西气东输一线管道工程DD282滑坡体与治理方法分析

西气东输一线管道工程DD282滑坡体与治理方法分析

1黄飞 ,2于飞 ,3薛建国 ,4李永红通讯作者

123(中石油管道西气东输甘陕输气分公司西一线延川作业区  陕西延川  717200 )4(西北农林科技大学水土保持研究所  陕西杨凌  712100 )

摘要：滑坡是一种地质灾害，其发生和发展受制于地质条件和自然力的作用，同时也受到人类工程活动的影响。长输管道沿线地形复杂,滑坡灾害问题日益严峻。当滑坡发生时,会造成管道的弯曲变形,局部褶皱甚至会产生管道断裂,对管道安全运行产生非常不利的影响。针对管道周边不时发生的滑坡灾害现象, 以陕西子长段DD277 处黄土滑坡为例 , 对其发育特征及工程治理方法进行探讨。

关键词：西气东输；管道工程；滑坡体；治理方法

1 西一线DD282滑坡概况

西一线DD282段位于陕西省子长县余家坪乡岭湾村西北侧约350m，90年代退林造田时填建成梯田地，梯田有6级，管道位于第3级，总体呈北西—南东走向，沿梯田地横坡敷设，管道埋深约2m。2015年、2018年和2020年，该梯田地第3级和第4级均出现了顺管道方向单条长度约200m的贯穿性裂纹，裂纹最宽处约5cm，滑坡前缘逐年不断发生滑塌（图1）。该处原为古滑坡，管道勘察及建设期滑坡无变形迹象，管道沿斜坡中部横向敷设，埋藏深度约2m。据了解此处山坡坡体为一古滑坡体，始发于上世纪60年代，滑坡要素齐全，具有双沟同源现象，后缘裂缝特征明显。管线总体呈北西—南东走向，与省道205平行，垂直距离约200m。往年做过排水系统和挡墙等措施，并安装了管道应力和坡体位移监测设备。强降雨导致西一线DD282处出现落水洞、冲沟等类型的水毁，造成大面积台田地损毁，危及管道和光缆安全，水毁规模继续扩大会造成管道和光缆裸露甚至受损，落水洞继续扩大会形成大面积塌陷，可能造成光缆损伤。目前存在台田地内出现多处落水洞，排水系统堵塞，顺管道方向地面出现贯通裂缝，坡体下部靠河处局部出现垮塌，原挡墙基础冲刷，监测系统出现报警等情况，需要进行治理。

图1西气东输一线管道工程DD282滑坡示意图

2工程基本概况

2.1地形地貌

该地属于构造侵蚀低山丘陵地貌，高程在1058m～1107m之间，坡面呈台阶状，上部陡，中下部变缓，主要种植玉米等农作物。坡体地表水汇集、入渗条件较好，坡顶汇水面积较大，坡体两侧均发育两条较大季节性冲沟，坡体前缘为秀延河支流，雨季冲刷作用强烈，前缘土体易受水流冲蚀。坡体上落水洞、黄土陷穴非常发育，后缘呈圈椅状张拉裂缝，局部已贯通。

2.2气象

该地位于内陆地区，属暖温带半干旱大陆性季风气候，夏季暴雨极端天气较多，冬季寒冷干燥，持续时间长。境内年降水量均值为513.20mm，最大值769.60mm，最小值279.60mm，年内各月的降水呈单峰型分布，多集中于7、8、9三个月。

2.3水文

该地发育有秀延河支流，秀延河流长80km，流域面积1405.10 km2。发源于子长县西部与安塞县交界山麓，东西走向，先向东南，到李家岔乡杨桥折向东流，依次流经李家岔、安定、栾家坪、瓦窑堡、冯家屯、杨家园子、史家畔、马家砭7个乡(镇)，东至苗家沟入清涧县境，日常水深0.2～0.4m左右，水量不大，河道平均宽约10m，夏季暴雨期间流量显著增大。多年平均流速4.45m3/s，平均流量2.07 m3/s，年径流总量6393.98万m3，实测常年流量0.964 m3/s，实测常年最大洪峰量3150 m3/s (1969年8月9日)，最小时河道干枯(1972年5月10日)，平均水位5.50m，最高水位10.24m，年输沙量1489.40万t。

