川藏公路102道班滑坡整治保通工程實踐與效果分析

楊天軍

(交通運輸部科學研究院， 北京市 100013)

西南高山峽谷區(qū)由于高寒、高地應力、滑坡類型復雜等問題，交通干線工程建設中滑坡災害問題尤其突出。川藏公路穿越世界上地質(zhì)作用最強、地形高差最大的雅魯藏布江大峽谷區(qū)段和海拔最高的高原，公路工程沿線地質(zhì)災害類型多樣、爆發(fā)頻繁、危害巨大，對交通安全和人民生命財產(chǎn)造成嚴重威脅。102道班是沿線具有代表性的滑坡路段，雖然經(jīng)歷了多次防御和整治改建，先后多次提出了整治規(guī)劃、設計方案。但由于均為臨時性公路保通工程，沒有設置防治滑坡災害的針對性治理措施。加上受投資及施工條件限制，整治工程仍未達到徹底根治的目的。雨季經(jīng)常泥石流沖毀或淤埋公路，使得102路段仍時常中斷交通，成為影響川藏公路交通安全的隱患點之一。開展102道班滑坡災害整治工程的總結(jié)、評價和研究，不僅可指導102道班滑坡災害的防御工作，也有助于川藏公路滑坡災害防御水平的整體提高。

1 滑坡綜合整治方案及方案比選

1.1 綜合整治方案介紹

中科院成都山地所、西藏交通科研所在對102道班滑坡特征調(diào)查的基礎上，提出了多種滑坡綜合整治方案，結(jié)合102道班實際和應用情況，介紹具有代表性的5個方案，具體如下。

(1) 上線繞避方案

方案規(guī)劃在102滑坡群以上的較穩(wěn)定地帶，重新開辟一條線路，使其能夠較長期地避開102滑坡群的危害，從而達到公路安全運營的目的。

(2) 過河繞行方案

為了使線路長期避開102道班滑坡的危害及影響，規(guī)劃在滑坡的對岸(帕隆藏布左岸)坡地新開辟一條線路，并新建兩座橋梁與原線路連接，從而達到該段線路安全運營的目的。

(3) 原線保通整治方案

對原線路的整治改建原則主要以治水、穩(wěn)溝、固坡為重點，改變現(xiàn)有線路的線形與等級，提高線路的抗災防災能力。

(4) 沿江架設順河橋方案

該方案的主要指導思想與過河繞行方案基本一致。為了使線路避開102道班滑坡的直接危害及影響，在滑坡的前部(帕隆藏布右岸灘地)架設高架線路，從而達到該段線路安全運營的目的。

(5) 隧道工程方案

從滑坡后部新建隧洞，徹底避開滑坡的危害。隧道方案可以達到一次繞避、不留后患、無潛伏病害的目的。

1.2 方案比選

對以上5種整治方案對比，其優(yōu)缺點如表1所示。

表1 5種整治方案優(yōu)缺點對比

由表1可知：在滿足西藏國道技術標準的防災、抗災能力下，原線保通整治工程方案有關技術經(jīng)濟指標較為合理；工程技術成熟，易于施工。隧道工程方案優(yōu)點亦比較突出，在經(jīng)濟技術條件許可的情況下，是一個較優(yōu)的方案。

2 102道班滑坡穩(wěn)定性評價

102道班滑坡在1991年快速滑動后，其穩(wěn)定性發(fā)生了較大的變化。隨著坡體結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能量及影響因素的不斷改變，滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)也隨之處于不斷變化中。經(jīng)多年觀測，102道班滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡主軸剖面如圖1所示，下文對102道班滑坡進行穩(wěn)定性計算。

圖1 102道班滑坡計算剖面圖(單位：m)

計算采用極限平衡方法，其穩(wěn)定性計算公式如下：

(1)

(2)

式中：K為穩(wěn)定系數(shù)；Ri為作用于第i塊段抗滑力(kN/m)；Ti為作用于第i塊段滑動面上的滑動分力(kN/m)；Rn為作用于第n塊段的抗滑力(kN/m)；Tn為作用于第n塊段的滑動面上的滑動分力(kN/m)；ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)。

