雷中華

長(zhǎng)輸管道復(fù)雜地質(zhì)段的施工,易造成地表植被的破壞、擾動(dòng)地表土層,改變現(xiàn)有地基土的穩(wěn)定狀態(tài),容易誘發(fā)施工滑坡等地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題;在管道水工保護(hù)及運(yùn)行維護(hù)期間也會(huì)因地形地貌、巖土性質(zhì)等地質(zhì)條件影響,對(duì)管道自身造成安全威脅。通過(guò)復(fù)雜地質(zhì)段的專(zhuān)項(xiàng)地質(zhì)評(píng)價(jià),才能更好地論證管道路由線(xiàn)路定線(xiàn)、設(shè)計(jì)的技術(shù)可能性與經(jīng)濟(jì)合理性。因此,在前期勘察和設(shè)計(jì)階段,對(duì)復(fù)雜地質(zhì)段進(jìn)行專(zhuān)題分析與評(píng)價(jià)也顯得重要而迫切。本文選取西鄉(xiāng)至安康輸氣管道工程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)西康線(xiàn))勘察中遇到的復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)題評(píng)價(jià)的案例,對(duì)設(shè)計(jì)和施工中易發(fā)的地質(zhì)問(wèn)題提出相應(yīng)的處理措施,為今后復(fù)雜地質(zhì)段的選線(xiàn)工作以及工程地質(zhì)評(píng)價(jià)提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1 復(fù)雜地質(zhì)段的工程特性

1)高填方區(qū)。西康線(xiàn)由于受到地形地物的限制,需經(jīng)過(guò)兩處高速公路施工棄土的高填方區(qū)。高填方區(qū)表層為新近人工填土,屬欠壓實(shí)的拋填土,厚度4.5 m～11.0m。根據(jù)擾動(dòng)土重塑試驗(yàn)成果,其粉質(zhì)粘土的壓縮模量Es=3.45MPa,屬高壓縮性土,具有結(jié)構(gòu)松散、變形量大、濕陷性、自重壓密性和沉降不均勻的特點(diǎn),達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的自然沉降周期較長(zhǎng),不能直接作為管道的埋管層位。若采用大開(kāi)挖方式埋置到下部穩(wěn)定層位,施工開(kāi)挖作業(yè)時(shí)管溝壁的不穩(wěn)定性也是其主要的工程地質(zhì)問(wèn)題。2)高陡邊坡。西康線(xiàn)的關(guān)溝口高陡邊坡勘察中,在西側(cè)的巖質(zhì)陡坡,其邊坡高度高,傾角大,有的巖體呈垂直甚至臨空狀態(tài),具有自重慣性力的作用,沿著原有的不連續(xù)面發(fā)生拉張開(kāi)裂和錯(cuò)動(dòng),具有下滑的趨勢(shì)。另外,在上部坡體的擠壓下,坡腳巖性相對(duì)軟弱的巖層產(chǎn)生較大的流變并向坡面產(chǎn)生一定的擠出,從而使坡腳產(chǎn)生壓密和坡體上部產(chǎn)生拉張變形。高陡邊坡東側(cè)接近沖溝段為崩坡積土質(zhì)邊坡,地表坡角為30°～45°,坡體由粉質(zhì)粘土夾塊石組成,鉆孔揭露土層厚度達(dá)10.10m,塊石含量約為25%,通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)繪和實(shí)際鉆孔,推測(cè)下伏基巖面坡角約 25°～35°。3)滑坡?；聦?duì)管道危害的大小取決于管道與滑坡的相對(duì)位置,而滑坡對(duì)管道的危害可分為兩種形式:a.直接威脅管道安全;b.威脅管道附屬設(shè)施。當(dāng)管道位于滑坡體內(nèi),或者位于滑坡前緣推覆與掩埋地段,以及滑坡后緣拉裂區(qū)時(shí),一旦滑坡失穩(wěn)都會(huì)對(duì)管道本身產(chǎn)生直接威脅,一方面可以直接剪斷與拉裂管道,另一方面還可以造成管道懸空暴露或掩埋?；率Х€(wěn)在直接對(duì)管道自身產(chǎn)生威脅的同時(shí),還會(huì)對(duì)其附屬設(shè)施產(chǎn)生破壞,如對(duì)管道邊坡護(hù)坡、擋土墻、混凝土蓋板、岸坡護(hù)堤等,進(jìn)而威脅到管道安全。

