坪煉廠供水管道工作未發(fā)現(xiàn)異常,說明本滑坡體具有相對的穩(wěn)定性。西氣東輸管道在DD288～DD289之間長約500m在該滑坡體中部通過(位于供水管道右側(cè)第二級臺地梯田中通過,比較合適)。為防止滑坡體前緣局部蠕滑而失穩(wěn),應采取臨永坪川河岸一側(cè)砌筑護岸擋墻、避免永坪川洪水淘蝕,其它工程措施可參照棗樹坪滑坡采取的工程措施實施,是能夠保護管道通過梁家渠滑坡安全的。5土滑坡防治a)西氣東輸管道工程經(jīng)呂梁山區(qū)濕陷性黃土地段達300km,各種地質(zhì)災害類型有十余種,其中滑坡是對管道安全威脅較大的類型之一。黃土滑坡多分布于河谷、沖溝兩側(cè)的臨河、臨溝的山體邊坡和臺地上,在選定線時,應將滑坡作為重點進行勘察。b)大型、巨型黃土滑坡涉及范圍較大,發(fā)現(xiàn)識別比較困難,管道建設(shè)必須安排有資質(zhì)的勘設(shè)科研單位專門進行災害地質(zhì)評價,在此基礎(chǔ)上應加大勘察力度,運用各種方法和手段查明滑坡,不允許出現(xiàn)疏漏。c)在選擇管道路由時,對于不穩(wěn)定的大型黃土滑坡,應采用繞避方式通過;