长输管道建设中常见边坡失稳形式和防治

张建良 亢会明

中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司， 四川 成都 610041

0 前言

长输管道建设过程中不可避免地要通过各种复杂地段，在丘陵、山区等地段经常出现各种边坡失稳现象，滑坡是出现最多、对管道建设影响最大的边坡失稳形式，严重威胁着管道建设及运行的安全。本文对几种典型的边坡失稳情况进行分析，提出有针对性的、综合性的治理方案和措施。

1 常见边坡失稳形式

边坡失稳表现为在自然因素或人类工程活动影响下边坡出现裂缝、松动、滑移等现象，是一种复杂的地质灾害过程，由于地质结构的复杂性和组成边坡岩土体的不同，边坡失稳有不同的形式［1］。

1.1 土质边坡

土质边坡是指由砂性土、黏性土、黄土、填土等构成的具有倾斜坡面的土体。由于在土体自重及结构力作用下，整个土体都有从高处向低处滑动的趋势，如果某一面上的下滑力超过抗滑力，或者面上每点的剪应力达到抗剪强度，该类边坡将失稳，最常见的表现为滑坡和坡体蠕动变形。土质边坡稳定性主要与边坡土质结构、边坡高度、坡角、自然区域环境有密切相关关系。砂性土边坡较黏性土边坡易于遭受冲刷而破坏；较高的边坡比较低的边坡更容易遭受坡面流水冲刷；密实度较好的边坡比密实度较低的边坡耐冲刷。气候变化大、水量充沛的区域边坡发生的变形也较大［2-3］。

土质边坡失稳通常呈现出渐近性破坏，由蠕动变形至拉裂滑动，在长输管道建设中主要表现为以下几种。

1.1.1 河道冲刷引起的边（岸）坡失稳

河道滑坡通常在山间河谷地貌发育。河水的常年冲刷，使河道加深，边（岸）坡临空面增大，在强大气降水情况下，河水流量迅速增加，流速加快，加剧了对坡（岸）脚的冲刷，地表降水亦渗入坡体内，使得坡体自重增加，滑动面力学强度降低，形成边坡变形、蠕滑，进一步发展形成滑坡。因此河谷川台地区、山区河道滑坡极其发育，在土质边坡中占有相当大的比例。图1中西气东输工程某黄土地区滑坡即为典型的河道冲刷引起的滑坡，输气管道在坡体上方平台敷设，沿坡脚处发育河流，河道宽约在7～11m，河水长年冲刷坡脚，坡体临空面不断增大，造成坡体失稳，发生蠕滑变形。

图1 黄土滑坡前缘变形迹象

1.1.2 人类工程活动引起的边坡失稳

在人类工程活动中也极易诱发边坡失稳，例如管道管沟开挖增大了边坡临空面，管沟没有及时回填或采用临时支撑导致边坡变形，导致附近构建筑物拉裂，造成安全隐患。此类情况曾在四川地区的长输管道建设中时常出现，见图2。

图2 管沟开挖引起的边坡变形

1.1.3 大气降水引起的边坡失稳

在长期降雨或一次大量降雨的情况下，大气降水大量渗入坡体，造成土体饱和后自重增大，土的力学强度降低，边坡中水的浮托力增大，引起边坡失稳。在管道建设过程中由于管沟未及时回填或管沟回填不密实，加剧了大气降水对边坡的破坏。

1.2 岩质边坡

岩质边坡的变形多受岩体结构和地应力等影响，在降雨、融雪、冻胀、其他形式的风化和人类工程活动等诱发下，形成滑移和崩塌，对管道建设和运营造成危害。

1.2.1 滑移式

滑移式的岩体特征主要受外倾结构面控制，坡体沿硬性结构面或软弱结构的层面下滑，出现单层面和多层面滑动。受外倾结构面控制的岩质坡体见图3。

受外倾结构面控制的岩质滑坡为顺层结构、多为单斜结构（包括堆积斜坡），坡体倾角由下向上逐渐变陡，倾角一般在10°以上，以15°～40°居多，尤以顺层堆积层面和基岩顶面及软弱层面活动最多。如向斜的一翼，上部岩层对下部岩体有较大的推力，当下部支撑减弱，或受其它影响，则易发生大规模的顺层滑坡。此类多为板块、片状岩体。

1.2.2 剪切式

岩体受非外倾结构面控制，坡体剪切岩体层面滑动，此种岩体结构常为块状、散体状，常沿不利滑动面滑动。受非外倾结构面控制的岩质坡体见图4。

对于受非外倾结构面控制的岩质坡体，岩体多成水平层状结构或反倾向坡体，岩性多为半成岩地层（如昔格达层和共和层）或软弱岩层（如泥岩、页岩为主构成），因岩质较软，遇水后强度大大降低，故易引起滑动。