2 復(fù)雜地質(zhì)段的地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

2.1 高填方區(qū)

表1 填土垂直邊坡自穩(wěn)高度計(jì)算表

從表1可以看出,填土垂直邊坡的自穩(wěn)高度天然狀態(tài)下為3.65 m,飽和狀態(tài)下為2.54 m,而管道通過(guò)段填土的實(shí)際厚度為4.50m～11.00m,大于其垂直邊坡的自穩(wěn)高度。

2.2 高陡邊坡

對(duì)西康線(xiàn)中關(guān)溝口高陡邊坡石質(zhì)邊坡的評(píng)價(jià),主要采用工程地質(zhì)綜合分析法。影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素是巖體的完整性、結(jié)構(gòu)面的結(jié)合能力與結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。在自然狀態(tài)下關(guān)溝口高陡邊坡的石質(zhì)邊坡段,基巖主要為震旦系下統(tǒng)耀嶺群(Zsyl)石英片巖、二云石英片巖,局部見(jiàn)脈狀花崗巖,巖體完整性較好,片理傾向?yàn)楸?傾角 30°～ 35°,管道走向?yàn)?103°～ 124°,沖溝兩側(cè)坡向分別為 116°和297°,二者與巖層傾向均成大角度相交,邊坡的穩(wěn)定性較好。

對(duì)關(guān)溝口高陡邊坡東側(cè)的土質(zhì)高陡坡的地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià),采用折線(xiàn)形滑面?zhèn)鬟f系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。管道走向與斜坡最大推力方向基本一致,根據(jù)勘察現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,以管道中線(xiàn)剖面作為計(jì)算模型。土體重度(γ),根據(jù)土樣室內(nèi)試驗(yàn)成果,結(jié)合野外觀(guān)察、鉆探揭露的情況,按綜合土石比 0.75∶0.25確定,土體綜合天然重度取20.5 kN/m3,飽和重度取 21.85 kN/m3;土體抗剪強(qiáng)度取天然狀態(tài) C=28 kPa,φ=14.3°,飽和狀態(tài) C=20 kPa,φ=12°;地表附加荷載為天然氣管道自重,按5 kN/m取值。

按不同工況對(duì)關(guān)溝口東側(cè)土質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,結(jié)果如表2所示。

表2 關(guān)溝口東側(cè)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表

2.3 滑坡

對(duì)于長(zhǎng)輸管道滑坡的勘察,主要利用 1∶10000地形圖和 1∶2000放大圖,采用工程地質(zhì)調(diào)查的方法評(píng)價(jià)滑坡對(duì)管道的影響。

按照不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),將滑坡進(jìn)行歸類(lèi)。根據(jù)滑體形成的原因、物質(zhì)組成進(jìn)行分類(lèi),沿線(xiàn)滑坡類(lèi)型大多屬于坡積層滑坡,少量屬于殘積層滑坡和人工堆積層滑坡;根據(jù)滑體厚度分類(lèi),大多屬于滑坡體影響深度小于6m的淺層滑坡;根據(jù)滑坡體體積分類(lèi),多數(shù)屬于體積小于3萬(wàn)m3的小型滑坡,少量屬于3萬(wàn) m3～50萬(wàn)m3的中型滑坡。

3 工程處理建議措施

3.1 高填方區(qū)

對(duì)于管道的設(shè)計(jì)方案,我們建議可采用溝埋敷設(shè)(開(kāi)挖)方式通過(guò),將管道埋置于穩(wěn)定的粉質(zhì)粘土層中,但直立開(kāi)挖情況下的管溝壁是不穩(wěn)定的,必須進(jìn)行放坡處理。填方區(qū)新近填土結(jié)構(gòu)松散,且賦存上層滯水,管溝開(kāi)挖應(yīng)采取排水和臨時(shí)支護(hù)措施。

