泥石流安全監測設計方法研究

劉　品　劉宏力　吁　燃　胡興堯

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

泥石流安全監測設計方法研究

劉品劉宏力吁燃胡興堯

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要由于云貴川地區地形地貌的特殊性，在雨水充沛的季節，極易發生泥石流和滑坡等地質災害，造成下游地區居住人群生命財產安全隱患，因此做好安全監測設計工作，對地質災害做到提前預警極其重要。中文以某工程潛在地質災害及其處理措施的安全監測為例，進行了泥石流安全監測設計方法的探討。

關鍵詞泥石流監控設計

泥石流是指在山區或者其他溝谷深壑、地形險峻的地區，因為暴雨、暴雪或其他自然災害引發的山體滑坡并攜帶有大量泥沙，以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性，以及流速快、流量大、物質容量大和破壞力強等特點，發生泥石流常常會沖毀公路、鐵路等交通設施甚至村鎮等，造成巨大損失。泥石流的發生機理非常復雜，其內因與地質構造和地殼運動有關，還與產生外力作用的降雨量、融雪量，以及由此產生的地下水位的變化，構成滑動面的土質的抗剪強度等有關[1]。在采取減輕或避防泥石流災害的工程措施的同時，必須做好泥石流的安全監測工作，對泥石流的發生做好預報預測，給防災應急預留足夠的反應時間。本文針對泥石流的防治及安全監測設計的問題，以貴州省某工程為例進行了詳細介紹，可為同類工程提供參考。

1工程概況

某工程位于貴州省西南部，主要進行場平及營地的建設。營地及邊坡布置約450m×200m(長×寬)，大部分坐落在砂、卵礫石組成的河床沖積體上，工程邊坡整體高度達40～50m，為覆蓋層(沖積物和堆積物)邊坡。后側基巖邊坡自然坡度45°左右，邊坡整體穩定，但邊坡巖體節理、裂隙發育，卸荷強烈，邊坡表層形成的滾石和坡面碎屑流對下方營地安全構成一定威脅。

營地后緣泥石流溝由于地質構造作用，在地貌上屬切割強烈的地區，溝谷發育受流水侵蝕影響強烈，山坡地勢陡峭，使得泥石流溝谷具有較大的高差、溝道坡降大，為泥石流的運動提供了足夠的勢能。同時，溝道兩岸山坡下切作用明顯，溝道內陡峻的地形為泥石流發育提供了有利的動力條件。

2工程治理措施

泥石流綜合治理措施主要有3種：山坡整治、溝谷整治和堆積區整治[2]。該泥石流溝屬于暴雨型泥石流溝，歷史暴發的泥石流主要為粘性泥石流。經分析研究，泥石流的沖積物將對營地局部地段造成沖擊和淤埋危害，且場地后緣基巖邊坡巖體風化碎裂嚴重，岸坡溝槽發育坡面泥石流。因此防治區主要位于場地后緣邊坡及沖溝口部位，主要防治措施如下。

(1) 利用天然溝槽和人工開挖，沿營地后緣修建排導溝和排導槽，將泥石流引導至營地開挖邊坡的范圍之外，減少泥石流對營地的影響。

(2) 在河床邊坡切角部位布置抗滑樁，防止河流對營地基礎的沖刷和掏空，對營地的穩定性進行保護。

3監測設計

3.1監測重點

本工程安全監測內容為營地場平施工及營地使用期間的相關建筑物的安全情況監測，結合營地邊坡地質地形情況及周邊自然條件分析，監測重點主要為場地邊坡監測和泥石流預報監測。

(1) 場地邊坡整體高度較大，且為覆蓋層邊坡，在暴雨沖刷、人工開挖切腳和場地用水影響下，易引起工程邊坡失穩，危及建筑物及人身安全，因此該邊坡為安全監測的重點。

(2) 營地整體位于泥石流堆積扇上，其后緣發育泥石流沖溝，場地整體穩定性受沖溝的影響較大。泥石流溝位于營地后緣偏南西側，其溝口直對營地南西邊緣，在50年和100年一遇的泥石流危險范圍中，泥石流的沖積物將對營地局部地段產生沖擊和淤埋危害，因此泥石流溝的預報監測是安全監測的重點。