2.4地质构造

该地区域地壳运动表现为整体升降运动特点，古生代相对稳定，中生代末盆地整体块段上升，新生代以抬升为主。第三纪初期因大面积稳定上升，遭到剥蚀夷平。中新世晚期，由于掀斜上升运动，形成岩层向西缓倾的单斜翘曲构造，倾角1～3°。该地附近无活动断裂，构造稳定。

2.5区域地层

该地基底主要沉积古生代和中生代陆相碎屑岩，第三纪岩层呈不整合或假整合于中生界之上，第四纪黄土岩系深厚，广覆全境老岩层之上。基岩露头只出现于深切河沟或曾受到强烈剥蚀的山岭地区。根据地质调查成果，该地地层主要为第四系全新统及上更新统冲积层及三叠系粉砂岩。

2.6人类工程活动

场区人类活动较频繁，主要为耕种浇灌、输水管道巡检维护等。

3地质测绘勘察结果分析

根据《西气东输一线管道工程DD282滑坡补充勘查项目岩土工程勘查报告》中地质测绘结果结合周边原山体地貌分析，90年代山体改造为梯田后导致滑坡面汇水面积增大，滑坡体两侧冲沟发育，冲沟向山顶方向溯源，两侧冲沟后部自然斜坡溯源变形迹象明显，多有滑塌裂缝分布，前缘局部发生溜塌，形成圈椅状凹槽（图2）。地质测绘勘察结果分析见表1。智能一体化监测数据分析见表2。综合以上分析可知，该滑坡体从物质组成和结构形式，属于土质滑坡；按滑坡厚度，则为中层滑坡；从运动形式来说，应划分为牵引式滑坡；究其发生原因，则为自然滑坡；论滑体体积，属中型滑坡。滑坡区的第四系黄土为滑坡提供了物质基础，降雨入渗导致土体饱和、容重增加、抗剪强度降低，这些是滑坡形成的主要诱发因素；人类工程活动也为地表水注入滑坡体提供了条件。这些都为滑坡的形成提供了有利条件。以上多个因素综合作用，导致了该滑坡的形成、发展及滑动。

图2西气东输一线管道工程DD282滑坡周边原山体地貌

表1地质测绘勘察结果分析

表2智能一体化监测数据分析

4滑坡变形机制分析

该滑坡处于蠕动变形阶段，其破坏模式为切坡—蠕滑—前缘滑出—牵引整体下滑型，具体变形机制分析如下：

4.1由于坡体汇水面积较大，且南侧冲沟堵塞，水流向坡体中下部汇聚，梯田改造导致坡体富水，导致滑坡前缘地下水位高，地层抗剪强度低，且前缘存在约8m高陡坎，陡坎前发育秀延河支流，前缘滑动后受水流冲刷，部分滑坡堆积体已经被水流带走，以及坡体前部宽约70m，长约80m的富水凹槽牵引变形，共同导致了主轴长约140m、宽约200m，体积约为33万方的滑坡体发育。

4.2滑坡区的表层粉土孔隙比高松散，厚度较大，有利于地下水径流、赋存，加之在滑坡上部横坡敷设管道，管沟开挖回填未夯实，降雨后管沟起到了汇集地表水的作用，加之农田灌溉使得地表水很好的侵入斜坡土体中，不断的软化地层交界处粉土层，降低其抗剪强度，减少抗滑力，继而在降雨的作用下，斜坡土体进一步饱和，使得滑坡前缘土体的容重进一步增加，增加了下滑力，以致下滑力大于抗滑力，从而产生不稳定。

