涔天河灌区工程高风险边坡分析

李新华

（湖南涔天河工程建设投资有限责任公司，湖南 永州 425500）

涔天河灌区渠道地处湘江上游的丘陵山区，沿山腰布置，除了建设隧洞、倒虹吸管、渡槽以外，还需要通过开挖或填方形成渠道，从而产生形态特性差异大的众多边坡。由于沿线地质条件复杂，存在岩溶、断层、顺层边坡，软岩、特殊土等不良地质结构，以及丰富的地表水、地下水，伴随区域强降雨的气候特征，尤其是在边坡开挖扰动情况下，以及渠道运行时动水的冲刷和浸泡作用下，各类边坡存在较大失稳风险概率。

1 水工渠道边坡的特点及风险源

长距离引水干渠一般穿过山腰，结合渡槽、倒虹吸管段、隧洞等组成。穿过山腰的渠段又不可避免地涉及削坡、填方，沿线实施的大量边坡工程，存在突出的风险源：

1）开挖渠道形成新的人工边坡，可能扰动诱发原来自稳的自然边坡失稳。

2）开挖后边坡支护、防护不合理、不及时，边坡施工期和运行期的稳定性都可能得不到保障。

3）局部段存在内侧边坡削坡开挖、外侧边坡填方堆砌，渠道内大流量动水冲刷作用，加剧上下边坡风险程度。

4）渠道运行期，渠道防渗措施损坏失效，引水下渗导致外侧边坡（尤其是填方边坡）内水压力增加，如果叠加强降雨坡面入渗，极大地增大了渠道建筑物的风险。

2 涔天河干渠边坡存在的地质问题

1）地质条件差、削坡后渠道内侧边坡滑塌，威胁渠道安全。

2）渠道外侧坡体水土流失严重、影响长期稳定。

3）高压线塔等建筑物位于坡体范围，边坡后续施工风险极高。

4）强降雨致使边坡持续发生不连续变形，毁坏已实施的刚性支护和排水结构。

5）渠道外侧填土坡整体滑塌，威胁渠道下游群众生命、财产安全。

6）坡面雨水冲刷、变形，致使喷混凝土措施失效，渠道内侧岩体整体推移，渠道宽度严重压缩。

7）渠道衬砌和防渗结构的耐久性，在环境影响，如周期性高低温影响下，衬砌和防渗结构损伤失效，会带来边坡破坏等次生风险。

3 涔天河干渠典型高风险边坡

3.1 干渠边坡开挖风险源辨识

采取无人机+地质专家，对干渠高危边坡、临渠村庄（不含渡槽、隧涵）进行实地勘查（基于设计勘察资料，补充现场勘察坡）。主要工作包括现场勘查及原状土（岩石）取样，收集整合设计、施工资料等。

1）区域社会经济概貌：通过无人机航拍，得到研究区域内渠道边坡所处地理位置及附近整体地貌形态直观认识，记录渠道大致走向及附近山体植被分布，临渠村庄的分布情况，将人口经济损失进行风险预判。

2）工程地质调查测绘：通过现场勘查，查明地层岩性、地质构造、岩体结构及不良地质作用等，包括结构面类型、产状、延展情况、闭合程度和充填及含水层情况等信息；观测边坡节理裂隙的发育情况，对于破碎岩体，随机选取多处节理裂隙进行调查测绘；分析边坡岩土体类型、成因、工程特性及施工情况；对已失稳破坏的边坡进行踏勘，查明失稳破坏类型、破坏方式、规模、影响因素及破坏机理等；分析判断未破坏边坡目前状况及有无失稳迹象。

3）岩土体取样：对典型边坡，采集岩土体试样，包括边坡原状土、扰动体和岩石，按规范封装样本，进行室内物理力学试验，以获取四类边坡土体（岩石）物理力学参数，为后续边坡稳定的数值模拟工作提供基础数据。

