辛 彬，蘇志滿，徐林榮

(1.廣州鐵路集團(tuán)公司 張家界工務(wù)段，湖南 張家界 417003;2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，長沙 410004)

2003年7月8日至10日，百年一遇的暴雨襲擊武陵山區(qū)，枝柳鐵路卓福隧道洞口附近的斜坡暴發(fā)了坡面泥石流。泥石流體寬約100 m，長約850 m，沖出土石方量約60萬m3[1]。泥石流體將隧道洞口路基段軌道卷成麻花狀并推遠(yuǎn)3 m多，之后又覆蓋線路達(dá)20 m厚，長100 m余，同時(shí)造成卓福隧道洞口被堵塞。此外，兩輛巡查線路的軌道車也被泥石流沖擊脫軌并掩埋。此次卓福隧道泥石流災(zāi)害造成鐵路行車中斷173 h 38 min，鐵路直接周轉(zhuǎn)量損失估計(jì)為104 Mt·km。

根據(jù)文獻(xiàn)[2-3]，此次坡面泥石流的沖出規(guī)模介于10萬m3～100萬m3，屬大型泥石流，而經(jīng)濟(jì)損失量超過1000萬元，屬于特大型泥石流災(zāi)害。已有研究表明，枝柳線卓福隧道的工程易損性較高[4]，使其在泥石流規(guī)模不是特別巨大的情況下，也產(chǎn)生了較為巨大的泥石流災(zāi)害損失。鑒于這一情況，本文從卓福隧道泥石流孕災(zāi)自然環(huán)境及鐵路承災(zāi)體兩個(gè)方面入手，探討卓福隧道泥石流災(zāi)害的成災(zāi)特點(diǎn)，并據(jù)此提出隧道泥石流災(zāi)害的防治對(duì)策，以供其他工程予以借鑒。

1 卓福隧道泥石流孕災(zāi)自然環(huán)境

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

卓福隧道泥石流場(chǎng)址位于花垣～大庸～慈利斷裂帶的東南方，綏寧～安化～益陽加里東“拼貼帶”北西之間的區(qū)域，即“揚(yáng)廣地體”南東邊緣區(qū)。按變形特點(diǎn)應(yīng)稱之為湘西加里東期逆沖褶皺變形區(qū)。主要褶皺構(gòu)造有武陵山復(fù)背斜及雪峰復(fù)背斜，它們的核部地層都是震旦系及下古生代的冷家溪群和板溪群，這些復(fù)背斜又由更次級(jí)的褶皺組成，多為北東向或北東東向的開闊背斜和向斜。

1.2 地層巖性

泥石流災(zāi)害發(fā)生后，在失穩(wěn)坡面的上方滑坡段進(jìn)行鉆探，鉆孔資料揭示，表層地層為泥巖、頁巖風(fēng)化形成的第四系松散堆積層，呈褐黃色，碎石含量約50%～70%，粒徑 2～11 cm，黏粒約 30% ～40%，厚度約13.2～22.5 m。下部地層主要為深灰色頁巖夾少量薄層灰?guī)r，頁巖層節(jié)理發(fā)育，表層風(fēng)化嚴(yán)重，部分破碎成碎屑或碎塊狀，灰?guī)r節(jié)理也較發(fā)育，風(fēng)化較輕，除局部含泥質(zhì)外，巖質(zhì)均較堅(jiān)硬。巖層褶曲強(qiáng)烈，產(chǎn)狀變化較大，裂隙水發(fā)育。

由于表層巖土體結(jié)構(gòu)較疏松，大氣降水易于下滲，并沿透水性相對(duì)較弱的基巖頂面流動(dòng)，逐漸潛蝕、掏空基巖頂面松散物，軟化風(fēng)化層底板，使堆積體失去平衡而發(fā)生滑坡、崩塌，為泥石流暴發(fā)儲(chǔ)備了固體物質(zhì)。

1.3 地形地貌

泥石流流域山勢(shì)陡峻，呈上陡、中緩、下平的“靠椅狀”，匯水面積約為0.085 km2。上游泥石流形成區(qū)三面環(huán)山，山坡坡度31°～40°，溝谷狹窄陡峻，呈 V字型，構(gòu)成一面開口的谷間盆地。坡面侵蝕及風(fēng)化作用強(qiáng)烈，有坍塌現(xiàn)象，溝床上陡下緩，為松散固體物質(zhì)向下運(yùn)動(dòng)提供了較好的勢(shì)能條件。