3.2監測設計

(1) 邊坡監測。按照“全面兼顧，選取規模較大邊坡”的原則，布設5個監測斷面，在南側邊坡布置1個斷面，在后側邊坡布置3個斷面，在北側邊坡布置1個斷面，采用表面觀測墩、多點位移計和測斜管相結合的方法對邊坡進行變形監測；另外在南側邊坡、后邊坡及北側邊坡各選取1個監測斷面，對暴雨后邊坡內水位進行監測，采用水位孔內安裝滲壓計的方式進行監測；同時在營地對面山坡設工作基點，采用前方交會法對邊坡表面觀測墩進行觀測。

(2) 泥石流監測。泥石流的形成需要有水源和物源2個條件，根據泥石流發生的條件和機理設置泥石流預報監測項目。

①水源觀測。降雨對泥石流而言，是重要的外因[3]。采用自記雨量計分別在營地和泥石流沖溝物源區布置1套自記雨量計，對降雨量進行監測，雨量計需具有雨量智能采集和數據遠距離傳輸功能。

②物源觀測。采用常規地形測量儀器在每年汛期前后對泥石流溝進行地形地貌測量，測量崩塌、滑坡的長、寬、厚和體積，以此推斷物源區的變形情況。

③泥石流觀測。根據泥石流在形成和運動過程的聲發射信號中有次聲成分(其他為可聞聲和地聲)，這種次聲稱為確定性信號，速度約為340m/s，遠大于泥石流的10m/s運動速度，以空氣為介質傳遞，幾乎不衰減，在營地的測站內安裝1臺泥石流次生波報警器，報警器能在泥石流到達之前率先捕捉到它的次聲信號，并在10km以外的泥石流源區發生泥石流時發出警報，避免重大人身傷亡和經濟損失。

同時在喇叭口后的泥石流溝、排導槽沿線設3個監測斷面，分別布置1臺超聲波泥位計對斷面泥石流的淤積情況和泥石流發生時的流量進行監測；在泥石流溝安裝2只泥水位報警探頭，當泥石流超過漿砌石擋墻時，及時發出警報，提醒人員離開危險區域或作好防災準備。

④視頻監控系統。除采用儀器觀測外，在泥石流物源區沖溝兩側易發生泥石流的部位布置2臺遠程視頻監控設備，在靠近營地的排導槽部位布置2臺遠程視頻監控設備，實時采集現場視頻信號傳輸到監控中心。系統具備晝夜可視功能，中心監控平臺結合遠端監控設備及時抓拍滑坡體移動變化情況。

儀器監測應設立監控室和相應的硬件、軟件，各種監測儀器信號均傳輸至監控室后實時處理分析，并配備相關的預警、報警系統。

(3) 抗滑樁監測。為確保東側邊坡頂部的營地施工和運行安全，設計采用抗滑樁的方式進行加固。為了解抗滑樁的受力情況，選取5根抗滑樁采用鋼筋計進行監測。每根抗滑樁上布置4支鋼筋計，共20支鋼筋計。監測布置見圖1。

圖1　監測布置圖

4結語

(1) 根據營地邊坡安全的重要性、規模及地質地形情況，為避免和減少泥石流及工程邊坡失穩對營區內人員生命和財產安全造成的危害，對營地邊坡及泥石流進行監測是十分必要的。

(2) 在泥石流安全監測儀器選用時，應考慮監測數據測讀的及時性，并預留盡量多的應急措施反應時間。

(3) 在采用電子儀器進行安全監測的同時，應結合人工觀測，定期對泥石流物源區進行檢查，在雨后應加強巡視檢查，發現情況及時報告。

(4) 需建立專門泥石流預報及報警巡視檢查機構、規章制度、配置必要的工具和設施，并制定泥石流應急搶險預案。

參考文獻

[1]張沅.遙感技術在泥石流預報中的作用[J].鐵路航測，1982(3):17-20.

[2]崔鵬.我國泥石流防治進展[J].中國水土保持科學，2009(5):7-13.

[3]崔鵬，劉世建，譚萬沛.中國泥石流監測預報研究現狀與展望[J].自然災害學報，2000(2):10-15.

收稿日期：2014-11-05

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.025