枝柳線卓福隧道泥石流成災特點與減災對策

辛 彬，蘇志滿，徐林榮

(1.廣州鐵路集團公司 張家界工務段，湖南 張家界 417003;2.中南大學 土木工程學院，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，枝柳鐵路卓福隧道洞口附近的斜坡暴發了坡面泥石流。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3 m多，之后又覆蓋線路達20 m厚，長100 m余，同時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害造成鐵路行車中斷173 h 38 min，鐵路直接周轉量損失估計為104 Mt·km。

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

1 卓福隧道泥石流孕災自然環境

1.1 地質構造

卓福隧道泥石流場址位于花垣～大庸～慈利斷裂帶的東南方，綏寧～安化～益陽加里東“拼貼帶”北西之間的區域，即“揚廣地體”南東邊緣區。按變形特點應稱之為湘西加里東期逆沖褶皺變形區。主要褶皺構造有武陵山復背斜及雪峰復背斜，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，這些復背斜又由更次級的褶皺組成，多為北東向或北東東向的開闊背斜和向斜。

1.2 地層巖性

泥石流災害發生后，在失穩坡面的上方滑坡段進行鉆探，鉆孔資料揭示，表層地層為泥巖、頁巖風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巖，頁巖層節理發育，表層風化嚴重，部分破碎成碎屑或碎塊狀，灰巖節理也較發育，風化較輕，除局部含泥質外，巖質均較堅硬。巖層褶曲強烈，產狀變化較大，裂隙水發育。

由于表層巖土體結構較疏松，大氣降水易于下滲，并沿透水性相對較弱的基巖頂面流動，逐漸潛蝕、掏空基巖頂面松散物，軟化風化層底板，使堆積體失去平衡而發生滑坡、崩塌，為泥石流暴發儲備了固體物質。

1.3 地形地貌

泥石流流域山勢陡峻，呈上陡、中緩、下平的“靠椅狀”，匯水面積約為0.085 km2。上游泥石流形成區三面環山，山坡坡度31°～40°，溝谷狹窄陡峻，呈 V字型，構成一面開口的谷間盆地。坡面侵蝕及風化作用強烈，有坍塌現象，溝床上陡下緩，為松散固體物質向下運動提供了較好的勢能條件。

1.4 水文氣象

研究區降雨主要集中在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期[5]。

卓福隧道泥石流鄰近的后坪雨量站近20年的觀測資料顯示，該區域2003年的雨季后移，7月份降雨量突增，達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，7月9日降水量達440 mm，凌晨3時的降雨強度為60 mm/h，是歷史記錄最高值。7月9日的暴雨激發了卓福隧道泥石流。

2 鐵路受影響區段及泥石流暴發模式

2.1 鐵路受影響區段

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

鐵路受影響區段包括卓福隧道、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沖毀、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生堵塞現象。

2.2 泥石流暴發模式

從2003年5月份開始，研究區便發生降雨，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，到泥石流的發生，研究區持續降雨，特別是7月9日凌晨，雨量驟增，達60 mm/h。

持續性較長的降雨，容易使表層土體達到飽和，降低土體抗剪強度，并產生地下水滲流，從而形成動、靜水壓力。同時，入滲的雨水到達軟弱巖區后，將進一步軟化巖體，形成滑動帶，導致抗滑力減小。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，將使得土體穩定性逐漸下降。當降雨進入短歷時強降雨階段，雨量驟增，土體表面徑流、地下滲流同時加劇，使得土體穩定性進一步下降，從局部發生變形位移到最終發生整體破壞，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、頁巖風化物，這些風化堆積層的黏粒含量較高(約30% ～40%)，為泥石流暴發提供了較為理想的物質儲備。下伏巖層巖質較為堅硬，而且產狀變化較大。這種土巖組合情況，一般不容易發生大規模滑動破壞，更多的是局部滑動、溜塌。不過，就像卓福隧道泥石流一樣，在持續降雨和短歷時強降雨共同作用下，也有可能使表層巖土體穩定性整體下降，進而發生整體滑動。

3 應急措施

卓福隧道泥石流發生后，有關部門提出“先排險通車、后整治加固”的方針。其中排險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、抗滑樁和明洞等措施。

1)排水清道

首先排除隧道內積水和淤泥，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，同時恢復原有1.5 m涵洞，形成了一套有效的臨時排水系統。

2)減載

調集大功率挖掘機、推土機，以挖掘機自下而上開路，將坍體自上而下按1∶1.75的坡度推出斜坡(留3個平臺)，把大量余土推向鐵路左側，確保右側山體不再發生坍塌，同時疏通小河，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