1.4 水文氣象

研究區(qū)降雨主要集中在5月至8月，雨季的累積降雨量一般為982 mm，占全年降雨量的70% ～76%，其中5月下旬至7月上旬是降雨最為集中的時(shí)期[5]。

卓福隧道泥石流鄰近的后坪雨量站近20年的觀測(cè)資料顯示，該區(qū)域2003年的雨季后移，7月份降雨量突增，達(dá)717.5 mm，占全年降雨量的53%，是歷年該月平均降雨量的2.2倍。其中，2003年7月8日至10日，特大暴雨襲擊武陵山區(qū)，7月9日降水量達(dá)440 mm，凌晨3時(shí)的降雨強(qiáng)度為60 mm/h，是歷史記錄最高值。7月9日的暴雨激發(fā)了卓福隧道泥石流。

2 鐵路受影響區(qū)段及泥石流暴發(fā)模式

2.1 鐵路受影響區(qū)段

卓福隧道臨近路段的鐵路走向SN。線路右側(cè)是山坡，軌頂與山坡頂高差約255 m，左側(cè)是澧水支流，軌頂與河面高差約20 m。

鐵路受影響區(qū)段包括卓福隧道、卓福明洞，隧道與明洞間的路堤段，及路堤段下方的涵洞。其中，卓福隧道入口的里程為 K996+750.4，隧道長262.9 m，卓福明洞出口的里程為K996+654.6，相應(yīng)地，路堤段的里程為K996+654.6～K996+750.4，該路堤段下有一座寬為1.5 m的涵洞。

2003年的泥石流造成路堤段遭到?jīng)_毀、明洞出口的洞口被堵塞，卓福隧道被泥石流和積水淹沒，水深約達(dá)1.5 m。路堤處的涵洞被堵塞和掩埋。

此外，澧水支流也由于泥石流的匯入而一度發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

2.2 泥石流暴發(fā)模式

從2003年5月份開始，研究區(qū)便發(fā)生降雨，期間有幾次降雨的雨量較大，也有過幾次短暫停歇。從6月14日開始，到泥石流的發(fā)生，研究區(qū)持續(xù)降雨，特別是7月9日凌晨，雨量驟增，達(dá)60 mm/h。

持續(xù)性較長的降雨，容易使表層土體達(dá)到飽和，降低土體抗剪強(qiáng)度，并產(chǎn)生地下水滲流，從而形成動(dòng)、靜水壓力。同時(shí)，入滲的雨水到達(dá)軟弱巖區(qū)后，將進(jìn)一步軟化巖體，形成滑動(dòng)帶，導(dǎo)致抗滑力減小。由于表層土體逐漸飽和，自重增加，因此下滑力將增大。表層土體所受作用力的這些變化，將使得土體穩(wěn)定性逐漸下降。當(dāng)降雨進(jìn)入短歷時(shí)強(qiáng)降雨階段，雨量驟增，土體表面徑流、地下滲流同時(shí)加劇，使得土體穩(wěn)定性進(jìn)一步下降，從局部發(fā)生變形位移到最終發(fā)生整體破壞，飽水的破壞土體與水摻混，順坡面而下，從而形成坡面泥石流。

從鉆探揭露的地層巖性情況看，斜坡表層土體為遇水容易軟化的泥巖、頁巖風(fēng)化物，這些風(fēng)化堆積層的黏粒含量較高(約30% ～40%)，為泥石流暴發(fā)提供了較為理想的物質(zhì)儲(chǔ)備。下伏巖層巖質(zhì)較為堅(jiān)硬，而且產(chǎn)狀變化較大。這種土巖組合情況，一般不容易發(fā)生大規(guī)模滑動(dòng)破壞，更多的是局部滑動(dòng)、溜塌。不過，就像卓福隧道泥石流一樣，在持續(xù)降雨和短歷時(shí)強(qiáng)降雨共同作用下，也有可能使表層巖土體穩(wěn)定性整體下降，進(jìn)而發(fā)生整體滑動(dòng)。

3 應(yīng)急措施

卓福隧道泥石流發(fā)生后，有關(guān)部門提出“先排險(xiǎn)通車、后整治加固”的方針。其中排險(xiǎn)方案為分三步走的排水清道、減載、整道，整治方案為修建地面排水系統(tǒng)、抗滑樁和明洞等措施。

