周志東 高靜 林振奎

摘要：近年來，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害呈多發(fā)頻發(fā)態(tài)勢(shì)。原水電部隊(duì)作為應(yīng)急排險(xiǎn)國(guó)家隊(duì)，是堰塞湖排險(xiǎn)的專業(yè)部隊(duì)。在多次堰塞湖應(yīng)急處置過程中，克服了處置時(shí)間緊、交通不便、施工環(huán)境惡劣、生活條件艱苦和施工難點(diǎn)較大等困難，通過翻運(yùn)結(jié)合、定向爆破、抽排水沖刷等施工技術(shù)成槽，加快泄流，成功參與處置了易貢、唐家山、舟曲、清平、映秀等39座高危堰塞湖險(xiǎn)情。根據(jù)堰塞湖施工處置實(shí)際，提出了今后需要加強(qiáng)搶險(xiǎn)技術(shù)研究，專業(yè)人員、設(shè)備和物資準(zhǔn)備和堰塞湖潰決精準(zhǔn)研判等。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急處置;施工方法;堰塞湖;汶川地震

中圖法分類號(hào)：P315.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1堰塞湖處置情況

從2000年4月至2018年11月，原武警水電部隊(duì)先后參與應(yīng)急處置堰塞湖累計(jì)39個(gè)，參與了21世紀(jì)以來大多數(shù)規(guī)模較大的堰塞湖處置工作。從分布區(qū)域看，參與處置的堰塞湖主要分布在青藏高原及周邊，其中四川境內(nèi)26.5個(gè)（金沙江白格堰塞湖為西藏位于四川交界）、西藏2.5個(gè)、重慶5個(gè)、云南2個(gè)、甘肅1個(gè)。從處置時(shí)節(jié)看，多集中于5～8月份，其他時(shí)節(jié)相對(duì)較少。

這些堰塞湖均屬于高危堰塞湖，庫容多在100萬～1000萬m3（見圖1），且處置工作多集中在汶川地震時(shí)期。堰塞體堆高一般在30～70m之間（見圖2）。

2處置施工特點(diǎn)分析

2.1處置時(shí)間緊應(yīng)急性強(qiáng)

堰塞湖處置的施工時(shí)間一般在10d內(nèi)，極少數(shù)情況超過10d，如易貢、舟曲等堰塞湖處置時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，特別是易貢堰塞湖庫容約30億m3，處置時(shí)間超過1個(gè)月（見圖3）。

2.2交通不便人機(jī)進(jìn)場(chǎng)不易

由于堰塞湖多數(shù)由地震、降雨、凍融等引發(fā)的滑坡或泥石流形成，地處高山峽谷，災(zāi)害發(fā)生時(shí)往往道路中斷，人機(jī)進(jìn)場(chǎng)困難。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，四川汶川地震形成的34個(gè)高危堰塞湖中，只有5個(gè)堰塞湖在修筑2km以下的便道后可供大型設(shè)備進(jìn)入，其他堰塞湖需要修筑的便道均為2km以上（見圖4），一些堰塞湖甚至在短時(shí)期內(nèi)無法修筑進(jìn)場(chǎng)便道。

2.3施工環(huán)境危險(xiǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)較高

參與處置的堰塞湖均為滑坡堵江形成，滑坡（崩塌）后，存在坡面掛渣和殘留的不穩(wěn)定體，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。特別是地震形成的堰塞湖，余震不斷，導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)定因素進(jìn)一步增加，崩塌等災(zāi)害隨時(shí)可能發(fā)生。云南魯?shù)榈卣鹦纬傻募t石巖堰塞湖，小型崩塌不斷，砸壞浮橋甲板。排險(xiǎn)過程中還發(fā)生了一次約3000m3的崩塌，由于預(yù)報(bào)及時(shí)，沒有造成人員傷亡和設(shè)備損失。

2.4綜合保障困難生活條件艱苦

施工現(xiàn)場(chǎng)一般生活條件艱苦，食宿等綜合保障難度極大。住宿多數(shù)只能依靠帳篷，給養(yǎng)依靠干糧和盒飯，飲用水保障困難。

2.5堰塞體不均一施工難度大

堰塞體的物質(zhì)一般與滑塌體巖性基本一致，滑坡（崩塌）運(yùn)動(dòng)過程中也會(huì)攜帶周邊的物質(zhì)。同一堰塞體中塊石、碎石、土體等并存。堰塞體不同部位物質(zhì)組成差異很大，增加了應(yīng)急處置難度。