經(jīng)綜合分析，影響公路以上坡體部分穩(wěn)定性的主要因素為地下水。根據(jù)滑坡體飽水程度，選定3種工況計算評價滑坡穩(wěn)定性：① 天然狀態(tài)；② 飽水狀態(tài)；③ 飽水狀態(tài)+地下動水壓力。

當?shù)貙佗鹊卣鹆叶葏^(qū)。按照JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》要求，在高烈度地震區(qū)，應考慮地震力的作用，將作用于滑坡體重心處的水平地震力引入計算。計算時將水平地震力分解為平行滑面與垂直滑面兩個方向。

坡體水平地震荷載計算公式為：

Ehs=CiCzKhW

(3)

式中：Ci為重要修正系數(shù)，Ⅲ級公路上的重點工程取值為1.0；Cz為綜合影響系數(shù)，取Cz=0.25；Kh為Ⅷ度地震，取Kh=0.2;W為滑坡體自重。

將各系數(shù)代入式(3)得：Ehs=CiCzKhW=1.0×0.25×0.2W=0.05W。

計算中滑坡體重度天然狀態(tài)下取21.0 kN/m3，飽水條件下取22 kN/m3。c、φ值結(jié)合滑坡當時活動狀況確定選用參數(shù)：在天然條件下取c=20 kPa、φ=30°；飽水條件下取c=15 kPa、φ=29°。

計算結(jié)果表明：102滑坡群2號滑坡體在不同工況下，滑坡的穩(wěn)定性不同：

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(1) 滑體在天然狀態(tài)下不考慮地下水影響條件時，穩(wěn)定系數(shù)K=1.206，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 滑體在飽水狀態(tài)下不考慮地下水動水壓力條件時，穩(wěn)定系數(shù)K=1.126，滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 在滑坡體飽水狀態(tài)下，并考慮地下水動水壓力條件時，穩(wěn)定系數(shù)K=1.061，滑坡處于蠕動擠壓變形狀態(tài)。

(4) 滑體在天然狀態(tài)下，考慮水平地震荷載，穩(wěn)定系數(shù)K=1.08，滑坡處于蠕動擠壓變形狀態(tài)。

(5) 滑體在飽水狀態(tài)下，考慮水平地震力條件，穩(wěn)定系數(shù)K=1.008，滑坡處于極限平衡或不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 原線保通整治工程實踐

3.1 保通工程實施情況

為了改善102道班滑坡路段的通行條件，提高公路的通行能力，交通部門采用了原線保通整治方案。整治工程主體包括兩部分：① 適當減重卸載，并配以大量截排水工程減少地表水入滲，增加滑坡體穩(wěn)定性；② 采用錨索肋板擋墻等支擋工程穩(wěn)固滑坡?；轮卫砉彩褂?68根錨索，絕大多數(shù)布置在滑坡中、下部的公路內(nèi)外邊坡。錨索設計長度25～50 m，設計拉力為600 kN，錨索孔徑135 mm，鉆孔俯角15°。一般填方路段以錨索肋板擋墻處理路基外邊坡并穩(wěn)固滑坡；半挖半填路段以預應力錨索肋板擋墻分別穩(wěn)固路基內(nèi)、外邊坡并加固滑坡，如圖2所示。此外，在滑坡前部布置了抗滑樁2根，前緣修筑了防沖擋水墻。

3.2 工程的遙感分析

從IKONOS遙感影像可以看出：經(jīng)過保通工程實施，總體上102道班滑坡左側(cè)、中部、右側(cè)錨索肋板墻清晰可見，有效緩解了滑坡巖土體的下滑，路基上部邊坡植被得到了恢復。但仍然還存在以下問題：① 滑體左側(cè)地表變形強烈，部分掩埋或破壞了支擋結(jié)構(gòu)；② 滑體中后部卸荷減載臺階基本變形或消失；③ 滑坡前緣擋墻已變形破壞。

圖2 102道班滑坡段整治工程錨索布置形式(單位：cm)

3.3 工程評價

經(jīng)過整治后，102道班滑坡的整體穩(wěn)定性提高，直至目前，未發(fā)現(xiàn)滑坡整體復活或大規(guī)模變形跡象。但是，該工程仍未徹底解決102道班滑坡對公路的危害，隨著時間的推移，一些問題將日益突出。