1)排水清道

首先排除隧道內(nèi)積水和淤泥，在坍體四周及中間開挖“八”字形排水溝，并以腈綸編織布鋪于溝底，同時(shí)恢復(fù)原有1.5 m涵洞，形成了一套有效的臨時(shí)排水系統(tǒng)。

2)減載

調(diào)集大功率挖掘機(jī)、推土機(jī)，以挖掘機(jī)自下而上開路，將坍體自上而下按1∶1.75的坡度推出斜坡(留3個(gè)平臺(tái))，把大量余土推向鐵路左側(cè)，確保右側(cè)山體不再發(fā)生坍塌，同時(shí)疏通小河，并在河道邊筑砌厚3 m、高6 m、長100 m的片石擋墻，以防泥土堵塞河道。

3)整道

減載后針對(duì)鐵路路基局部被沖毀和鋼軌懸空位移、扭曲變形的實(shí)際情況，整修路基，換填石渣，換鋪鋼軌和軌枕，整理道床，并用裝石渣的重車反復(fù)壓道，使該路段很快具備通車能力。

4)修建地面排水系統(tǒng)

在滑坡體范圍之外，設(shè)置一條截水溝，攔截旁引地表徑流，使之不流入滑坡范圍內(nèi)?；麦w內(nèi)的3個(gè)平臺(tái)上修筑平行線路的排水溝，垂直線路方向修筑兩條排水溝，使坡面的水能及時(shí)排出，防止滑坡形成進(jìn)而導(dǎo)致泥石流。

5)修建抗滑樁

在線路右側(cè)邊坡的坡腳設(shè)置一排抗滑樁，樁長12～22 m，樁間距5 m，截面尺寸為2.5 m×3.0 m，共修筑7根抗滑樁，以抵抗巖層滑移，保證邊坡坡體的穩(wěn)定。

6)修建明洞

在卓福隧道和卓福明洞間修建鋼筋混凝土明洞，將原有隧道、明洞連為一體，坡面的水通過洞頂上的導(dǎo)流槽流向澧水河，以防止線路遭受坍方、落石或泥石流的襲擊。

4 減災(zāi)對(duì)策

卓福隧道泥石流災(zāi)害情況可描述為:致災(zāi)體為坡面泥石流，承災(zāi)體為隧道及鄰近隧道的路基段;致災(zāi)作用為路基先被沖毀，后被掩埋，隧道洞口段被堵塞。災(zāi)后的應(yīng)急整治方案為失穩(wěn)斜坡的排水、減載和加固，以提高坡面穩(wěn)定性。上述治理措施經(jīng)歷了近10年雨季的考驗(yàn)，避免了類似隧道泥石流災(zāi)害的再次發(fā)生。

隧道一旦遭到堵塞，其復(fù)原工作往往較難開展，主要原因是隧道斷面較小，大型施工機(jī)械工作不便，故施工效率往往較低。

根據(jù)卓福隧道泥石流應(yīng)急整治的經(jīng)驗(yàn)，以及隧道泥石流災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)普遍存在的一些問題，建議采取以下減災(zāi)對(duì)策。

1)加強(qiáng)隧道洞口坡面泥石流危險(xiǎn)源的識(shí)別

卓福泥石流災(zāi)害事件中，由于未能提前識(shí)別洞口處坡面危險(xiǎn)性，未能事先采取整治措施，導(dǎo)致極端降雨作用下暴發(fā)泥石流，并造成鐵路交通受到嚴(yán)重的影響。

坡面泥石流的識(shí)別目前仍是一件技術(shù)難題，特別是對(duì)于一些危險(xiǎn)性不明顯的坡面來說，識(shí)別更加困難。據(jù)工務(wù)部門數(shù)據(jù)顯示，卓福隧道泥石流暴發(fā)所在坡面近些年來并未出現(xiàn)過失穩(wěn)或發(fā)生泥石流的跡象。但在百年一遇的極端降雨條件下，卻暴發(fā)了大型泥石流，這說明卓福隧道泥石流坡面的巖土體失穩(wěn)條件較為苛刻?？辈榘l(fā)現(xiàn)，土巖界面產(chǎn)狀變化較大，使得巖土體交界處形成咬合式結(jié)構(gòu)，不容易形成貫通的滑動(dòng)帶。但在持續(xù)較長的雨水軟化作用下，土巖界面的不穩(wěn)定層逐漸貫通，加之短歷時(shí)強(qiáng)降雨使得坡體表層土體出現(xiàn)較大的滲水破壞荷載和自重，最終導(dǎo)致整體式滑動(dòng)，暴發(fā)規(guī)模較大泥石流。