減載后針對鐵路路基局部被沖毀和鋼軌懸空位移、扭曲變形的實際情況，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壓道，使該路段很快具備通車能力。

4)修建地面排水系統

在滑坡體范圍之外，設置一條截水溝，攔截旁引地表徑流，使之不流入滑坡范圍內。滑坡體內的3個平臺上修筑平行線路的排水溝，垂直線路方向修筑兩條排水溝，使坡面的水能及時排出，防止滑坡形成進而導致泥石流。

5)修建抗滑樁

在線路右側邊坡的坡腳設置一排抗滑樁，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 減災對策

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

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

根據卓福隧道泥石流應急整治的經驗，以及隧道泥石流災害應急搶險普遍存在的一些問題，建議采取以下減災對策。

1)加強隧道洞口坡面泥石流危險源的識別

卓福泥石流災害事件中，由于未能提前識別洞口處坡面危險性，未能事先采取整治措施，導致極端降雨作用下暴發泥石流，并造成鐵路交通受到嚴重的影響。

坡面泥石流的識別目前仍是一件技術難題，特別是對于一些危險性不明顯的坡面來說，識別更加困難。據工務部門數據顯示，卓福隧道泥石流暴發所在坡面近些年來并未出現過失穩或發生泥石流的跡象。但在百年一遇的極端降雨條件下，卻暴發了大型泥石流，這說明卓福隧道泥石流坡面的巖土體失穩條件較為苛刻。勘查發現，土巖界面產狀變化較大，使得巖土體交界處形成咬合式結構，不容易形成貫通的滑動帶。但在持續較長的雨水軟化作用下，土巖界面的不穩定層逐漸貫通，加之短歷時強降雨使得坡體表層土體出現較大的滲水破壞荷載和自重，最終導致整體式滑動，暴發規模較大泥石流。

實際上，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后，張家界鐵路工務段總結了卓福隧道泥石流的形成環境特征和暴發模式，并采用工程類比法的思想，對沿線坡面泥石流災害危險性的排查，取得了較為顯著的成果。

2)加強隧道遭遇泥石流災害的工程易損性評價分析

卓福隧道泥石流災害中，隧道遭受到的危害方式為掩埋，經過清方處理后，隧道很快地恢復了行車功能。此次泥石流并未對隧道本體造成破壞，而只是暫時地影響其行車功能。如果卓福隧道在遭受泥石流破壞時，隧道出現結構破壞，甚至塌陷，則泥石流危害的影響將更加巨大。因此，隧道對泥石流破壞的抵抗能力在隧道泥石流減災工作中至關重要。

文獻[4]對卓福隧道進行了泥石流災害工程易損性分析，探討了隧道選址、設計、施工、運營以及泥石流致災因子對隧道工程易損程度的影響，結果表明卓福隧道具有較高的易損性。如若在卓福隧道設計之初便進行較為詳細的易損性分析，則有望避免該災害事件的發生。加強隧道工程遭受泥石流災害的工程易損性分析，以提出針對性更強的隧道泥石流減災方案，這項工作需要在今后的隧道泥石流減災工作中予以重視。

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，是一種較好的預防措施，值得在隧道坡面泥石流災害減災工作中予以推薦。因此，對隧道洞口附近的斜坡均應加強坡面排水，特別是一些殘坡積層斜坡的坡面排水。

對于排查出的較危險斜坡，則應該采取必要的邊坡加固措施，實現減小損失于災害發生之前。邊坡加固措施形式多樣，如卓福隧道泥石流災害應急整治所采用的減載和抗滑樁措施等。

5 結論

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。因此，隧道坡面泥石流減災重點在于預防。其中坡面排水措施是一項施工難度低、工程投入少的措施，值得推薦。

2)卓福隧道泥石流暴發場址所處的斜坡，土巖界面產狀變化大，不易滑動，但在持續降雨與短暫強降雨的綜合作用下，發生了整體式滑坡，暴發規模較大。今后應重視對此類滑動模式和危險性的識別，以提前采取減災措施，避免發生重大損失。

3)進行隧道工程遭受泥石流災害的工程易損性分析，對隧道泥石流減災至關重要。今后應結合地質構造、地層地貌及水文工程地質情況加強隧道工程易損性分析，提出針對性更強的隧道泥石流減災方案。

[1]王金生.隧道泥石流的成因及防治措施研究[J].鐵道建筑，2011(5):63-65.

[2]中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0220—2006 泥石流災害防治工程勘查規范[S].北京:中國標準出版社.

[3]吳春成.鐵路風沙害、泥石流災害的綜合治理[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害的工程易損性評價[J].巖土力學，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.