刘俊辉 司润川 周小超 刘帅旗 金山 蔡文政

国家管网集团西气东输郑州输气分公司

 

摘要：本文以西气东输一线太行山滑坡治理工程为例，探讨了油气长输管道滑坡边界、规模和形态特征，确定了造成滑坡的主要因素，对滑坡体各个潜在滑动面进行了稳定性分析、计算和评价，提出了“抗滑桩工程+排水工程+管沟换填土工程”的综合治理方案，以提高坡体稳定性并减小降水对坡体的影响，为油气长输管道地质灾害的预测和防治提供参考。

关键词：长输管道；地质灾害；滑坡；工程治理；防治对策

 

油气长输管道作为线性工程往往要通过复杂多变的地质环境，由于管道自身的结构特点和使用寿命等因素，地质灾害成为影响生产运行安全的一大因素。西气东输一线太行山GX005滑坡地质灾害位于沁阳市黄沙岭，距离市中心约15 km。滑坡体上部有X040县道横坡通过，X040县道沿坡体向下约30 m处为西气东输一线天然气管道，管道沿坡体中上部横向敷设，敷设长度约为130 m，一旦发生滑坡可能造成管道变形甚至断裂，严重影响管道运行安全。本文从灾害特征分析、滑坡稳定性计算评价以及防治工程设计等方面入手，采取了有效预测和防治措施。

1  灾害特征及分析

1.1  滑坡边界、规模、形态特征

根据调查滑坡体所在斜坡地形地貌、地质条件及变形特征，确定该滑坡南侧边界以乡村道路为界，北侧边界以F3断裂带为界，滑坡后缘以X040县道西侧山坡为界，滑坡前缘（东侧）为采矿坡脚，滑坡整体形态呈圈椅状。通过详细调查、物探资料及钻孔资料显示，该浅层滑坡纵向长度平均为140 m，横向平均宽135 m，滑体平均厚度约5 m，滑体总方量约9.45×104 m³，为推移式小型滑坡。图 1为滑坡全貌，图 2为浅层滑坡基本特征分析图。

图 1 滑坡全貌

图 2 浅层滑坡基本特征分析

1.2  变形破坏特征

经现场调查，滑坡体主要变形破坏特征为坡体出现如图 3所示的裂缝及落水洞。在滑坡体上共发现5条裂缝，裂缝①位于后缘X040县道路面上；裂缝②及裂缝③位于滑坡体南侧坡体边界上，均为纵向裂缝；裂缝④位于窑洞平台土质陡坎处，长约30 m，宽度约10 cm～30 cm不等，可见深度约10 cm～30 cm；裂缝⑤位于坡体下部采坑人工堆渣边坡顶部及道路上，长约104 m，宽度2 cm～4 cm不等，深度约20 cm；滑坡体北侧发现多处落水洞，直径约0.2 cm～1.4 m，深约0.2 cm～1.7 m，裂缝及落水洞整体呈圈椅状。根据现场调查及勘查成果分析，该滑坡处于缓慢变形阶段，裂缝均由于滑坡变形引发，其中裂缝①、裂缝④、裂缝⑤为拉张裂缝，裂缝②、裂缝③为剪切裂缝。

图 3 滑坡体主要变形破坏特征

1.3  物理力学性质指标分析

滑坡稳定性评价与计算中所采用的岩土物理力学参数的选取，是计算评价滑坡稳定性的关键所在。在滑体中采取土样8件进行室内试验，结果统计见表 1。由于试验土体中夹有大量钙质结核及碎块石，而试验时将其进行剔除，导致试验值产生一定偏差。因此根据现场勘查和室内土工实验，坡体各地层的物理力学参数综合取值如下表 2所示。

表 1 滑体土土工试验成果统计表

表 2 岩土体物理参数及抗剪强度参数综合取值表

2  滑坡稳定性计算及评价

滑坡体主要是后缘和前缘横向张性卸荷裂隙发育，在降雨作用下，由于雨水入渗，导致裂缝变形作用加剧，坡体稳定性降低，滑坡体后缘先滑，挤压下部岩土体产生变形而发生滑动，为推移式滑坡。