3主要工程措施

3.1翻運(yùn)結(jié)合推挖成槽

對(duì)于已有道路或者應(yīng)急處理時(shí)間允許范圍內(nèi)能形成道路、便于大型機(jī)械裝備展開作業(yè)的情況，宜采用“翻運(yùn)結(jié)合、推挖成槽”的方法，即沿設(shè)計(jì)泄流槽軸線，按照設(shè)計(jì)體型采用推土機(jī)順槽軸線向上、下游方向推渣，挖掘機(jī)翻渣或裝自卸車運(yùn)輸出渣，遇到無法挖運(yùn)的大孤石采用爆破解小后挖運(yùn)，快速形成泄流槽。該方法主要施工過程為。

（1）道路疏通。主要以推土機(jī)、反鏟為主，其他設(shè)備為輔。

（2）安全隱患識(shí)別。要求在進(jìn)場(chǎng)時(shí)由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行踏勘，對(duì)邊坡垮塌、變形、沉陷等危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)搶險(xiǎn)人員安全交底。

（3）孤石爆破解小。對(duì)塊徑大、反鏟挖掘機(jī)無法挖裝的孤石，爆破解小后挖掘機(jī)裝自卸車運(yùn)輸出渣。孤石相對(duì)集中地段宜采用液壓潛孔鉆機(jī)鉆孔，孤石較少或相距較遠(yuǎn)地段可采用小型油動(dòng)空壓機(jī)配合手風(fēng)鉆鉆孔，時(shí)間緊時(shí)，可采取裸露爆破。孤石爆破前必須對(duì)周邊基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行調(diào)查，做好爆破控制或制訂保護(hù)措施。

鉆孔孤石解小爆破設(shè)計(jì)參照以下主要技術(shù)參數(shù)：

孔徑D：根據(jù)實(shí)際情況可選用手持式手風(fēng)鉆或液壓潛孔鉆，手風(fēng)鉆孔徑一般為38mm，液壓潛孔鉆孔徑為90mm;

裝藥直徑d：常用32管裝乳化炸藥;

最小抵抗線W：通常取W=B/2，其中B為孤石厚度;

鉆孔深度L：一般取L=（1/2～2/3）B，當(dāng)使用液壓潛孔鉆鉆孔時(shí)取小值，使用手風(fēng)鉆鉆孔時(shí)取大值;

鉆孔個(gè)數(shù)Ⅳ.鉆孔的個(gè)數(shù)視孤石的形狀、大小而定，對(duì)體積在2m3以內(nèi)、近似正方體的孤石，在孤石中心部位布置一個(gè)鉆孔即可;當(dāng)孤石過大或長(zhǎng)度比差異較大，按體積算出的藥量無法裝入1個(gè)孔時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加炮眼，使藥量分布均勻;

鉆孔間（排）距a：取a=（0.8～1.2）W，硬巖取小值，軟巖取大值，可采用方形布孔。

炸藥單耗q：孤石爆破臨空面較多，單耗一般較低，根據(jù)巖石情況，一般取q=（0.1～0.2） kg/m3，硬巖取大值，軟巖取小值;

單孔裝藥量Q：按式Q=q V/N計(jì)算，其中V為孤石體積;

起爆網(wǎng)路：同一孤石上的炮孔必須同時(shí)起爆，成群成片的孤石一般也應(yīng)同時(shí)起爆，確需分段時(shí)，宜在孔內(nèi)分段，不宜在孔外采用2段以上非電毫秒雷管接力的方式分段。

（4）測(cè)量放線及技術(shù)交底。測(cè)量員按照排險(xiǎn)方案在堰塞體上放樣泄流槽軸線及邊線?，F(xiàn)場(chǎng)指揮員對(duì)參戰(zhàn)人員進(jìn)行技術(shù)交底，明確泄流槽坡比、推挖方法及安全注意事項(xiàng)。

（5）推挖成槽。按照“自上而下、分段分層”順序推挖成槽。反鏟挖掘機(jī)沿槽兩側(cè)布置，相鄰兩臺(tái)設(shè)備間至少保持20m水平間距。推渣時(shí)小功率推土機(jī)在前，大功率推土機(jī)在后依次推渣。進(jìn)、出口段以推為主，采用反鏟挖掘機(jī)拉槽、修坡整底，推土機(jī)接力推料;中間泄槽段以翻渣及挖運(yùn)為主。對(duì)自穩(wěn)性能較好或堰塞體頂部寬度大且地勢(shì)平緩地段，主要采用反鏟挖掘機(jī)翻渣，當(dāng)槽深達(dá)到4～5m時(shí)，采用反鏟挖掘機(jī)接力翻渣，推土機(jī)向泄流槽兩側(cè)推平。對(duì)自穩(wěn)性能較差或堰塞體頂部寬度較小地段，采用反鏟挖掘機(jī)裝自卸車出渣，反鏟挖掘機(jī)修坡整底。