图3 受外倾结构面控制的岩质坡体

图4 受非外倾结构面控制的岩质坡体

2 边坡失稳的处理措施

边坡失稳的处理措施按其作用可分为两种：一是边坡整体稳定，仅对表或局部出现的变形破坏采取的防护措施；二是边坡整体不稳定，为消除或减少不稳定因素而采取的整治措施。

近年来，根据管道边坡变形的原因，采用支挡与防排水相结合的综合治理措施，取得了较好的效果。

2.1 锚杆（索）

当遇到规模较大的不稳定边坡和不易清理的岩体（危岩），管道又必须从此类地带通过时，可优先选择锚杆（索）加固，锚索长度一般为20～50m，锚杆则在20m以内。此方法对运行管道干扰极小，安全性高、工期快、占地小、投资少。

重庆经开区某工程因隧道开挖，导致坡体失稳崩塌，威胁到重庆市区供气管道的安全运行，在不能停止供气和工程建设的情况下，优先选用了锚索，有效加固了坡体，确保了管道的安全运行。

2.2 挡土墙或抗滑桩

挡土墙和抗滑桩是管道建设防护中运用最多的防护措施。挡土墙常应用在新建管道中，可以处理高度小于5m的不稳定边坡或欠稳定边坡体，一般常设置在坡脚处，不稳体区域规模（滑体厚度）较大时，可根据实际情况采用桩基础挡板设置在管道附近。抗滑桩一般常用在已运营管道中新出现的不稳定边坡体加固上，适用于加固滑坡体厚度较大、治理范围广和管道改线困难段，其治理效果好，但施工风险较高［4］。

在川渝地区输气管道边坡隐患治理工程中，受治理区域地形地貌单元复杂、通行条件差、排水困难、不能爆破等因素制约，大多采用抗滑桩、挡土墙等方案治理，人工挖孔抗滑桩使用机具少，对条件要求不高，优势明显。

2.3 防排水措施

防排水措施以管沟截水为主，对坡体汇水采用截排结合的措施，松散层地下水可以采用排水盲沟进行处理。

2.4 修建水工保护措施

水工保护常和圬工防护措施配合使用。大气降水和地表径流是影响坡体稳定的主导因素，也是坡体失稳的诱发因素。边坡的最薄弱环节就在边坡坡脚，无论是水流对坡脚的冲刷或是冬季积雪，都会造成坡脚湿软，强度降低，致使上部岩（土）体失去支撑，发生破坏。因此在制定沿河道岸敷设长输管道防护措施时，应因地制宜地在地表径流方向修建截水沟、排水渠、护岸、丁坝等有效降低水流对坡体坡脚和坡面的直接冲刷。

3 工程实例

3.1 截排水治理方案

某输气管道滑坡相对高差约27m，平均坡度在15°～25°之间，滑坡前缘宽度约101m，滑坡中部平均宽度约77 m，顺主滑方向长约103m。滑坡整体空间上形态呈“圈椅”形，上部与下部较陡，中部较缓（局部地段呈洼地），有公路从坡体中后部通过，滑体前缘发现有鼓胀裂缝，坡底有河流通过。滑坡最大厚度10.5m，体积9.5×104m3，为一小型土质滑坡，见图5～6。该滑坡主滑方向为343°，管道走向为111°，管道与滑坡的主滑方向呈128°的夹角，管道在滑坡的中上部斜向贯穿滑坡。

该滑坡形成的主要原因是：管道施工后，管沟区域土质疏松，且地表植被被破坏，雨季时大量雨水下渗，边坡土体自重增加，下伏基岩为相对隔水层，雨水长期下渗至滑体的中下部位；坡体下部有河流通过，在暴雨时河沟的水量剧增，加之冲沟的坡度较陡，水流湍急，滑坡的前缘又处在冲刷岸，侧蚀严重，致使坡脚阻力降低，临空面增大；从山腰修建的一条盘山简易公路通过滑坡进入沟底，导致山上的雨水沿公路流入坡体。

根据该滑坡具体情况采取的治理措施为：在管道位置靠山侧方向的滑坡体范围内，开挖底宽2.0m，深度低于管道底面位置的沟槽，以释放滑坡变形导致管道所受的推力，并根据变形和管道容许变形情况，采用导链使管道向滑坡上部移动一定高度，以增加管道受滑坡推移的容许变形量；采用塑料盲沟排除坡体内积水；沿公路内侧（靠山侧）设置可抵抗蠕滑变形的柔性排水沟；采用应变片监测，定期观测变形情况；采用黏土填实管道附近落水洞。