2.1  滑坡形成机制分析

根据综合分析，西气东输一线太行山GX005滑坡地质灾害的形成与发展主要受内在因素和外在因素的影响。其中内在因素主要包括地形地貌、地层物质因素；外在因素主要包括降雨、地下水、断裂构造和人类工程活动等因素。

2.2  滑坡稳定性计算评价

采用DZ/T 0218―2006《滑坡防治工程勘查规范》推荐的毕肖普条分法，根据滑坡地形地貌条件，对滑坡体各个潜在滑动面分别进行了稳定性分析计算。滑坡整体选取1-1'、2-2'、3-3'三条剖面可能存在的潜在滑面进行了稳定性计算。

（1）毕肖普条分法计算方法

式中：FS为安全系数；mαi为第i个条块的计算系数；αi  为第i个条块底部的倾角；Wi为第i个条块的重量；Ci为第i个条块的粘聚力；bi为第i个条块的长度；ui为第i个条块的孔隙水压力；φ’i 为第i个条块的有效内摩擦角；Qi为第i个条块所受的水平向作用力；ei为第i个条块所受的法向条间力；R为滑面半径。

（2）计算结果

1-1'、2-2'、3-3'三条剖面各剖面计算模型见图 4。

图 4 剖面浅层滑坡剖面模型

根据建立的滑坡二维剖面模型，对坡体覆盖层稳定性进行分析，在天然状态下，坡体处于稳定状态，在饱水状态下坡体处于欠稳定状态，各剖面稳定性及坡体剩余下滑力如表 3所示。

表 3 坡体稳定性及剩余下滑力统计表

天然工况下各剖面的稳定性系数均在1.15以上，坡体及管道所在滑块无剩余下滑力，说明坡体浅层覆盖层处于稳定状态；饱水工况下2-2'及3-3'剖面稳定性系数均低于1.05，管道所在滑块剩余下滑力分别为497 kN/m、508 kN/m、409 kN/m，说明在强降雨作用下浅层滑坡整体上处于欠稳定状态，为保障输气管道运营安全，需采取治理工程进行防治。

3  滑坡防治工程设计

3.1  设计工况、参数和标准的确定

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》第5.1节规定，见表 4，本工程防治安全等级为Ⅰ级。

表 4 防治工程分级表

3.2  滑坡治理工程设计

根据滑坡特征分析及对其稳定性计算，对其采用“抗滑桩工程+排水工程+管沟换填土工程”的综合治理方案。

（1）抗滑桩工程：拟在管道东西两侧距离8 m～10 m处，设置抗滑桩，对坡体中滑体起到支挡作用，保护管道安全运营，其中西侧距管道约8 m处设置一排，东侧距管道约10 m处设置两排。

（2）排水工程：在场区布设两道排水渠，一道位于管道平台西侧坡脚处，一道位于紧邻拟建抗滑桩东部平台沿台阶坡脚及台阶两侧顺延至沟底，防止地表水体无序集中入渗坡体。

（3）管沟换填土工程：为防止坡体局部变形挤压破坏管道，拟对滑坡体段管沟进行开挖，采用中粗砂置换回填。

4  结语

（1）地质灾害防治应当坚持以预防为主，持续做好油气长输管道日常巡护，提前发现地灾隐患，及时开展隐患治理。

（2）太行山地区部分管道沿线地层结构较松散，土质遇水软化特性明显，会造成其力学强度降低，导致管道周围土体易在暴雨、振动等作用下发生滑坡地质灾害。

（3）短时降雨、地下水位升降等水体变化及人类活动会破坏坡体稳定性，易产生崩塌、滑坡灾害。

（4）采用“抗滑桩工程+排水工程+管沟换填土工程”的综合治理方案，提升坡体稳定性，减小降水对坡体强度的影响，提升滑坡体的稳定安全系数，保证油气长输管道的本质安全。

作者简介：刘俊辉，1998年生，硕士，助理工程师，见习岗，主要从事地下空间结构与天然气长输管道保护等方面的研究。联系方式：15136130642，liujh_hit@163.com。