3.2 典型高风险边坡

3.2.1 存在高风险的边坡情形

基于初步掌握的灌渠沿线情况，经综合判断，需高度关注存在高风险的边坡情形有以下几类：

1）汇水面积大，地表冲刷严重，暴雨时全饱和入渗的边坡。

2）岩溶发育区域，漏水、裂隙和岩溶发育、不均匀变形，易崩塌的边坡。

3）顺层、软弱夹层等自稳能力差的边坡。

4）松散堆积体、古滑坡、古岩堆，开挖后滑坡可能复活的边坡。

5）高填方、压实度不够、无支挡或支挡结构欠合理，渠道水漫顶、衬砌渗流后易溃决的边坡。

6）开挖削坡附近有高压电架等重要建（构）筑物的边坡。

7）坡脚有居民、村庄、铁路、公路等重要建（构）筑物的坡段。

基于局部普查和地理、地质条件分析，根据边坡不同的施工方法以及地质结构的差异，确定涔天河干渠存在切方边坡（右总干渠）、高填方边坡（右总干渠）、裂隙岩质边坡（右总干渠）和风化岩质高边坡（东干渠）四类不同高风险边坡。

3.2.2 切方边坡风险分析

主要是土质和岩土质二元结构高边坡在削坡减载情况下，支护、防护措施不当，坡面防水排水系统措施不足，坡体在降雨入渗后下滑力增大、抗滑力减小，造成滑坡，危及渠道施工和运行的风险。

3.2.3 填方边坡风险分析

原自然边坡开挖不科学，填方坡脚支挡设计不合理或未设置支挡结构、填料选用不恰当、填筑质量不达标，坡面防护不到位等，都可能造成填方坡体处于自稳临界状态，遭遇强降雨冲刷坡面或渠道渗漏渠水渗流进入不密实的填筑层内部，渗流力及动水压力增大，极可能造成填方边坡垮塌、渠水漫溢溃决，引起坡脚附近水灾害风险。

3.2.4 裂隙/顺层岩质边坡风险分析

看似稳定的裂隙岩体/顺层岩质边坡，未经处理贸然开挖扰动，在渠道开挖扰动、强降雨影响下，裂隙软弱夹层失去自稳能力而滑塌，严重影响渠道后期施工和运行期安全的高风险。

3.2.5 风化岩质边坡风险分析

开挖后的边坡，坡面防护、支护不合理，继续风化，坡面排水、防水未形成系统，雨水渗入，可能引起坡体局部坍塌或滑塌，淤塞渠道，造成渠道不能运行的风险。

4 结论与建议

4.1 结 论

涔天河干渠长达240 km；支渠达到170 km。针对局部区域已开挖的高风险渠道边坡展开研究，具体工作和结论如下：

1）高风险边坡确定与分类。针对工程进度已经揭露的边坡开挖情况，通过现场查勘、初步设计报告分析，研究地质条件等固有风险因子、降雨等动态风险因子，确定了切方边坡、填方边坡、裂隙岩质边坡、风化岩质高边坡等四类典型高风险边坡。

2）物理力学参数研究。通过现场部分岩土体取样室内试验、工程类比、工程经验分析，结合初步设计报告，研究确定了典型高风险边坡的基本物理力学参数。

3）设计复核和优化对策建议。考虑自然边坡、开挖断面、支护措施在自然状态、强降雨条件等工况下的安全性，对原设计开挖支护方案复核，在此基础上对已经出现风险后果的边坡提出治理措施，并进行计算验证；对存在风险隐患的边坡提出风险控制措施。

4）针对总干渠运行期的相关高风险边坡，结合研究的典型边坡监控布置设计，提出了基于物联网的低功耗远程监控系统构想。

4.2 建 议

1）参建各方要高度重视渠段高风险边坡涉及的全过程管理，防止因为非技术因素加剧风险或诱发新的风险。

2）对可能的高风险边坡要精细化设计、精细化施工、精细化管理。

①在规范容许的范围内，设计要充分考虑施工中难以控制的因素，适当增加安全裕度。

②施工严格按程序进行，如土质高边坡开挖宜随挖随支护，防止雨水下渗；岩质边坡开挖应在应力释放后立即支护；裂隙岩体边坡开挖前，应先进行后缘排水、预加固，再实施开挖。

③施工中，填方边坡选料、含水率、压实等工序务必严格达标，提前谋划，切忌因进度而忽视各环节施工质量。

④加强高风险边坡施工过程中的监控量测；加强对施工全过程的质量监督和检测。前一道工序竣工后通过质量检测，满足规范要求才能进行下一工序的施工。

⑤加强高风险边坡及相应渠道运行初期及暴雨、持续降雨、气温骤变等特殊条件下的监管，如边坡出现险情应及时预警或处置，各种复杂原因造成渠道衬砌混凝土分缝止水设施部位发生变形、绕渗，可在后期施加弹性防护面层等。