實(shí)際上，枝柳線沿線的泥石流基本上與卓福隧道泥石流類型一樣，屬于坡面型泥石流。卓福隧道泥石流暴發(fā)后，張家界鐵路工務(wù)段總結(jié)了卓福隧道泥石流的形成環(huán)境特征和暴發(fā)模式，并采用工程類比法的思想，對(duì)沿線坡面泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性的排查，取得了較為顯著的成果。

2)加強(qiáng)隧道遭遇泥石流災(zāi)害的工程易損性評(píng)價(jià)分析

卓福隧道泥石流災(zāi)害中，隧道遭受到的危害方式為掩埋，經(jīng)過清方處理后，隧道很快地恢復(fù)了行車功能。此次泥石流并未對(duì)隧道本體造成破壞，而只是暫時(shí)地影響其行車功能。如果卓福隧道在遭受泥石流破壞時(shí)，隧道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，甚至塌陷，則泥石流危害的影響將更加巨大。因此，隧道對(duì)泥石流破壞的抵抗能力在隧道泥石流減災(zāi)工作中至關(guān)重要。

文獻(xiàn)[4]對(duì)卓福隧道進(jìn)行了泥石流災(zāi)害工程易損性分析，探討了隧道選址、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營以及泥石流致災(zāi)因子對(duì)隧道工程易損程度的影響，結(jié)果表明卓福隧道具有較高的易損性。如若在卓福隧道設(shè)計(jì)之初便進(jìn)行較為詳細(xì)的易損性分析，則有望避免該災(zāi)害事件的發(fā)生。加強(qiáng)隧道工程遭受泥石流災(zāi)害的工程易損性分析，以提出針對(duì)性更強(qiáng)的隧道泥石流減災(zāi)方案，這項(xiàng)工作需要在今后的隧道泥石流減災(zāi)工作中予以重視。

3)積極采取隧道洞口斜坡的坡面排水措施及必要的災(zāi)前防御工程措施

排水工程相比坡體加固工程而言，施工難度低、工程投資少，是一種較好的預(yù)防措施，值得在隧道坡面泥石流災(zāi)害減災(zāi)工作中予以推薦。因此，對(duì)隧道洞口附近的斜坡均應(yīng)加強(qiáng)坡面排水，特別是一些殘坡積層斜坡的坡面排水。

對(duì)于排查出的較危險(xiǎn)斜坡，則應(yīng)該采取必要的邊坡加固措施，實(shí)現(xiàn)減小損失于災(zāi)害發(fā)生之前。邊坡加固措施形式多樣，如卓福隧道泥石流災(zāi)害應(yīng)急整治所采用的減載和抗滑樁措施等。

5 結(jié)論

1)受隧道重要性和救援空間大小的影響，隧道洞口的坡面泥石流往往具有危害性大和救援難度大的特點(diǎn)。因此，隧道坡面泥石流減災(zāi)重點(diǎn)在于預(yù)防。其中坡面排水措施是一項(xiàng)施工難度低、工程投入少的措施，值得推薦。

2)卓福隧道泥石流暴發(fā)場(chǎng)址所處的斜坡，土巖界面產(chǎn)狀變化大，不易滑動(dòng)，但在持續(xù)降雨與短暫強(qiáng)降雨的綜合作用下，發(fā)生了整體式滑坡，暴發(fā)規(guī)模較大。今后應(yīng)重視對(duì)此類滑動(dòng)模式和危險(xiǎn)性的識(shí)別，以提前采取減災(zāi)措施，避免發(fā)生重大損失。

3)進(jìn)行隧道工程遭受泥石流災(zāi)害的工程易損性分析，對(duì)隧道泥石流減災(zāi)至關(guān)重要。今后應(yīng)結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、地層地貌及水文工程地質(zhì)情況加強(qiáng)隧道工程易損性分析，提出針對(duì)性更強(qiáng)的隧道泥石流減災(zāi)方案。

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[2]中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0220—2006 泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3]吳春成.鐵路風(fēng)沙害、泥石流災(zāi)害的綜合治理[J].鐵道建筑，2001(9):38-40.

[4]徐林榮，王 磊，蘇志滿.隧道工程遭受泥石流災(zāi)害的工程易損性評(píng)價(jià)[J].巖土力學(xué)，2010，31(7):2153-2158.

[5]高貴玲.湘西自治州汛期降水的氣候特征[J].氣象，1999，22(9):39-41.