新型多組合治理技術(shù)在長河壩水電站泥石流溝治理中的應(yīng)用

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定，626001)

1 工程概況及特點

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是大渡河干流上游大型骨干梯級電站之一。電站采用水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)，樞紐主要建筑物由礫石土心墻堆石壩、地下廠房三大洞室、2條開敞式進口泄洪洞、1條深孔泄洪洞和1條放空洞等建筑物組成。水庫正常蓄水位1690m，總庫容為10.75億m3，具有季調(diào)節(jié)能力。最大壩高240m，裝機容量2600MW，為在高地震烈度區(qū)和深厚覆蓋層上建造的世界最高礫石土心墻堆石壩。

長河壩水電站工程施工區(qū)域占地范圍大，施工戰(zhàn)線長，施工環(huán)境條件復(fù)雜：庫壩區(qū)位于大渡河干流上游高山峽谷河段，工程外圍區(qū)域構(gòu)造規(guī)模宏大，活動強烈，地震頻發(fā)且震級高，場地地震基本烈度達Ⅷ度，工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性較差，特別是受“5·12”汶川特大地震影響，地質(zhì)環(huán)境條件變得更加脆弱和復(fù)雜，自然災(zāi)害突發(fā)性強、隱蔽性高、破壞性大；樞紐區(qū)為高山曲流峽谷地貌，河谷深切，谷坡陡峻，初始地應(yīng)力較高，加之工程超高邊坡普遍，治理難度大；壩址區(qū)河谷相對工程規(guī)模而言較為狹窄，施工布置十分困難，施工期作業(yè)面多、強度大、高峰持續(xù)時間長，場內(nèi)施工干擾和交通安全問題十分突出，加之地處少數(shù)民族地區(qū)，周邊建設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜。

施工區(qū)域位于高山峽谷區(qū)，地形狹窄，地勢陡峻，大渡河下切迅速，其支溝發(fā)育且縱坡較大。河谷及支溝下游段斜坡巖體淺表重力改造強烈，松動危巖體發(fā)育；支溝中游段崩塌、滑坡及坡殘積堆積物分布廣泛，嚴重擠占支溝溝床，遇到暴雨、洪水時多成為泥石流物源，對水電站施工造成嚴重的安全隱患與災(zāi)害風(fēng)險。區(qū)域內(nèi)主要有兩類泥石流災(zāi)害，一類規(guī)模大，匯水面積大，物源豐富，具備發(fā)生大型泥石流災(zāi)害的可能，如響水溝、野壩溝、磨子溝等；另一類溝谷較小，規(guī)模不大，但坡度極大，降水時泥石流極易發(fā)生。這兩類泥石流危害程度和危險性都較大，且第一類泥石流已發(fā)生過災(zāi)害性傷亡。為保證工程建設(shè)本質(zhì)安全，需要對長河壩項目組織開展系統(tǒng)性的地災(zāi)安全評估和泥石流地質(zhì)災(zāi)害治理工作，以提升工區(qū)范圍內(nèi)作業(yè)人員和設(shè)備財產(chǎn)安全。

2 工程區(qū)泥石流溝安全評估與查勘

2.1 泥石流溝全面安全評估

長河壩工程建設(shè)初期經(jīng)歷了2008年“5·12”汶川大地震，施工區(qū)地質(zhì)條件變得更加脆弱，加之2009年“7·23”響水溝特大泥石流災(zāi)害的發(fā)生，建設(shè)單位為了避免地災(zāi)對現(xiàn)場施工作業(yè)人員、設(shè)備造成損失，針對工程區(qū)域泥石流、滑坡、滾石等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、多發(fā)的特點，委托第三方專業(yè)機構(gòu)，多次組織開展項目工程安全評估工作。

2010年，委托專業(yè)機構(gòu)四川省安全技術(shù)研究院從工程安全、場地安全、橋涵及道路安全、安全管理等幾方面對長河壩水電工程做了全面安全評估。著重對工區(qū)泥石流、滑坡、滾石等地質(zhì)災(zāi)害進行勘察評估，重點對響水溝、野壩溝、磨子溝、牛棚子溝泥石流發(fā)育特征、危害性、危險性和安全性進行評估，根據(jù)各溝谷的地貌、水源、物源特征及水文、歷史記載資料進行調(diào)查分析。

圖1 評估區(qū)地勢衛(wèi)星圖

2.1.1 響水溝

響水溝平面形態(tài)近似為“Y”字形，流域面積約51.64km2。主溝長度約7.353km，北支溝長度約7.197km，南支溝長度約6.233km；溝口高程約1510m，主溝末端高程約2900m，溝床縱坡平均約189‰；北支溝溝源最大高程約4790m，溝床縱坡平均約263‰；南支溝溝源最大高程約4400m，溝床縱坡平均約241‰。溝道斷面呈窄“V”字形，左岸斜坡平均坡度約34°，南岸斜坡平均坡度約為38°，局部段峽谷發(fā)育。主溝“7·23”泥石流發(fā)生后，溝谷兩側(cè)還存在大量的活動性物源約440萬m3。溝內(nèi)常年有流水，常年洪水流量3m3/s～10m3/s。溝道總體順直，溝谷深切，縱坡降大，一旦遇到極端天氣，再次產(chǎn)生中等規(guī)模的粘性泥石流和中、小規(guī)模的稀性泥石流的可能性較大。

