劉俊輝 司潤川 周小超 劉帥旗 金山 蔡文政

國家管網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、規模和形態特征，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，以提高坡體穩定性并減小降水對坡體的影響，為油氣長輸管道地質災害的預測和防治提供參考。

關鍵詞：長輸管道；地質災害；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雜多變的地質環境，由于管道自身的結構特點和使用壽命等因素，地質災害成為影響生產運行安全的一大因素。西氣東輸一線太行山GX005滑坡地質災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，敷設長度約為130 m，一旦發生滑坡可能造成管道變形甚至斷裂，嚴重影響管道運行安全。本文從災害特征分析、滑坡穩定性計算評價以及防治工程設計等方面入手，采取了有效預測和防治措施。

1  災害特征及分析

1.1  滑坡邊界、規模、形態特征

根據調查滑坡體所在斜坡地形地貌、地質條件及變形特征，確定該滑坡南側邊界以鄉村道路為界，北側邊界以F3斷裂帶為界，滑坡后緣以X040縣道西側山坡為界，滑坡前緣（東側）為采礦坡腳，滑坡整體形態呈圈椅狀。通過詳細調查、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

經現場調查，滑坡體主要變形破壞特征為坡體出現如圖 3所示的裂縫及落水洞。在滑坡體上共發現5條裂縫，裂縫①位于后緣X040縣道路面上；裂縫②及裂縫③位于滑坡體南側坡體邊界上，均為縱向裂縫；裂縫④位于窯洞平臺土質陡坎處，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；滑坡體北側發現多處落水洞，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。根據現場調查及勘查成果分析，該滑坡處于緩慢變形階段，裂縫均由于滑坡變形引發，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  物理力學性質指標分析

滑坡穩定性評價與計算中所采用的巖土物理力學參數的選取，是計算評價滑坡穩定性的關鍵所在。在滑體中采取土樣8件進行室內試驗，結果統計見表 1。由于試驗土體中夾有大量鈣質結核及碎塊石，而試驗時將其進行剔除，導致試驗值產生一定偏差。因此根據現場勘查和室內土工實驗，坡體各地層的物理力學參數綜合取值如下表 2所示。

表 1 滑體土土工試驗成果統計表

表 2 巖土體物理參數及抗剪強度參數綜合取值表

2  滑坡穩定性計算及評價

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

2.1  滑坡形成機制分析

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

2.2  滑坡穩定性計算評價

采用DZ/T 0218―2006《滑坡防治工程勘查規范》推薦的畢肖普條分法，根據滑坡地形地貌條件，對滑坡體各個潛在滑動面分別進行了穩定性分析計算�；�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定性計算。

（1）畢肖普條分法計算方法

式中：FS為安全系數；mαi為第i個條塊的計算系數；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

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

表 3 坡體穩定性及剩余下滑力統計表

天然工況下各剖面的穩定性系數均在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定狀態；飽水工況下2-2'及3-3'剖面穩定性系數均低于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定狀態，為保障輸氣管道運營安全，需采取治理工程進行防治。

3  滑坡防治工程設計

3.1  設計工況、參數和標準的確定

根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》第5.1節規定，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  滑坡治理工程設計

根據滑坡特征分析及對其穩定性計算，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：擬在管道東西兩側距離8 m～10 m處，設置抗滑樁，對坡體中滑體起到支擋作用，保護管道安全運營，其中西側距管道約8 m處設置一排，東側距管道約10 m處設置兩排。

（2）排水工程：在場區布設兩道排水渠，一道位于管道平臺西側坡腳處，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  結語

（1）地質災害防治應當堅持以預防為主，持續做好油氣長輸管道日常巡護，提前發現地災隱患，及時開展隱患治理。

（2）太行山地區部分管道沿線地層結構較松散，土質遇水軟化特性明顯，會造成其力學強度降低，導致管道周圍土體易在暴雨、振動等作用下發生滑坡地質災害。

（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定性，易產生崩塌、滑坡災害。

（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，提升坡體穩定性，減小降水對坡體強度的影響，提升滑坡體的穩定安全系數，保證油氣長輸管道的本質安全。

作者簡介：劉俊輝，1998年生，碩士，助理工程師，見習崗，主要從事地下空間結構與天然氣長輸管道保護等方面的研究。聯系方式：15136130642，liujh_hit@163.com。