图5 滑坡体与管道平面位置

图6 滑坡体与管道断面

3.2 抗滑桩治理方案

某输气管道滑坡处于丘间冲谷，后缘为陡立断壁，基岩出露，高度约8～10m。滑坡体平面形态呈“纺锤”形，平均分布面积6.0×103m2，总体积1.1×104m3。 滑床由侏罗系遂宁组页岩及砂岩构成，滑体厚度大，滑坡体主要由巨石、漂块石、碎块石土组成，含少量植物根系和黏土。

该滑坡诱发的主要因素是降雨及地表排水不畅等。

根据该滑坡的具体情况采取的治理措施为：在滑坡滑动方向靠管道的上方位置，沿管道的走向设置一道抗滑桩梁，抗滑桩的桩长4.6～5.3m，桩径1.7m×1.7m，桩中心距5m，抗滑桩采用长39m，宽1.7m，高1.2m的钢筋混凝土联系梁连接在一起；沿滑坡周界挖一条排水沟。

3.3 挡土墙治理方案

某输气管道滑坡的平面形态呈“圈椅”形，横向起伏小，纵向起伏较大。 地形坡度5°～20°，滑坡主滑方向296°。滑坡边界明显，后缘为废弃的人工沟渠，前缘靠近民房。滑坡体南侧边界为裸露的基岩，北侧边界小路边基岩裸露，整个滑坡发育在一个“U”形基岩沟槽内。滑坡纵向长34m左右，横向宽15m左右，面积514m2，平均厚1.9m，体积约1 000m3，岩层产状为280°～295°∠7°～8°。 滑体厚度较小，滑坡体为土层。

该滑坡形成的主要原因是管沟开挖后由于管道未及时施工，管沟长期暴露，雨季时大量雨水入渗。

根据该滑坡的具体情况采用的治理措施为：在滑坡前缘修筑一道挡土墙，高4.2m，顶宽1.0m，长23m，底宽1.8m，墙胸坡度1∶0.3，墙背坡度1∶0.1，墙底坡度0.1∶1；在滑坡后缘挖一条截水沟及排水沟。

3.4 锚拉梁方案

某输气管道滑坡长48m，宽47m，面积2 256m2，滑坡体平均厚度3.05m，滑坡体体积约6 880.8m3。滑坡后缘垂直位移20～60 cm，水平位移10～50 cm，滑坡体上可见走向185°∠80°～85°、80°～95°∠80°～85°裂缝， 缝宽3～5 cm，剪出口不甚清晰。滑体厚度较小，滑坡体为基岩。

根据该滑坡的具体情况采取的治理措施为：在滑坡后缘挖一条排水沟；垂直滑动方向构筑四组锚拉梁，沿管道方向垂直滑动方向雁行展布，锚拉梁1.5m×1.0m（宽×高），锚杆中心距均1.5m，锚杆长1 2m。

4 结论

a）边坡失稳的表现形式较为复杂，边坡的地层、地质构造、水文地质条件、气象条件及地形条件等是造成边坡失稳的内在因素，而管道建设及运行过程中对边坡的不合理开挖及加载，以及管沟开挖后长时间暴露及大量降雨等是造成边坡失稳的诱因。

b）滑坡治理应以管道安全作为首要治理目标，而非确保滑坡整体稳定。

c)对管道工程中出现的边坡失稳采用支挡措施与防排水措施相结合的综合治理方案，可以取得较好的效果。

d）对于管道工程边坡失稳的防治措施，需要针对管道作为线性构筑物具有一定的弹性变形能力的特点，根据不同情况采取整体治理坡体和通过一些工程措施来消减坡体失稳对管道的影响来保护管道，才能达到事半功倍的目的。

［1］林宗元.岩土工程治理手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005.Lin Zongyuan.Geotechnical Engineering Prevention Manual,［M］.Beijing： ChinaArchitecture&Building Press，2005.

［2］DB 50/5029-2004，重庆市地方标准地质灾害防治工程设计规范［S］．DB 50/5029-2004,Local Standardsof Chongqing Prevention Engineering Design ofGeologic Disaster［S］.

［3］GB 50330-2002 ，建筑边坡工程技术规范［S］．GB 50330-2002,Building Slope Engineering Technical Specification ［S］.

［4］林 冬，许可方，黄润秋，等，油气输送管道沿线滑坡灾害的防治［J］．焊管，2010，33（9）：57-60.Lin Dong,Xu Kefang,Huang Runqiu,etal,Pipeline Landslides Hazard Prevention and Control［J］.W elded Pipe and Tube，2010，33（9）：57-60.