5滑坡稳定性评价

滑坡稳定性评价是在对地质体充分认识的基础上 , 通过对滑坡作用机理进行研究, 从而得出的综合评价结果 。

5.1滑坡演变及成因分析法评价

5.1.1滑坡前缘临空，坡度较陡且常处于地表径流（秀延河）的冲刷之下，滑坡前缘滑塌体被河流冲蚀；

5.1.2滑坡后缘壁上可见擦痕，有明显位移迹象，主裂缝水平移动约15cm，裂缝两侧上下错动约10cm～30cm；

5.1.3坡体见多条新发育张裂缝，串珠状落水洞有连通倾向，滑坡南侧纵向排水沟被裂缝切断，有变形迹象，有发展扩大的趋势；

5.1.4坡体前缘挡墙涵管内常年有泉水出露，勘察期间见涵管内结有厚冰层；根据钻孔资料显示，场区土层含水率高，潮湿、饱水，土体塑性差，坡体前缘见多处溜塌迹象。

根据以上迹象表明，滑坡目前处于欠稳定状态，属于蠕动变形阶段，前缘已经滑动，堆积体被地表水流带走。在雨水的作用下，有变形滑动速率加快的可能。

5.2滑坡发展变化趋势

该滑坡前缘部分滑体目前已经产生变形滑动，部分堆积体被地表水带走。根据本次勘察调查以及稳定性定量计算成果，滑坡目前处于欠稳定状态，存在在雨水或地震的作用下产生进一步变形滑动的可能。

5.3滑坡案例对比分析

子长县阎家沟滑坡、西气东输子长—永平镇段5处黄土滑坡的相关文献和研究资料，近场区地形地貌、地质条件及气象相似，具有较强的可比性。阎家沟滑坡位于子长市安定镇，距离勘察区约8km，阎家沟滑坡在空间上呈半圆形，前沿抵阎家河，两侧边界为冲沟或切沟，剪出口位于阎家河河畔，长200m，宽300m，平均厚度15m，滑坡体坡度12～15°，相对高差90～300m，体积约90万m3，滑体组成物质为上、中更新统黄土状粉土，滑带位于基岩风化带以上受黄土孔隙裂隙水软化的黄土状粉土中，滑带厚度1～2m，土质细腻，呈软塑状态，滑床为泥岩、砂质泥岩，与本滑坡地形地貌、地质条件相似（图3）。阎家沟滑坡1979年7月曾发生一次显著滑动，在斜坡中部产生明显圈椅状地形，后缘错距明显。在2004年7～8月雨季中在斜坡中下部再次发生显著滑动，前沿耕地中出现宽达2m，长达数十米的张裂隙及圈椅状地形，近几年雨季过后，耕地多处开裂，多呈现贯穿性裂缝，宽度0.5～1cm，近年来仍处于缓慢变形中，变形速率（雨季）4～5mm/月，裂缝走向与滑坡中下部地裂基本一致，认为此裂缝属滑体中下部次级滑体在蠕动变形阶段对中上部滑体产生的牵引作用引起。随着距离下部次级滑体距离逐渐增加，地表变形和裂缝程度逐渐微弱，说明牵引作用力的影响程度和影响范围在逐渐递减，牵引式滑坡特点极为明显，该滑坡的发育特征与本滑坡很相似，均属于陕北黄土地区典型的牵引式滑坡，通过对滑坡的基本特征、变形特征的调查勘查，其形成机制主要为坡脚受河流下切冲蚀、在暴雨连阴雨以及影响坡体稳定性地形、地层岩性条件组合下，导致前沿发生滑动，并对上部土体产生明显的牵引卸荷作用，滑坡发育的演化过程分为坡体前沿临空面形成阶段、斜坡土体的蠕变阶段、前沿滑动变形阶段、牵引滑动阶段，这种滑坡类型在陕北地区较为常见，后该滑坡采取了前缘修建淤地坝进行反压坡脚，修建排水渠和渗沟，添堵裂缝及孔洞等工程措施，滑坡得到有效治理。

图3阎家沟滑坡

6滑坡治理措施建议

根据滑坡特征，该滑坡已经发生明显的蠕滑错动，结合危害对象，需采取必要的工程治理措施，确保管道在运营期间不受该滑坡的危害。在安全可靠的前提下，治理工程应选择技术可靠、经济合理、结构简单、可操作性强的方案。治理方案时应当充分调查场地土地利用要求和政策，并与河道规划部门结合，保证方案可实施性。同时应采取因地制宜，就地取材，节省防治费用，不会引发新的环境地质问题。鉴于滑坡所在区域岩土体结构有利于地表水汇集、下渗，对滑坡的稳定性造成十分不利的影响，因此，滑坡治理工程建议采用裂缝夯填、清理沟道、引排水工程和支挡反压等综合治理措施。

