長輸管道建設中常見邊坡失穩形式和防治

張建良 亢會明

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司， 四川 成都 610041

0 前言

長輸管道建設過程中不可避免地要通過各種復雜地段，在丘陵、山區等地段經常出現各種邊坡失穩現象，滑坡是出現最多、對管道建設影響最大的邊坡失穩形式，嚴重威脅著管道建設及運行的安全。本文對幾種典型的邊坡失穩情況進行分析，提出有針對性的、綜合性的治理方案和措施。

1 常見邊坡失穩形式

邊坡失穩表現為在自然因素或人類工程活動影響下邊坡出現裂縫、松動、滑移等現象，是一種復雜的地質災害過程，由于地質結構的復雜性和組成邊坡巖土體的不同，邊坡失穩有不同的形式［1］。

1.1 土質邊坡

土質邊坡是指由砂性土、黏性土、黃土、填土等構成的具有傾斜坡面的土體。由于在土體自重及結構力作用下，整個土體都有從高處向低處滑動的趨勢，如果某一面上的下滑力超過抗滑力，或者面上每點的剪應力達到抗剪強度，該類邊坡將失穩，最常見的表現為滑坡和坡體蠕動變形。土質邊坡穩定性主要與邊坡土質結構、邊坡高度、坡角、自然區域環境有密切相關關系。砂性土邊坡較黏性土邊坡易于遭受沖刷而破壞；較高的邊坡比較低的邊坡更容易遭受坡面流水沖刷；密實度較好的邊坡比密實度較低的邊坡耐沖刷。氣候變化大、水量充沛的區域邊坡發生的變形也較大［2-3］。

土質邊坡失穩通常呈現出漸近性破壞，由蠕動變形至拉裂滑動，在長輸管道建設中主要表現為以下幾種。

1.1.1 河道沖刷引起的邊（岸）坡失穩

河道滑坡通常在山間河谷地貌發育。河水的常年沖刷，使河道加深，邊（岸）坡臨空面增大，在強大氣降水情況下，河水流量迅速增加，流速加快，加劇了對坡（岸）腳的沖刷，地表降水亦滲入坡體內，使得坡體自重增加，滑動面力學強度降低，形成邊坡變形、蠕滑，進一步發展形成滑坡。因此河谷川臺地區、山區河道滑坡極其發育，在土質邊坡中占有相當大的比例。圖1中西氣東輸工程某黃土地區滑坡即為典型的河道沖刷引起的滑坡，輸氣管道在坡體上方平臺敷設，沿坡腳處發育河流，河道寬約在7～11m，河水長年沖刷坡腳，坡體臨空面不斷增大，造成坡體失穩，發生蠕滑變形。

圖1 黃土滑坡前緣變形跡象

1.1.2 人類工程活動引起的邊坡失穩

在人類工程活動中也極易誘發邊坡失穩，例如管道管溝開挖增大了邊坡臨空面，管溝沒有及時回填或采用臨時支撐導致邊坡變形，導致附近構建筑物拉裂，造成安全隱患。此類情況曾在四川地區的長輸管道建設中時常出現，見圖2。

圖2 管溝開挖引起的邊坡變形

1.1.3 大氣降水引起的邊坡失穩

在長期降雨或一次大量降雨的情況下，大氣降水大量滲入坡體，造成土體飽和后自重增大，土的力學強度降低，邊坡中水的浮托力增大，引起邊坡失穩。在管道建設過程中由于管溝未及時回填或管溝回填不密實，加劇了大氣降水對邊坡的破壞。

1.2 巖質邊坡

巖質邊坡的變形多受巖體結構和地應力等影響，在降雨、融雪、凍脹、其他形式的風化和人類工程活動等誘發下，形成滑移和崩塌，對管道建設和運營造成危害。

1.2.1 滑移式

滑移式的巖體特征主要受外傾結構面控制，坡體沿硬性結構面或軟弱結構的層面下滑，出現單層面和多層面滑動。受外傾結構面控制的巖質坡體見圖3。

受外傾結構面控制的巖質滑坡為順層結構、多為單斜結構（包括堆積斜坡），坡體傾角由下向上逐漸變陡，傾角一般在10°以上，以15°～40°居多，尤以順層堆積層面和基巖頂面及軟弱層面活動最多。如向斜的一翼，上部巖層對下部巖體有較大的推力，當下部支撐減弱，或受其它影響，則易發生大規模的順層滑坡。此類多為板塊、片狀巖體。

1.2.2 剪切式

巖體受非外傾結構面控制，坡體剪切巖體層面滑動，此種巖體結構常為塊狀、散體狀，常沿不利滑動面滑動。受非外傾結構面控制的巖質坡體見圖4。

對于受非外傾結構面控制的巖質坡體，巖體多成水平層狀結構或反傾向坡體，巖性多為半成巖地層（如昔格達層和共和層）或軟弱巖層（如泥巖、頁巖為主構成），因巖質較軟，遇水后強度大大降低，故易引起滑動。

