隧道洞口泥石流處治設計及思考

吳 聰 陳 行 陳文宇

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610041）

0 引言

近年來，我國西部地區旅游業不斷發展，公路建設不斷向山區延伸，泥石流災害影響公路通道安全的問題日益顯著[1-2]。針對該問題，本文通過計算得到泥石流流速，從而得到泥石流槽設計參數，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

石棉隧道位于雅西高速石棉站往雅安方向約5公里處。2018年7月29日凌晨5點，石棉縣地區7月份連降暴雨，受長期大規模降雨影響，石棉隧道進口爆發泥石流，形成松散堆積體，灌進隧道，淤塞路基基礎、石棉隧道，掩埋該段公路長約200m。

2 泥石流的成因分析

石棉隧道進口段泥石流溝地形臨空條件發育，山形多為條形背嶺，并行排列，走向南北延綿，地形總體南高北低，流域南側大渡河堆積地貌發育，河谷較寬敞，階地發育，為泥石流堆積提供了有利堆積場所。溝谷流域地形地貌條件、溝谷形態是影響泥石流形成和運動的重要因素，主要為溝床比降和山坡坡度。石棉隧道進口左側山高坡陡，平均坡度在35°以上，溝谷縱坡較大，特別是主溝上游段及各支溝縱坡多在400‰以上，有利于降雨的匯集。

3 泥石流流速計算

計算主要根據現場調查的溝槽斷面特征及泥位等，并結合《泥石流災害防治工程勘察規范》，得出泥石流流速表達式為[3]：

式中：

Vc—泥石流流速（m/s）；

γH—泥石流固體物質重度（t/m3），1.745t/m3；

φ—泥沙修正系數，取φ=0.842；

Hc—平均（水）泥深（m），取2.0m；

Ic—泥石流水力坡度，取400‰。

計算可得，石棉隧道洞口泥石流流速見表1：

表1 泥石流流速

4 排導槽設計

4.1 計算參數

依據經驗及現場實際情況，排導槽采用矩形斷面并設計排導槽的寬度為7m，排導槽坡度為16%。隧道仰坡坡面泥石流重度和泥沙修正系數取《泥石流災害防治工程勘查規范》中數值，排導槽糙率取為0.02[4]。設計參數具體如下表2所示：

表2 排導槽設計參數取值

4.2 排導槽斷面設計迭代計算

泥石流泥深Hc計算具體迭代步驟為以下幾步：

步驟一：根據地勘資料可知，混凝土排導槽進口處的的泥石流速值為3.1m/s，則根據峰值流量得到初始的截面過流面積SC：

步驟二：根據截面過流面積和導流槽寬度可得，排導槽中的泥石流平均泥深CH：

步驟三：根據截面過流面積、導流槽寬度以及泥石流平均泥深可得，水力半徑R：

步驟四：根據水力半徑和泥石流流速，可得計算流速為：

將計算流速代入，重復以上四個步驟，可以得到下一次計算的參數。15次迭代的結果如下表3所示：

表3 計算參數迭代結果表

由于泥石流排導槽位于隧道明洞上，間隔一定時間進行清理，取排導槽內常年淤積高度H淤為0m。并且排導槽的彎道超高H彎為：

安全高度取H0=0.75m。

則有：

經過15次迭代后，排導槽計算高度如下表5所示：

表5 排導槽計算槽高迭代結果

可得，排導槽設計高度H應取最大值2.329m。泥石流最大沖起高度計算公式如下：

可得，排導槽的設計高度H總：

排導槽斷面采用梯形設計，底部寬度為7m，側墻高為3.8m。經驗算排導槽理論峰值流量可達80m3/s，滿足泥石流排輸要求[5]。

5、結論

依托雅西高速公路石棉隧道洞口泥石流地災處治工程，分析了石棉隧道洞口爆發泥石流的成因，并對泥石流槽進行了工程地質評價，最后針對性的進行處治設計，得到了以下結論：

1）通過相關資料調查，并結合有關規范要求，計算得到該泥石流溝槽內泥石流的流速為3.1m/s。

2）根據迭代公式，利用泥石流特征值，得到了泥石流排導槽中泥深的設計深度為1.38m。

3)通過排導槽設計公式，分別得到了排導槽的彎道超高以及最大泥石流最大沖起高度，從而得到了排導槽的設計高度需超過2.82m。