泥石流安全監(jiān)測設(shè)計方法研究

劉　品　劉宏力　吁　燃　胡興堯

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

泥石流安全監(jiān)測設(shè)計方法研究

劉品劉宏力吁燃胡興堯

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要由于云貴川地區(qū)地形地貌的特殊性，在雨水充沛的季節(jié)，極易發(fā)生泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，造成下游地區(qū)居住人群生命財產(chǎn)安全隱患，因此做好安全監(jiān)測設(shè)計工作，對地質(zhì)災(zāi)害做到提前預(yù)警極其重要。中文以某工程潛在地質(zhì)災(zāi)害及其處理措施的安全監(jiān)測為例，進行了泥石流安全監(jiān)測設(shè)計方法的探討。

關(guān)鍵詞泥石流監(jiān)控設(shè)計

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑、地形險峻的地區(qū)，因為暴雨、暴雪或其他自然災(zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙，以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性，以及流速快、流量大、物質(zhì)容量大和破壞力強等特點，發(fā)生泥石流常常會沖毀公路、鐵路等交通設(shè)施甚至村鎮(zhèn)等，造成巨大損失。泥石流的發(fā)生機理非常復(fù)雜，其內(nèi)因與地質(zhì)構(gòu)造和地殼運動有關(guān)，還與產(chǎn)生外力作用的降雨量、融雪量，以及由此產(chǎn)生的地下水位的變化，構(gòu)成滑動面的土質(zhì)的抗剪強度等有關(guān)[1]。在采取減輕或避防泥石流災(zāi)害的工程措施的同時，必須做好泥石流的安全監(jiān)測工作，對泥石流的發(fā)生做好預(yù)報預(yù)測，給防災(zāi)應(yīng)急預(yù)留足夠的反應(yīng)時間。本文針對泥石流的防治及安全監(jiān)測設(shè)計的問題，以貴州省某工程為例進行了詳細介紹，可為同類工程提供參考。

1工程概況

某工程位于貴州省西南部，主要進行場平及營地的建設(shè)。營地及邊坡布置約450m×200m(長×寬)，大部分坐落在砂、卵礫石組成的河床沖積體上，工程邊坡整體高度達40～50m，為覆蓋層(沖積物和堆積物)邊坡。后側(cè)基巖邊坡自然坡度45°左右，邊坡整體穩(wěn)定，但邊坡巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，卸荷強烈，邊坡表層形成的滾石和坡面碎屑流對下方營地安全構(gòu)成一定威脅。

營地后緣泥石流溝由于地質(zhì)構(gòu)造作用，在地貌上屬切割強烈的地區(qū)，溝谷發(fā)育受流水侵蝕影響強烈，山坡地勢陡峭，使得泥石流溝谷具有較大的高差、溝道坡降大，為泥石流的運動提供了足夠的勢能。同時，溝道兩岸山坡下切作用明顯，溝道內(nèi)陡峻的地形為泥石流發(fā)育提供了有利的動力條件。

2工程治理措施

泥石流綜合治理措施主要有3種：山坡整治、溝谷整治和堆積區(qū)整治[2]。該泥石流溝屬于暴雨型泥石流溝，歷史暴發(fā)的泥石流主要為粘性泥石流。經(jīng)分析研究，泥石流的沖積物將對營地局部地段造成沖擊和淤埋危害，且場地后緣基巖邊坡巖體風(fēng)化碎裂嚴重，岸坡溝槽發(fā)育坡面泥石流。因此防治區(qū)主要位于場地后緣邊坡及沖溝口部位，主要防治措施如下。

(1) 利用天然溝槽和人工開挖，沿營地后緣修建排導(dǎo)溝和排導(dǎo)槽，將泥石流引導(dǎo)至營地開挖邊坡的范圍之外，減少泥石流對營地的影響。

(2) 在河床邊坡切角部位布置抗滑樁，防止河流對營地基礎(chǔ)的沖刷和掏空，對營地的穩(wěn)定性進行保護。

3監(jiān)測設(shè)計

3.1監(jiān)測重點

本工程安全監(jiān)測內(nèi)容為營地場平施工及營地使用期間的相關(guān)建筑物的安全情況監(jiān)測，結(jié)合營地邊坡地質(zhì)地形情況及周邊自然條件分析，監(jiān)測重點主要為場地邊坡監(jiān)測和泥石流預(yù)報監(jiān)測。

(1) 場地邊坡整體高度較大，且為覆蓋層邊坡，在暴雨沖刷、人工開挖切腳和場地用水影響下，易引起工程邊坡失穩(wěn)，危及建筑物及人身安全，因此該邊坡為安全監(jiān)測的重點。

(2) 營地整體位于泥石流堆積扇上，其后緣發(fā)育泥石流沖溝，場地整體穩(wěn)定性受沖溝的影響較大。泥石流溝位于營地后緣偏南西側(cè)，其溝口直對營地南西邊緣，在50年和100年一遇的泥石流危險范圍中，泥石流的沖積物將對營地局部地段產(chǎn)生沖擊和淤埋危害，因此泥石流溝的預(yù)報監(jiān)測是安全監(jiān)測的重點。