圖3 受外傾結構面控制的巖質坡體

圖4 受非外傾結構面控制的巖質坡體

2 邊坡失穩的處理措施

邊坡失穩的處理措施按其作用可分為兩種：一是邊坡整體穩定，僅對表或局部出現的變形破壞采取的防護措施；二是邊坡整體不穩定，為消除或減少不穩定因素而采取的整治措施。

近年來，根據管道邊坡變形的原因，采用支擋與防排水相結合的綜合治理措施，取得了較好的效果。

2.1 錨桿（索）

當遇到規模較大的不穩定邊坡和不易清理的巖體（危巖），管道又必須從此類地帶通過時，可優先選擇錨桿（索）加固，錨索長度一般為20～50m，錨桿則在20m以內。此方法對運行管道干擾極小，安全性高、工期快、占地小、投資少。

重慶經開區某工程因隧道開挖，導致坡體失穩崩塌，威脅到重慶市區供氣管道的安全運行，在不能停止供氣和工程建設的情況下，優先選用了錨索，有效加固了坡體，確保了管道的安全運行。

2.2 擋土墻或抗滑樁

擋土墻和抗滑樁是管道建設防護中運用最多的防護措施。擋土墻常應用在新建管道中，可以處理高度小于5m的不穩定邊坡或欠穩定邊坡體，一般常設置在坡腳處，不穩體區域規模（滑體厚度）較大時，可根據實際情況采用樁基礎擋板設置在管道附近。抗滑樁一般常用在已運營管道中新出現的不穩定邊坡體加固上，適用于加固滑坡體厚度較大、治理范圍廣和管道改線困難段，其治理效果好，但施工風險較高［4］。

在川渝地區輸氣管道邊坡隱患治理工程中，受治理區域地形地貌單元復雜、通行條件差、排水困難、不能爆破等因素制約，大多采用抗滑樁、擋土墻等方案治理，人工挖孔抗滑樁使用機具少，對條件要求不高，優勢明顯。

2.3 防排水措施

防排水措施以管溝截水為主，對坡體匯水采用截排結合的措施，松散層地下水可以采用排水盲溝進行處理。

2.4 修建水工保護措施

水工保護常和圬工防護措施配合使用。大氣降水和地表徑流是影響坡體穩定的主導因素，也是坡體失穩的誘發因素。邊坡的最薄弱環節就在邊坡坡腳，無論是水流對坡腳的沖刷或是冬季積雪，都會造成坡腳濕軟，強度降低，致使上部巖（土）體失去支撐，發生破壞。因此在制定沿河道岸敷設長輸管道防護措施時，應因地制宜地在地表徑流方向修建截水溝、排水渠、護岸、丁壩等有效降低水流對坡體坡腳和坡面的直接沖刷。

3 工程實例

3.1 截排水治理方案

某輸氣管道滑坡相對高差約27m，平均坡度在15°～25°之間，滑坡前緣寬度約101m，滑坡中部平均寬度約77 m，順主滑方向長約103m。滑坡整體空間上形態呈“圈椅”形，上部與下部較陡，中部較緩（局部地段呈洼地），有公路從坡體中后部通過，滑體前緣發現有鼓脹裂縫，坡底有河流通過。滑坡最大厚度10.5m，體積9.5×104m3，為一小型土質滑坡，見圖5～6。該滑坡主滑方向為343°，管道走向為111°，管道與滑坡的主滑方向呈128°的夾角，管道在滑坡的中上部斜向貫穿滑坡。

該滑坡形成的主要原因是：管道施工后，管溝區域土質疏松，且地表植被被破壞，雨季時大量雨水下滲，邊坡土體自重增加，下伏基巖為相對隔水層，雨水長期下滲至滑體的中下部位；坡體下部有河流通過，在暴雨時河溝的水量劇增，加之沖溝的坡度較陡，水流湍急，滑坡的前緣又處在沖刷岸，側蝕嚴重，致使坡腳阻力降低，臨空面增大；從山腰修建的一條盤山簡易公路通過滑坡進入溝底，導致山上的雨水沿公路流入坡體。

根據該滑坡具體情況采取的治理措施為：在管道位置靠山側方向的滑坡體范圍內，開挖底寬2.0m，深度低于管道底面位置的溝槽，以釋放滑坡變形導致管道所受的推力，并根據變形和管道容許變形情況，采用導鏈使管道向滑坡上部移動一定高度，以增加管道受滑坡推移的容許變形量；采用塑料盲溝排除坡體內積水；沿公路內側（靠山側）設置可抵抗蠕滑變形的柔性排水溝；采用應變片監測，定期觀測變形情況；采用黏土填實管道附近落水洞。