2.1.2 野壩溝

野壩溝平面形態(tài)近似為“弧”字形，流域面積約30.67km2，溝道長度約10.022km，溝口高程約1470m，主溝末端高程約4300m，溝床縱坡降較大，達到282.4‰。溝道斷面呈窄“V”字形，溝道順直，兩岸斜坡坡度較大，物源豐富，活動性物源較多，約110萬m3。溝內(nèi)常年有流水，常年洪水流量2m3/s～8m3/s。常年都會產(chǎn)生小規(guī)模的洪水夾石或稀性泥石流，植被雖然較發(fā)育，但如果出現(xiàn)極端降雨天氣，野壩溝仍有發(fā)生較大規(guī)模泥石流的危險。

2.1.3 磨子溝

磨子溝平面形態(tài)近似為“扇”形，流域面積約93.43km2，溝道長度約16.58km，溝口高程約1460m，主溝末端高程約4730m，溝床縱坡降較大，達到196.9‰。溝道呈樹枝狀，由兩條大支溝構(gòu)成，物源豐富，活動性物源較多，約550萬m3。溝內(nèi)常年有流水，常年洪水流量5m3/s～20m3/s。常年都會產(chǎn)生小規(guī)模的洪水夾石或稀性泥石流，植被不發(fā)育，溝內(nèi)人類工程活動棄于溝道或岸坡內(nèi)的碴土較多，如果出現(xiàn)極端降雨天氣，磨子溝仍有發(fā)生較大規(guī)模泥石流的危險。

2.1.4 其它部位

本次評估還對現(xiàn)場20個施工場地進行安全評估，其中有6個場地安全性等級被評為較差，其中就包括大壩左、右岸邊坡上方較小規(guī)模的泥石流溝，如梆梆溝、倒石溝、楓林溝、花瓶溝等支溝。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害專項查勘

隨著工程建設(shè)推進，為了更清晰地了解長河壩水電工程崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害現(xiàn)狀，公司委托中國水力發(fā)電工程學(xué)會風(fēng)險管理專委會于2014年8月組織國土資源部等相關(guān)單位專家，針對長河壩水電工程崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害現(xiàn)狀和存在的問題再次開展專項查勘。專家建議：

(1)鑒于磨子溝、響水溝等目前泥石流風(fēng)險大、易發(fā)的特點，建議盡快增設(shè)現(xiàn)代化的實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，建立有效的攔防工程，提高泥石流災(zāi)害的綜合防范能力；可采用引入在汶川地震和舟曲泥石流之后大型泥石流溝的新型攔擋壩和排導(dǎo)槽相結(jié)合綜合防治技術(shù)，避免重大人員傷亡。

(2)通過調(diào)查評估，對威脅較大的地質(zhì)災(zāi)害隱患，亟需采用新思路、研發(fā)新方法、采用新模式，加強這些地質(zhì)災(zāi)害防治工作。

3 新型多組合治理技術(shù)設(shè)計及應(yīng)用

根據(jù)溝谷泥石流物源區(qū)的物源調(diào)查、評估結(jié)果，建設(shè)單位安排對工區(qū)內(nèi)幾條主要沖溝的泥石流防護進行了針對性設(shè)計和治理，在遵循“以防為主、以避為宜”一般性原則的同時，充分發(fā)揮工程排、攔、固等綜合防治技術(shù)的聯(lián)合作用。對物源豐富的，其防護設(shè)計采用疏導(dǎo)和攔擋相結(jié)合的方式，并將下游影響區(qū)域的設(shè)施避讓搬遷；對物源不多的，采取攔堵的方式，如泥石流防護網(wǎng)。但不管是堵還是疏導(dǎo)，每年枯期都要對已淤積的泥石流堆積物進行清理，如遇大的泥石流，泥石流過后，及時清理。

3.1 響水溝泥石流治理

該部位在工程竣工后屬水庫庫區(qū)，施工期主要對溝口料場開采運輸構(gòu)成威脅，其治理方案采用5級5m高的混凝土疏齒攔擋壩，并修建一條面積約12m2長約1km的排水隧洞，排水洞下游側(cè)設(shè)置攔擋土石壩；結(jié)合“V”型槽在泥石流處理中的經(jīng)驗，首次提出采用大斷面(14.0m×(16.0～14.0)m)、長距離“V”型排導(dǎo)隧洞(長385m，縱坡i=12.0%，橫坡i=25.0%)排導(dǎo)泥石流和溝水的設(shè)計方案。