（6）泄流槽防護(hù)。為防止泄流過程中泄槽進(jìn)出口段在高速水流作用下快速垮塌造成堰體潰決形成泥石流，對(duì)下游造成次生災(zāi)害，在進(jìn)出口段應(yīng)采用塊石、鉛絲石籠、編織袋裝土石等對(duì)泄槽底部和邊坡進(jìn)行防護(hù)。①塊石加固法：過流渠底塊石加固長(zhǎng)度為1/2渠長(zhǎng)，在出口段進(jìn)行，主要采用挖掘機(jī)鋪設(shè)，塊石最大粒徑為30cm以上，鋪設(shè)厚度2m。有條件情況下使用振動(dòng)碾進(jìn)行壓實(shí)。②鋼筋籠加固法：要求對(duì)下游1/3渠長(zhǎng)渠底進(jìn)行鋼筋籠加固，鋼筋籠鋪設(shè)一層，錯(cuò)縫布置，鋼筋籠由人工進(jìn)行碼放，填石采用反鏟進(jìn)行。鋼筋籠加工同坡腳加固。③鋼（鉛）絲網(wǎng)加固法：渠底加固長(zhǎng)度為1/3渠長(zhǎng)，位置為出口段。鋼（鉛）絲網(wǎng)加固渠底需要用反鏟或推土機(jī)進(jìn)行平整、壓實(shí)，然后鋪設(shè)土工布或彩條布，再覆蓋鋼絲網(wǎng)，最后用彎頭錨筋進(jìn)行加固。加固施工方法同坡腳加固。

（7）下游過水通道疏通。主要用反鏟挖除溝內(nèi)堆積石塊，對(duì)大塊石進(jìn)行爆破解小，理順排水通道。

（8）過流預(yù)警。根據(jù)施工進(jìn)度確定開始過流時(shí)間，并通知下游需要緊急撤離區(qū)域采取避險(xiǎn)措施。泄流前要求人員、設(shè)備撤離到不受洪水、坡體垮塌、堰塞體潰壩影響的區(qū)域。

（9）泄流過程監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)對(duì)堰塞體泄流過程遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)監(jiān)測(cè)流量、水位、潰口演變過程，并及時(shí)反饋給相關(guān)部門或通知下游預(yù)警單位。

（10）泄流后清理。泄流結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行沿途危險(xiǎn)源及河流、道路清理，淹沒區(qū)清理在24h內(nèi)進(jìn)行。

在機(jī)械選用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用功率大的機(jī)械設(shè)備;裝載機(jī)、推土機(jī)一般在50m的運(yùn)距范圍內(nèi)效率較高，超出后效率偏低;設(shè)備必須合理擺布;泥石流型的堰塞湖一般只適合于挖掘機(jī)作業(yè)，由于泥石流物質(zhì)承載力不夠，必要時(shí)須采取路基箱或者換填等措施。

3.2定向爆破拋擲成槽

當(dāng)交通條件受限、大型機(jī)械裝備無法在相應(yīng)的工程排險(xiǎn)時(shí)間內(nèi)到達(dá)堰塞體時(shí)，采用“定向爆破，拋擲成槽”法?！氨瞥刹邸奔囱卦O(shè)計(jì)泄流槽軸線布置炮孔，裝填炸藥后，利用拋擲爆破原理，將泄流槽內(nèi)土石拋擲到泄流槽邊線兩側(cè).經(jīng)一次或多次爆破后形成泄流槽。基本施工程序如下：

（1）布孔。測(cè)量員按照爆破設(shè)計(jì)確定的炮孔個(gè)數(shù)和間排距，在排險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)依次標(biāo)出炮孔位置，并注明孔深、孔向。

（2）鉆孔。在標(biāo)注好的孔位上，根據(jù)孔向要求調(diào)整好鉆桿角度，先低壓開鉆，待孔口形成后再逐步加壓鉆進(jìn)，鉆至設(shè)計(jì)孔深后退出鉆桿，用標(biāo)尺測(cè)量孔深，滿足設(shè)計(jì)要求后用砂袋裝土或小石塊保護(hù)好孔口。

