隧道洞口泥石流處治設(shè)計(jì)及思考

吳 聰 陳 行 陳文宇

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610041）

0 引言

近年來，我國(guó)西部地區(qū)旅游業(yè)不斷發(fā)展，公路建設(shè)不斷向山區(qū)延伸，泥石流災(zāi)害影響公路通道安全的問題日益顯著[1-2]。針對(duì)該問題，本文通過計(jì)算得到泥石流流速，從而得到泥石流槽設(shè)計(jì)參數(shù)，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(diǎn)，石棉縣地區(qū)7月份連降暴雨，受長(zhǎng)期大規(guī)模降雨影響，石棉隧道進(jìn)口爆發(fā)泥石流，形成松散堆積體，灌進(jìn)隧道，淤塞路基基礎(chǔ)、石棉隧道，掩埋該段公路長(zhǎng)約200m。

2 泥石流的成因分析

石棉隧道進(jìn)口段泥石流溝地形臨空條件發(fā)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(cè)大渡河堆積地貌發(fā)育，河谷較寬敞，階地發(fā)育，為泥石流堆積提供了有利堆積場(chǎng)所。溝谷流域地形地貌條件、溝谷形態(tài)是影響泥石流形成和運(yùn)動(dòng)的重要因素，主要為溝床比降和山坡坡度。石棉隧道進(jìn)口左側(cè)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(jì)算

計(jì)算主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的溝槽斷面特征及泥位等，并結(jié)合《泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》，得出泥石流流速表達(dá)式為[3]：

式中：

Vc—泥石流流速（m/s）；

γH—泥石流固體物質(zhì)重度（t/m3），1.745t/m3；

φ—泥沙修正系數(shù)，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(jì)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(dǎo)槽設(shè)計(jì)

4.1 計(jì)算參數(shù)

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，排導(dǎo)槽采用矩形斷面并設(shè)計(jì)排導(dǎo)槽的寬度為7m，排導(dǎo)槽坡度為16%。隧道仰坡坡面泥石流重度和泥沙修正系數(shù)取《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》中數(shù)值，排導(dǎo)槽糙率取為0.02[4]。設(shè)計(jì)參數(shù)具體如下表2所示：

表2 排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)參數(shù)取值

4.2 排導(dǎo)槽斷面設(shè)計(jì)迭代計(jì)算

泥石流泥深Hc計(jì)算具體迭代步驟為以下幾步：

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

步驟二：根據(jù)截面過流面積和導(dǎo)流槽寬度可得，排導(dǎo)槽中的泥石流平均泥深CH：

步驟三：根據(jù)截面過流面積、導(dǎo)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(jù)水力半徑和泥石流流速，可得計(jì)算流速為：

將計(jì)算流速代入，重復(fù)以上四個(gè)步驟，可以得到下一次計(jì)算的參數(shù)。15次迭代的結(jié)果如下表3所示：

表3 計(jì)算參數(shù)迭代結(jié)果表

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

安全高度取H0=0.75m。

則有：

經(jīng)過15次迭代后，排導(dǎo)槽計(jì)算高度如下表5所示：

表5 排導(dǎo)槽計(jì)算槽高迭代結(jié)果

可得，排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)高度H應(yīng)取最大值2.329m。泥石流最大沖起高度計(jì)算公式如下：

可得，排導(dǎo)槽的設(shè)計(jì)高度H總：

排導(dǎo)槽斷面采用梯形設(shè)計(jì)，底部寬度為7m，側(cè)墻高為3.8m。經(jīng)驗(yàn)算排導(dǎo)槽理論峰值流量可達(dá)80m3/s，滿足泥石流排輸要求[5]。

5、結(jié)論

依托雅西高速公路石棉隧道洞口泥石流地災(zāi)處治工程，分析了石棉隧道洞口爆發(fā)泥石流的成因，并對(duì)泥石流槽進(jìn)行了工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，最后針對(duì)性的進(jìn)行處治設(shè)計(jì)，得到了以下結(jié)論：

1）通過相關(guān)資料調(diào)查，并結(jié)合有關(guān)規(guī)范要求，計(jì)算得到該泥石流溝槽內(nèi)泥石流的流速為3.1m/s。

2）根據(jù)迭代公式，利用泥石流特征值，得到了泥石流排導(dǎo)槽中泥深的設(shè)計(jì)深度為1.38m。

3)通過排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)公式，分別得到了排導(dǎo)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(dǎo)槽的設(shè)計(jì)高度需超過2.82m。