圖2 響水溝排導(dǎo)隧洞典型剖面

3.2 野壩溝泥石流治理

該溝下方溝口為公司飲用水水廠、輔企加工廠和當(dāng)?shù)卮迩f，防護級別較高，根據(jù)現(xiàn)場溝谷較寬的地形，設(shè)計防治方案是采用多級多孔重力式攔擋壩+長距離“V”型排導(dǎo)槽方案，分別在水廠上游設(shè)置三道透水型混凝土攔擋壩，并在下游溝口設(shè)置泥石流“V”型排導(dǎo)槽接最后一道攔擋壩。

圖3 野壩溝透水型混凝土攔擋壩及排導(dǎo)槽實例

3.3 磨子溝泥石流治理

該部位主要防護溝口上游側(cè)砂石骨料加工系統(tǒng)，在距溝口約3km部位分別在上下游溝段設(shè)置兩道混凝土溢流攔擋壩，并在第二道混凝土重力壩前設(shè)置一條排水洞，在下游布設(shè)“V”型排導(dǎo)槽，以排導(dǎo)翻過攔擋壩的泥石流。

圖4 磨子溝攔擋溢流壩實例

3.4 梆梆溝泥石流治理

該溝正對大壩基坑，高而陡，溝谷狹窄，材料運輸難度大，為了便于施工，結(jié)合溝谷地勢特點及物源少的特點，防治方案采用在上方安裝三道VX型高強度泥石流防護網(wǎng)，該網(wǎng)是根據(jù)主動防護網(wǎng)延伸設(shè)計而成的泥石流柵欄，對小規(guī)模泥石流攔擋效果明顯。

圖5 泥石流柵欄示意

圖6 梆梆溝泥石流柵欄實例

3.5 實施效果評價及效益

治理工程已運行5年多時間，對泥石流的攔擋效果明顯，近幾年實施防護治理的4條溝均發(fā)生不同程度的山洪、泥石流，未發(fā)生過因泥石流災(zāi)害而導(dǎo)致人員傷害和設(shè)備財產(chǎn)損失事件，疏導(dǎo)和攔擋壩技術(shù)對泥石流災(zāi)害的預(yù)防具有較好的推廣價值。

同時，泥石流溝進行全面系統(tǒng)的防護處理后，將溝口附近場地作為施工和永久場地，很好地解決了深山峽谷區(qū)域河谷狹窄、場地布置困難的問題；降低了安全風(fēng)險，保障了安全生產(chǎn)，提高了全員安全防范意識及能力，保障了省道復(fù)建公路邊坡安全、穩(wěn)定，保障了交通安全，保護了當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)安全，為藏區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供了堅實基礎(chǔ)；防護工程對溝口起到水土保持作用，保護了生態(tài)環(huán)境，增加了農(nóng)業(yè)用地。

4 結(jié)論

地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，對泥石流采取工程治理措施比較常見。但是，早在2011年，長河壩工程對工程影響區(qū)域的幾條較大規(guī)模的泥石流溝進行專項評估、專題研究和治理，在國內(nèi)水電行業(yè)尚屬首例。而且，采取工程治理措施，加上技防措施和人防措施的多方面協(xié)同配合，確保了施工期汛期人員和設(shè)備設(shè)施財產(chǎn)安全。

另外，針對高山峽谷地區(qū)工程施工場地布置困難的實際，首次在水電站建設(shè)過程中對泥石流溝進行全面系統(tǒng)的防護處理后作為施工和永久場地，確保了場地安全，很好地解決了深山峽谷區(qū)域河谷狹窄、場地布置困難的問題，如：野壩溝采用多級多孔重力式攔擋壩+長距離“V”型排導(dǎo)槽方案進行泥石流防護處理后，利用溝口灘地布置了表土堆放場、金結(jié)加工廠等；磨子溝進行泥石流防護處理后，利用溝道布置了中轉(zhuǎn)料場，溝口布置了本工程砂石骨料加工系統(tǒng)、移民安置點等；響水溝采用多級疏齒攔擋壩+引導(dǎo)槽+排導(dǎo)洞的防護方案，結(jié)合“V”型槽在泥石流處理中的經(jīng)驗，首次提出大斷面、長距離“V”型排導(dǎo)隧洞排導(dǎo)泥石流和溝水的方案進行泥石流防護處理后，利用溝道布置了施工棄渣場，1300萬m3渣料運距減少超5km，減少工程投資近億元。同時也降低了工程移民安置點和施工生活區(qū)的安全風(fēng)險，對促進長河壩水電站安全有序建設(shè)、加快甘孜州地方經(jīng)濟發(fā)展均具有重要意義，順應(yīng)了和諧水電的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為后續(xù)其他工程提供借鑒經(jīng)驗。