（3）裝藥。將炸藥按爆破設(shè)計(jì)確定的數(shù)量用膠帶捆緊，插入雷管后裝入孔內(nèi)。不需分段時(shí)，在孔內(nèi)裝同一段位的非電雷管;需要分段時(shí)，可在孔內(nèi)裝不同段位的非電毫秒雷管。

（4）堵塞。裝藥后將孔內(nèi)剩余的空腔部分采用粘土堵塞，并用木棍搗實(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)無粘土?xí)r可用砂土代替，但不得有石塊。

（5）連線。根據(jù)爆破設(shè)計(jì)采用串聯(lián)或并聯(lián)方式連接起爆網(wǎng)路。

（6）起爆。采用擊發(fā)槍進(jìn)行起爆，起爆擊發(fā)點(diǎn)必須設(shè)在爆破安全距離以外。

“定向爆破，拋擲成槽”法實(shí)施過程中，必須預(yù)先對(duì)高壓線、通信電纜等周邊基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行有效保護(hù)或采取控制爆破手段，防止爆破損壞。

這種技術(shù)主要適用于中小型堰塞湖，特別在已經(jīng)過流情況下，對(duì)孤石等進(jìn)行控制爆破，利用水流沖刷，加寬加深泄流槽，加快泄流，盡快排除險(xiǎn)情。汶川地震有7座堰塞湖通過爆破控剖泄流進(jìn)行處置，效果良好，達(dá)到了快速排險(xiǎn)目的。

3.3抽排水與抽水（引水）沖刷成槽

抽排水適合于庫容小、入庫流量低的情況，對(duì)微型堰塞湖進(jìn)行抽排，確保抽排量和滲漏量之和大于入庫流量，如重慶雞尾山滑坡形成了微型堰塞湖，為了防止水滲入礦道，采取了應(yīng)急排險(xiǎn)措施。

抽水（引水）沖刷就是利用水流帶走部分物質(zhì)，形成泄流槽。依據(jù)動(dòng)水中拋投料穩(wěn)定計(jì)算理論算出被沖走的物質(zhì)粒徑。最大物質(zhì)粒徑應(yīng)小于動(dòng)水穩(wěn)定物質(zhì)粒徑：式中，d為石塊化引粒徑，m;v為流速，m/s;K為穩(wěn)定系數(shù)，一般槽底取0.9～1.0;rs為塊石容重，t/m3;r為水容重，t/m3;g為重力加速度，m/s2，取9.8。

然而，抽排方案在易貢等堰塞湖的搶險(xiǎn)效果不佳，主要有以下幾個(gè)原因：①抽排能力有限，例如25臺(tái)200m3/h抽排量的潛水泵，流量?jī)H為1.39m3/s，流量很小;②流速不大，沖走的顆粒小，固體物質(zhì)含量低。以易貢為例，水流可沖走固體物質(zhì)含量?jī)H為5%～10%，即使25臺(tái)200m3/h潛水泵不停抽排，1h僅能沖走250～500 m3固體物質(zhì)，考慮設(shè)備利用率等因素，可能沖走物質(zhì)在200m3以下，難以保證大中型堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)要求。

4搶險(xiǎn)組織

人員設(shè)備組織進(jìn)場(chǎng)方式主要有陸路、水路和空中機(jī)動(dòng)。陸路是人員設(shè)備主要的組織進(jìn)場(chǎng)方式，水路和空中運(yùn)輸是補(bǔ)充和輔助手段。

陸路主要是利用現(xiàn)有道路、改擴(kuò)建或者新建道路，以利于設(shè)備、人員、材料等進(jìn)場(chǎng)。陸路進(jìn)場(chǎng)的前提條件為：現(xiàn)有道路能夠允許人員、大型設(shè)備等通行，可直接進(jìn)場(chǎng);或在沒有現(xiàn)成道路或道路損毀的情況下，在搶險(xiǎn)時(shí)間允許、有修建或搶修擴(kuò)建條件時(shí)，可先采用陸路運(yùn)輸，可靠性較高且成本低。

水路主要是從堰塞湖上游通過浮橋、舟橋、快艇等水上工具組織人員、設(shè)備、材料等進(jìn)場(chǎng);水路進(jìn)場(chǎng)必須有水上運(yùn)輸工具，當(dāng)大型設(shè)備利用舟橋等進(jìn)場(chǎng)時(shí)，必須有相對(duì)可靠的碼頭和航道。