6.1积极落实支挡工程

6.1.1 抗滑挡土墙

        若是中小型的滑坡，应该考虑其本身的下滑力，在其下滑力并不大的情况下，可以适当的设置出挡土墙，然后把基础置于硬层或者是基层土上，挡墙较为常用的形式便是重力式挡土墙，历经了数十年的发展，验证出这种挡土墙会随着时间的推移产生开裂和变形的问题，分析主要的原因是其结构受力机制并不科学。为及时的将这种局面加以改善，锚定板挡墙和预应力锚索等新型的挡墙应运而生。很多新型挡墙的出现使得挡土墙的受力机制发生了变化，相关联的造价也得到了有效的降低。对比于重力式的挡墙来说，预应力锚杆能够实现最大化的经济效益。

6.1.2抗滑桩

抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,适用于浅层和中厚层的滑坡,是一种抗滑处理的主要措施。抗滑桩桩顶高度一般与滑坡地面齐平。随着滑动面以上的滑体土层厚度增大，滑动面以上的抗滑桩高度相应增加，桩体承受的滑坡推力的合力作用点则随之增高，桩身的弯矩增大，配筋量增大。同理，如果单根抗滑桩的其余条件相同，则随着滑动面以上的桩高增加，所能承担的滑动推力将很快递减。

6.1.3锚固法

锚固法重点是运用了预应力锚索或者是锚杆等完成加固滑体的方式，其本身存在着自身的优势之处，能够主动地受力，施工相对于简易，具有较低的成本。锚杆加固多是配合着其他的措施对滑体加以治理，真正能够起到良好治理效果的是预应力锚索，因此其被合理的运用在岩质滑坡。预应力锚索重点是由自由段、锚固段和外锚固段组合而成，其中内锚固段重点分出了粘结式和机械式，现阶段最为常用的就是粘结式，也就是及时的用水泥浆把锚索以及孔壁结合到一起。

6.2搞好防水措施

防水是滑坡治理中必不可少的辅助方法，同时 水也是引起滑坡失稳的主要因素之一。由于沿线滑 坡主要为小型滑坡，其排水措施相对简单，可以通过截水沟、排水沟来截、排地表水，防止雨水渗人软化边坡。在设计与施工时，必须考虑与支挡措施联合使用。江河湖泊等地表水体的水位变化，地下水活动及强降水多的气候条件，在滑坡形成过程中起着重要的作用、主要表现在：水软化岩土体，降低岩土体强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩土体.增大岩土容重，对透水岩石产生浮托力等。尤其是对滑而(带)的软化作用和强度降低作用最突出。地下水活动是诱发滑坡产生的主要外因，不论采用何种方法处理滑坡，都必须做好地表水及地下水的处理，排除降水及地下水的主要方法如下（表3）。我国山体滑坡多发地带分布在年降水量大于400mm。滑坡的发生和发展与地表水的危害有密切的关系。从滑坡体周边汇集的地表水、降雨的渗透以及泉水、池沼及渠道的再渗透，容易诱发滑坡，或使滑坡活动激化。所以，凡滑坡地区的防治工程，地表防渗排水、夯填裂缝与清淤措施都是必要的。

表3排除降水及地下水的主要方法

6.3修整坡面工程

现场调查可知，沿线滑坡失稳大都与坡面陡峻有关；同时，管道经过地段，特别是中西部，管道一般远离人口集中地。所以可采用坡面修整方法，使边坡坡角小于或等于其边坡岩土体综合内摩擦角，以使边坡达到自稳。而边坡修整产生的弃土可置于坡脚平缓地段以“补足”，或妥善解决。在采用此方法时一定要防止弃土失稳带来其它次生地质灾害。排水工程中涵盖着地表排水和地下排水，因此在整治滑坡问题的时候，往往需要在滑坡体外及时的修建环形截水沟，保证在对其合理利用的时候，及时的将地表水引到天然沟谷中。滑体中需要及时的修建起树枝状的排水系统，这主要是迎合了具体项目的实践要求，在布置阶段的主沟需要和滑坡方向保持着一致。（1）由于滑坡变形的发生是地表水大量渗入和坡体前缘变形牵引所致，故建议加强后部自然坡体与梯田交界部位急流槽落水下部的截水沟修复，防止暴雨时地表汇水由于截水沟排水不畅，导致大量地表水渗入坡体而不断降低坡体的稳定性，同时修复坡底排水沟，保证雨季排水畅通，将水流导入坡体前缘秀延河支流内。（2）可在滑坡前缘两侧及南侧挡墙附近坡体侧缘增设地下排水盲沟，防止地下水在滑坡前缘聚集造成前缘溜塌，形成新的临空面。（3）将地势较高的南侧边沟改为排水渠，防止降雨时地表水向滑坡段渗流。