3.2監(jiān)測設(shè)計

(1) 邊坡監(jiān)測。按照“全面兼顧，選取規(guī)模較大邊坡”的原則，布設(shè)5個監(jiān)測斷面，在南側(cè)邊坡布置1個斷面，在后側(cè)邊坡布置3個斷面，在北側(cè)邊坡布置1個斷面，采用表面觀測墩、多點位移計和測斜管相結(jié)合的方法對邊坡進行變形監(jiān)測；另外在南側(cè)邊坡、后邊坡及北側(cè)邊坡各選取1個監(jiān)測斷面，對暴雨后邊坡內(nèi)水位進行監(jiān)測，采用水位孔內(nèi)安裝滲壓計的方式進行監(jiān)測；同時在營地對面山坡設(shè)工作基點，采用前方交會法對邊坡表面觀測墩進行觀測。

(2) 泥石流監(jiān)測。泥石流的形成需要有水源和物源2個條件，根據(jù)泥石流發(fā)生的條件和機理設(shè)置泥石流預(yù)報監(jiān)測項目。

①水源觀測。降雨對泥石流而言，是重要的外因[3]。采用自記雨量計分別在營地和泥石流沖溝物源區(qū)布置1套自記雨量計，對降雨量進行監(jiān)測，雨量計需具有雨量智能采集和數(shù)據(jù)遠距離傳輸功能。

②物源觀測。采用常規(guī)地形測量儀器在每年汛期前后對泥石流溝進行地形地貌測量，測量崩塌、滑坡的長、寬、厚和體積，以此推斷物源區(qū)的變形情況。

③泥石流觀測。根據(jù)泥石流在形成和運動過程的聲發(fā)射信號中有次聲成分(其他為可聞聲和地聲)，這種次聲稱為確定性信號，速度約為340m/s，遠大于泥石流的10m/s運動速度，以空氣為介質(zhì)傳遞，幾乎不衰減，在營地的測站內(nèi)安裝1臺泥石流次生波報警器，報警器能在泥石流到達之前率先捕捉到它的次聲信號，并在10km以外的泥石流源區(qū)發(fā)生泥石流時發(fā)出警報，避免重大人身傷亡和經(jīng)濟損失。

同時在喇叭口后的泥石流溝、排導(dǎo)槽沿線設(shè)3個監(jiān)測斷面，分別布置1臺超聲波泥位計對斷面泥石流的淤積情況和泥石流發(fā)生時的流量進行監(jiān)測；在泥石流溝安裝2只泥水位報警探頭，當(dāng)泥石流超過漿砌石擋墻時，及時發(fā)出警報，提醒人員離開危險區(qū)域或作好防災(zāi)準備。

④視頻監(jiān)控系統(tǒng)。除采用儀器觀測外，在泥石流物源區(qū)沖溝兩側(cè)易發(fā)生泥石流的部位布置2臺遠程視頻監(jiān)控設(shè)備，在靠近營地的排導(dǎo)槽部位布置2臺遠程視頻監(jiān)控設(shè)備，實時采集現(xiàn)場視頻信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)具備晝夜可視功能，中心監(jiān)控平臺結(jié)合遠端監(jiān)控設(shè)備及時抓拍滑坡體移動變化情況。

儀器監(jiān)測應(yīng)設(shè)立監(jiān)控室和相應(yīng)的硬件、軟件，各種監(jiān)測儀器信號均傳輸至監(jiān)控室后實時處理分析，并配備相關(guān)的預(yù)警、報警系統(tǒng)。

(3) 抗滑樁監(jiān)測。為確保東側(cè)邊坡頂部的營地施工和運行安全，設(shè)計采用抗滑樁的方式進行加固。為了解抗滑樁的受力情況，選取5根抗滑樁采用鋼筋計進行監(jiān)測。每根抗滑樁上布置4支鋼筋計，共20支鋼筋計。監(jiān)測布置見圖1。

圖1　監(jiān)測布置圖

4結(jié)語

(1) 根據(jù)營地邊坡安全的重要性、規(guī)模及地質(zhì)地形情況，為避免和減少泥石流及工程邊坡失穩(wěn)對營區(qū)內(nèi)人員生命和財產(chǎn)安全造成的危害，對營地邊坡及泥石流進行監(jiān)測是十分必要的。

(2) 在泥石流安全監(jiān)測儀器選用時，應(yīng)考慮監(jiān)測數(shù)據(jù)測讀的及時性，并預(yù)留盡量多的應(yīng)急措施反應(yīng)時間。

(3) 在采用電子儀器進行安全監(jiān)測的同時，應(yīng)結(jié)合人工觀測，定期對泥石流物源區(qū)進行檢查，在雨后應(yīng)加強巡視檢查，發(fā)現(xiàn)情況及時報告。

(4) 需建立專門泥石流預(yù)報及報警巡視檢查機構(gòu)、規(guī)章制度、配置必要的工具和設(shè)施，并制定泥石流應(yīng)急搶險預(yù)案。

參考文獻

[1]張沅.遙感技術(shù)在泥石流預(yù)報中的作用[J].鐵路航測，1982(3):17-20.

[2]崔鵬.我國泥石流防治進展[J].中國水土保持科學(xué)，2009(5):7-13.

[3]崔鵬，劉世建，譚萬沛.中國泥石流監(jiān)測預(yù)報研究現(xiàn)狀與展望[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2000(2):10-15.

收稿日期：2014-11-05

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.025