圖5 滑坡體與管道平面位置

圖6 滑坡體與管道斷面

3.2 抗滑樁治理方案

某輸氣管道滑坡處于丘間沖谷，后緣為陡立斷壁，基巖出露，高度約8～10m。滑坡體平面形態呈“紡錘”形，平均分布面積6.0×103m2，總體積1.1×104m3。 滑床由侏羅系遂寧組頁巖及砂巖構成，滑體厚度大，滑坡體主要由巨石、漂塊石、碎塊石土組成，含少量植物根系和黏土。

該滑坡誘發的主要因素是降雨及地表排水不暢等。

根據該滑坡的具體情況采取的治理措施為：在滑坡滑動方向靠管道的上方位置，沿管道的走向設置一道抗滑樁梁，抗滑樁的樁長4.6～5.3m，樁徑1.7m×1.7m，樁中心距5m，抗滑樁采用長39m，寬1.7m，高1.2m的鋼筋混凝土聯系梁連接在一起；沿滑坡周界挖一條排水溝。

3.3 擋土墻治理方案

某輸氣管道滑坡的平面形態呈“圈椅”形，橫向起伏小，縱向起伏較大。 地形坡度5°～20°，滑坡主滑方向296°。滑坡邊界明顯，后緣為廢棄的人工溝渠，前緣靠近民房。滑坡體南側邊界為裸露的基巖，北側邊界小路邊基巖裸露，整個滑坡發育在一個“U”形基巖溝槽內。滑坡縱向長34m左右，橫向寬15m左右，面積514m2，平均厚1.9m，體積約1 000m3，巖層產狀為280°～295°∠7°～8°。 滑體厚度較小，滑坡體為土層。

該滑坡形成的主要原因是管溝開挖后由于管道未及時施工，管溝長期暴露，雨季時大量雨水入滲。

根據該滑坡的具體情況采用的治理措施為：在滑坡前緣修筑一道擋土墻，高4.2m，頂寬1.0m，長23m，底寬1.8m，墻胸坡度1∶0.3，墻背坡度1∶0.1，墻底坡度0.1∶1；在滑坡后緣挖一條截水溝及排水溝。

3.4 錨拉梁方案

某輸氣管道滑坡長48m，寬47m，面積2 256m2，滑坡體平均厚度3.05m，滑坡體體積約6 880.8m3。滑坡后緣垂直位移20～60 cm，水平位移10～50 cm，滑坡體上可見走向185°∠80°～85°、80°～95°∠80°～85°裂縫， 縫寬3～5 cm，剪出口不甚清晰。滑體厚度較小，滑坡體為基巖。

根據該滑坡的具體情況采取的治理措施為：在滑坡后緣挖一條排水溝；垂直滑動方向構筑四組錨拉梁，沿管道方向垂直滑動方向雁行展布，錨拉梁1.5m×1.0m（寬×高），錨桿中心距均1.5m，錨桿長1 2m。

4 結論

a）邊坡失穩的表現形式較為復雜，邊坡的地層、地質構造、水文地質條件、氣象條件及地形條件等是造成邊坡失穩的內在因素，而管道建設及運行過程中對邊坡的不合理開挖及加載，以及管溝開挖后長時間暴露及大量降雨等是造成邊坡失穩的誘因。

b）滑坡治理應以管道安全作為首要治理目標，而非確保滑坡整體穩定。

c)對管道工程中出現的邊坡失穩采用支擋措施與防排水措施相結合的綜合治理方案，可以取得較好的效果。

d）對于管道工程邊坡失穩的防治措施，需要針對管道作為線性構筑物具有一定的彈性變形能力的特點，根據不同情況采取整體治理坡體和通過一些工程措施來消減坡體失穩對管道的影響來保護管道，才能達到事半功倍的目的。

［1］林宗元.巖土工程治理手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005.Lin Zongyuan.Geotechnical Engineering Prevention Manual,［M］.Beijing： ChinaArchitecture&Building Press，2005.

［2］DB 50/5029-2004，重慶市地方標準地質災害防治工程設計規范［S］．DB 50/5029-2004,Local Standardsof Chongqing Prevention Engineering Design ofGeologic Disaster［S］.

［3］GB 50330-2002 ，建筑邊坡工程技術規范［S］．GB 50330-2002,Building Slope Engineering Technical Specification ［S］.

［4］林 冬，許可方，黃潤秋，等，油氣輸送管道沿線滑坡災害的防治［J］．焊管，2010，33（9）：57-60.Lin Dong,Xu Kefang,Huang Runqiu,etal,Pipeline Landslides Hazard Prevention and Control［J］.W elded Pipe and Tube，2010，33（9）：57-60.