6.4改善土的工程性质

当挖方路基上边坡发生的滑坡不大时，可采用刷方减重，反压坡脚的方法来防治滑坡。经过地质调查、勘探和综合分析，确定滑坡性质为推动式，或为由错落转化成的滑坡后，可采用此方法。反压到坡脚的土体必须填在抗滑地段，不能填在主滑地段。填方时，必须做好地下排水工程，不能因填土堵死原有的地下水出口，造成后患。采集者退散减重的上积土的位置须在主滑地段的上部，而不能在抗滑段减重，否则，将削弱抗滑段的作用。滑坡减重后，坡面的土体一般渗水性都很强，经降雨软化则易造成崩坍。因此，应根据刷方后的地形来设置地表排水沟，在斜坡上设多级小台阶，并设置集水设备以利排水，坡面可采用植树造林或种草等生物防护方式进行保护，同时，对于开挖台阶部分，应按需要采取砌石圬工框架支撑等。即使是基岩露头部分，当裂隙发育易风化时，也应采取喷浆防护等措施。

牵引式滑坡是指坡脚的土体先失稳，向下滑动，坡体后部土体由于失去支承而相继滑下。上积土减重后并不能防治该类滑坡的产生和发展，因而对于牵引式滑坡，不采用减重法。牵引式滑坡多发生于黏土和堆积层滑坡中。具有膨胀性质的滑坡的滑带土(或滑体)具有卸荷膨胀的特性，减重后能使滑带土松散，地下水浸湿后其阻滑力减小，因而引起滑坡下滑，故不宜采用减重法。

自重及上覆外载对于滑坡体的稳定性来说，其作用可利可弊。滑坡治理时采用的削坡减载、反压固脚措施，就是合理利用自重及垂直外载的利而避其弊。削方减载措施特别适用于上陡（重）下缓（轻）的推动式、且滑坡后缘及两侧有明显的边界、或者有岩体出露而不易受到牵引变形的滑坡治理，对改善滑坡的稳定性，提高安全系数有着非常明显的效果。滑坡体后部削方减载的弃土，或者其他建筑物开挖的弃渣，如果土质较好，可利用其在滑坡前缘填土反压。针对该滑坡体的变形趋势，建议选择抗滑桩支挡或前缘反压治理措施阻止该滑坡的的进一步发展。

6.5监测滑坡

从滑坡的监测内容来看,滑坡监测应该是由多种监测方法相结合的。对于不同的监 测目的、不同的滑坡发育阶段及不同的滑坡类型所选择的滑坡监测方法也不同。（1）持续开展现场专业监测，同时做好防灾预案工作和预警工作。（2）利用InSAR、光学等遥感综合解释手段，对滑坡区变形特征进行持续观测。（3）对滑坡范围内管道进行应力分析，根据分析结果，修正和完善现有监测设备布置。（4）滑坡治理过程中和治理后宜加强对滑坡变形发展趋势、稳定性及工程治理效果检验的监测，并结合监测数据进行反馈分析，评估防治方案效果。

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基金项目：国家自然科学基金项目（41807066,41671283,513090934）；国家重点研发计划项目（2016YFC0501706-02）；中国科学院知识创新工程项目 (KZCX1-10-4)资助.

作者简介：黄飞（1985—），男（汉族），陕西省西安市人，工程师，主要研究方向为管道管理。

*通讯作者简介：李永红（1971—），男（汉族），博士, 高级工程师，主要研究方向为土壤侵蚀、水保工程及土力学。

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