隧道洞口泥石流处治设计及思考

吴 聪 陈 行 陈文宇

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司， 四川 成都 610041）

0 引言

近年来，我国西部地区旅游业不断发展，公路建设不断向山区延伸，泥石流灾害影响公路通道安全的问题日益显著[1-2]。针对该问题，本文通过计算得到泥石流流速，从而得到泥石流槽设计参数，为类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

石棉隧道位于雅西高速石棉站往雅安方向约5公里处。2018年7月29日凌晨5点，石棉县地区7月份连降暴雨，受长期大规模降雨影响，石棉隧道进口爆发泥石流，形成松散堆积体，灌进隧道，淤塞路基基础、石棉隧道，掩埋该段公路长约200m。

2 泥石流的成因分析

石棉隧道进口段泥石流沟地形临空条件发育，山形多为条形背岭，并行排列，走向南北延绵，地形总体南高北低，流域南侧大渡河堆积地貌发育，河谷较宽敞，阶地发育，为泥石流堆积提供了有利堆积场所。沟谷流域地形地貌条件、沟谷形态是影响泥石流形成和运动的重要因素，主要为沟床比降和山坡坡度。石棉隧道进口左侧山高坡陡，平均坡度在35°以上，沟谷纵坡较大，特别是主沟上游段及各支沟纵坡多在400‰以上，有利于降雨的汇集。

3 泥石流流速计算

计算主要根据现场调查的沟槽断面特征及泥位等，并结合《泥石流灾害防治工程勘察规范》，得出泥石流流速表达式为[3]：

式中：

Vc—泥石流流速（m/s）；

γH—泥石流固体物质重度（t/m3），1.745t/m3；

φ—泥沙修正系数，取φ=0.842；

Hc—平均（水）泥深（m），取2.0m；

Ic—泥石流水力坡度，取400‰。

计算可得，石棉隧道洞口泥石流流速见表1：

表1 泥石流流速

4 排导槽设计

4.1 计算参数

依据经验及现场实际情况，排导槽采用矩形断面并设计排导槽的宽度为7m，排导槽坡度为16%。隧道仰坡坡面泥石流重度和泥沙修正系数取《泥石流灾害防治工程勘查规范》中数值，排导槽糙率取为0.02[4]。设计参数具体如下表2所示：

表2 排导槽设计参数取值

4.2 排导槽断面设计迭代计算

泥石流泥深Hc计算具体迭代步骤为以下几步：

步骤一：根据地勘资料可知，混凝土排导槽进口处的的泥石流速值为3.1m/s，则根据峰值流量得到初始的截面过流面积SC：

步骤二：根据截面过流面积和导流槽宽度可得，排导槽中的泥石流平均泥深CH：

步骤三：根据截面过流面积、导流槽宽度以及泥石流平均泥深可得，水力半径R：

步骤四：根据水力半径和泥石流流速，可得计算流速为：

将计算流速代入，重复以上四个步骤，可以得到下一次计算的参数。15次迭代的结果如下表3所示：

表3 计算参数迭代结果表

由于泥石流排导槽位于隧道明洞上，间隔一定时间进行清理，取排导槽内常年淤积高度H淤为0m。并且排导槽的弯道超高H弯为：

安全高度取H0=0.75m。

则有：

经过15次迭代后，排导槽计算高度如下表5所示：

表5 排导槽计算槽高迭代结果

可得，排导槽设计高度H应取最大值2.329m。泥石流最大冲起高度计算公式如下：

可得，排导槽的设计高度H总：

排导槽断面采用梯形设计，底部宽度为7m，侧墙高为3.8m。经验算排导槽理论峰值流量可达80m3/s，满足泥石流排输要求[5]。

5、结论

依托雅西高速公路石棉隧道洞口泥石流地灾处治工程，分析了石棉隧道洞口爆发泥石流的成因，并对泥石流槽进行了工程地质评价，最后针对性的进行处治设计，得到了以下结论：

1）通过相关资料调查，并结合有关规范要求，计算得到该泥石流沟槽内泥石流的流速为3.1m/s。

2）根据迭代公式，利用泥石流特征值，得到了泥石流排导槽中泥深的设计深度为1.38m。

3)通过排导槽设计公式，分别得到了排导槽的弯道超高以及最大泥石流最大冲起高度，从而得到了排导槽的设计高度需超过2.82m。