(1) 受投資及施工條件的限制，治理工程主要集中在滑坡的前部，對滑坡后部及高陡的后壁基本未設置工程。近年來，滑坡左后部在降雨作用下發(fā)育了次級滑動并不斷向后擴展，滑動物質(zhì)碎屑化后堆積于公路，對公路造成危害。

(2) 由于坡面防護工程、溝道工程及排水工程的缺乏，破碎的滑坡體表面發(fā)育大量沖溝，在雨季時發(fā)育小型泥石流沖毀或淤埋公路，造成102道班路段仍時常中斷交通。

(3) 在雨水等自然作用下，坡面物質(zhì)不斷流失，局部肋板錨索所支擋的坡體松散物質(zhì)隨水沿樁板底流失，造成樁板內(nèi)被掏空，錨索外露，錨索與樁板逐漸喪失支護作用。

4 隧道工程實施實踐

4.1 隧道工程內(nèi)容

隨著國家對西藏交通投入的不斷增加，對102道班滑坡也提出了采用從滑坡后部隧洞通過的方案，以期徹底避開滑坡的危害。施工中的下穿隧道為單洞雙向行駛車道，全長1 731 m，屬傍山長隧道，按40 km/h二級公路標準設計，內(nèi)輪廓凈寬9.00 m，凈高5.00 m。下穿隧道洞身從102道班滑坡后緣滑床以下通過，并穿過102道班滑坡西側(cè)山脊。

4.2 隧道方案實施

(1) 隧道地質(zhì)災害特征

隧道洞身平面上從102道班滑坡兩側(cè)斜坡通過滑坡體，縱向上從滑坡中后緣滑床以下通過，修筑于滑床以下厚65～170 m的花崗片麻巖體或花崗片麻巖斷層破碎帶中。102道班滑坡基本對隧道影響不大。隧址區(qū)內(nèi)主要在進出口段發(fā)育滑坡、泥石流、潛在不穩(wěn)定斜坡等山地災害。102東溝及102西溝縱坡降大，沖溝上游為冰川雪山，且102平臺以上已接近雪線。在發(fā)生大規(guī)模降雪天氣下，有可能發(fā)生雪崩，直接影響102隧道進口出口安全。

(2) 隧道出口段工程地質(zhì)評價與建議

① 隧道出口段線路橫穿102西溝泥石流溝后，斜穿不穩(wěn)定坡體，與坡體呈50°～55°斜交而出。隧道開挖偏壓大，易使洞壁內(nèi)邊坡潛在不穩(wěn)定坡體發(fā)生整體失穩(wěn)滑移。建議隧道出口段從102西溝至洞門段采用明洞通過，對出口處潛在不穩(wěn)定斜坡采用抗滑擋墻或抗滑樁進行支擋；② 明洞開挖前，應在明洞洞頂設置導流槽，做好102西溝排導措施。潛在不穩(wěn)定斜坡段明洞大開挖前，應對潛在不穩(wěn)定斜坡以上的邊坡采用抗滑擋墻或抗滑樁進行支擋。建議按1∶1.5坡率進行放坡并采取適當?shù)姆雷o措施；③ 隧道進洞后的淺埋段，圍巖為散體結(jié)構(gòu)的第四系冰磧層碎石類土或斷層破碎帶。且洞頂埋深較淺，隧道開挖時圍巖易發(fā)生坍塌。開挖前應做好超前支護；④ 102隧道開工建設過程中，歷經(jīng)隧道大量突水、突泥等病害過程，采用長導管全斷面注漿、隧道縱向設置雙側(cè)排水溝等施工工藝。針對項目技術復雜性和安全重要性特點，及時對隧道進行超前地質(zhì)預報，全天候不間斷進行跟蹤檢查。

5 結(jié)語

介紹了102道班滑坡災害的整治過程，對提出的5個綜合整治方案，進行了對比分析，并對原線保通方案和隧道工程方案進行了詳細介紹。重點分析這兩個方案實施過程的效果和工程災害對策建議。項目研究成果有助于川藏公路滑坡災害防御水平的整體提高，可有效減少災害對交通運輸?shù)挠绊懀瑢ξ鞑仄渌貐^(qū)的公路建設具有指導和借鑒意義。