如果管道需要從填土層通過(guò),也可采取地基處理措施,可采用換填法,分層夯實(shí)換填土層,同時(shí)做好填土區(qū)的地面排水措施,防止周?chē)钔烈虻乇硭疂B入影響換填土區(qū)域的穩(wěn)定。

當(dāng)采用短樁方案,可設(shè)計(jì)排樁,樁頂可連接成梁,樁尖置于穩(wěn)定的粉質(zhì)粘土層不小于2 m,管道置于樁頂梁之上。若采用該方案,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行相關(guān)穩(wěn)定性計(jì)算。同時(shí)做好填土區(qū)的地面排水措施,防止周?chē)钔烈虻乇硭疂B入影響場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定。

3.2 高陡邊坡

根據(jù)本段管道沿線(xiàn)地基土的巖性、結(jié)構(gòu)與工程性狀,建議將管道嵌入強(qiáng)風(fēng)化石英片巖一定深度,兩側(cè)陡坡段需采取條石堡坎沿管線(xiàn)護(hù)坡,必要時(shí)可采用固定墩穩(wěn)管;過(guò)溝段管道宜適當(dāng)深埋,并應(yīng)采取防浮、防沖刷穩(wěn)管措施;東側(cè)土質(zhì)邊坡開(kāi)挖條件下處欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài),需作繞避處理或進(jìn)行抗滑治理。

3.3 滑坡

通過(guò)西康線(xiàn)沿線(xiàn)調(diào)查和統(tǒng)計(jì),處于滑動(dòng)或滑動(dòng)臨界狀態(tài)的滑坡有23處;沿線(xiàn)存在局部不穩(wěn)定的地段,如果管溝開(kāi)挖過(guò)程中,受施工不當(dāng)或支護(hù)措施不到位等因素影響,可能導(dǎo)致滑坡或坍塌等地質(zhì)災(zāi)害的地段有16處。

由于受管道沿線(xiàn)滑坡及潛在滑坡等影響,勘察專(zhuān)業(yè)及時(shí)與設(shè)計(jì)溝通,對(duì)管道線(xiàn)路進(jìn)行了局部改線(xiàn)或調(diào)整,改線(xiàn)的地方有22處。對(duì)管道距滑坡有足夠安全距離的地段未進(jìn)行改線(xiàn);對(duì)線(xiàn)路繞避難度較大,提出了可選擇滑坡體后緣并設(shè)置永久性擋墻的措施;對(duì)管道影響不大的滑坡,建議采取坡體削坡,管道深埋,地表水的疏導(dǎo),或設(shè)置永久性擋墻,加強(qiáng)施工期間的支護(hù)措施或選擇合適地方穿越,采取進(jìn)一步勘察和處理建議及措施。

4 結(jié)語(yǔ)

1)復(fù)雜地段的專(zhuān)題分析評(píng)價(jià),能較好地解決長(zhǎng)輸管道勘察中易忽視的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題,對(duì)存在的不良地質(zhì)作用、地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn),以便對(duì)選定的線(xiàn)路路由進(jìn)行調(diào)整或進(jìn)一步論證技術(shù)方案、路徑的經(jīng)濟(jì)合理性;2)在管道設(shè)計(jì)前期應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)段有充分的了解,對(duì)選線(xiàn)時(shí)未能發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)問(wèn)題,宜在勘察時(shí)進(jìn)行分析評(píng)價(jià),并做好整治方案;3)復(fù)雜地段的專(zhuān)題分析可提前對(duì)施工和管道運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),可有效減小施工發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害的概率和管道運(yùn)營(yíng)中的成本;4)在進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)段地質(zhì)條件評(píng)價(jià)時(shí),要注意多種因素的獨(dú)立作用與相互作用,并應(yīng)從成因、特點(diǎn)、防治措施及措施效果等多方面綜合考慮。要不斷總結(jié)工程實(shí)例中的經(jīng)驗(yàn),為日后的地質(zhì)條件評(píng)價(jià)工作提供可靠依據(jù)。

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