空中運(yùn)輸由于成本高，運(yùn)力相對(duì)有限，一般很少采用，只有當(dāng)搶險(xiǎn)時(shí)間緊迫、堰塞湖危險(xiǎn)很大，水路、陸路等無法在搶險(xiǎn)時(shí)間內(nèi)通行時(shí)采用。對(duì)于大型堰塞湖，需要采取大型直升機(jī)，如米26。但該機(jī)型在高原及在惡劣氣候條件下使用受限。對(duì)于小型堰塞湖，當(dāng)采取爆破成槽時(shí)，使用小型直升機(jī)即可運(yùn)送爆破器材、人員以及少量小型工具。

在參與搶險(xiǎn)的39個(gè)堰塞湖中，通過單一陸路組織進(jìn)場(chǎng)的有30個(gè)，單一空中運(yùn)輸6個(gè)（主要為“5·12”汶川地震時(shí)間緊，道路中斷嚴(yán)重的情況下使用），水陸運(yùn)輸2個(gè)（云南紅石巖堰塞湖和金沙江白格堰塞湖），空陸運(yùn)輸1個(gè)（“5·12”汶川地震馬鞍石堰塞湖）。5存在的問題

（1）工程搶險(xiǎn)技術(shù)研究有待加強(qiáng)。受制于交通、裝備、施工作業(yè)條件等，目前應(yīng)用較多的有效處置技術(shù)包括機(jī)械開挖泄流槽法、爆破成槽法等。引水沖刷、快速固結(jié)灌漿、軍事爆破等手段有待進(jìn)一步研究。堰塞湖的控制泄流水平仍需進(jìn)一步提高。

（2）專業(yè)隊(duì)伍少，應(yīng)急力量不足，沒有專門針對(duì)性的部署專業(yè)力量，造成災(zāi)情偵測(cè)不夠及時(shí)、處置較為滯后。

（3）應(yīng)急設(shè)備與物資儲(chǔ)備相對(duì)不足。西藏及周邊水利水電開發(fā)、交通能源等建設(shè)正穩(wěn)步推進(jìn)，但缺乏應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的專業(yè)裝備和物資基地。

（4）缺乏靈活機(jī)動(dòng)設(shè)備，具有針對(duì)性的設(shè)備研發(fā)和創(chuàng)新不夠，如在高山峽谷地區(qū)陸路不通時(shí)，設(shè)備人員進(jìn)場(chǎng)難，且沒有水陸兩棲（甚至三棲）設(shè)備或靈活機(jī)動(dòng)設(shè)備，空中運(yùn)輸力量也較為缺乏。

（5）堰塞湖潰決的精準(zhǔn)研判也有待加強(qiáng)。由于堰塞體物質(zhì)結(jié)構(gòu)成分的組成和粒徑相對(duì)復(fù)雜，科學(xué)研判時(shí)往往容易出現(xiàn)偏差，地質(zhì)建模有時(shí)不能反映真實(shí)結(jié)構(gòu)和組成，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算潰壩程度和洪峰流量的準(zhǔn)確度不高。6建議

（1）青藏高原及周邊地區(qū)要以流域?yàn)閱挝?，進(jìn)一步開展地災(zāi)隱患的調(diào)查與排查，加強(qiáng)信息化建設(shè)，加大對(duì)隱患點(diǎn)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警與預(yù)報(bào)，加強(qiáng)堰塞湖形成與處置的科學(xué)研究。

（2）青藏高原及周邊資源豐富，特別是水能開發(fā)已經(jīng)形成規(guī)?；⒘饔蚧?。在防災(zāi)減災(zāi)方面需要及時(shí)跟進(jìn)，建議以流域?yàn)閱挝?，加?qiáng)專業(yè)應(yīng)急力量建設(shè)，一旦產(chǎn)生堰塞湖，能陜速反應(yīng)與應(yīng)對(duì)。

（3）加強(qiáng)堰塞湖處置設(shè)備和技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，特別是靈活機(jī)動(dòng)的水陸兩棲設(shè)備、大型空中運(yùn)輸設(shè)備的研發(fā)。加強(qiáng)控制泄流技術(shù)研究，提高應(yīng)急處置水平。加強(qiáng)精準(zhǔn)鉆地彈研究，為精準(zhǔn)快速排險(xiǎn)提供支撐。

（4）進(jìn)一步建立健全應(yīng)急搶險(xiǎn)制度建設(shè)，以保證搶險(xiǎn)的有序指揮和組織，提高搶險(xiǎn)效率，降低搶險(xiǎn)成本。

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