礦山地質災害應急勘查與防治分析
——以旺金石業采石場西北側滑坡為例

劉 明, 艾 猛

(湖南省有色地質勘查研究院，湖南 長沙 410000)

我國約有50%的礦石產自于露天礦山[1-2]。隨著經濟社會需求量的不斷增大，礦山的開采也朝著大規模、高強度、大深度發展[3-4]，由此導致的邊坡失穩已經成為在礦山開采過程中發生頻次最高、對生產安全影響最大的災害[5-6]。因此，增強礦山地質災害的應急勘查與防治分析勢在必然。本文以旺金石業采石場西北側的滑坡為例，在分析其破壞模式以及變形機制后，基于當地水文氣象條件提出了一種兩階段的應急—治理—監測措施，對于強降雨條件下的礦山地質災害應急勘查與防治有較強的借鑒意義。

1 項目概況

旺金石業采石場西北側滑坡(以下簡稱“旺金滑坡”)位于湖南省長沙市望城區。該邊坡于2020年5月在強降雨后開始發生變形，2021年4月8日在強降雨條件下山體開始出現裂縫，滑坡滑動跡象明顯，發生了大面積垮塌，滑坡潛在危險性大，若不及時治理，將直接威脅下方礦山生產活動從業人員、流動人員約50人，東側居民房屋5棟和常住居民12人以及開采切割設備、運輸貨車、挖掘機、礦區道路、加工生產廠房以及配電線路等，潛在經濟損失約2 000萬元。該滑坡位于旺金石業有限公司采石場西北側采場邊坡，北側為湖南省烏山森林公園。地理坐標為：東經112°48′21.46″，北緯28°17′36.48″。礦山有公路直接連接黃橋大道，交通較為便利。旺金滑坡的全景俯瞰圖及威脅對象的示意圖如圖1所示。

該滑坡位于亞熱帶季風氣候區，夏熱冬冷，雨量充沛。年均降雨量1 437.4 mm，年最大降雨量為1 824.3 mm(1997年)，年最少降雨量為963.0 mm(1978年)，小時最大降雨量為65.3 mm(1985年5月5日下午3時)；降雨多集中在4—6月，占全年降雨量的50%～60%。當地的常年主導風向為北北東向。含水層由冷家溪群第一巖組板巖裂隙含水層組成，地下水主要賦存于構造裂隙及弱風化帶中。據對泉水出露標高及鉆孔水位分析，地下水位變動帶為100.5～164.2 m，變幅63.7 m，以水平運動為主。

2 滑坡坡面特征及穩定性評價

滑坡平面形態呈圈椅狀，前緣寬約200 m，后緣寬約155 m，滑坡面積約15 400 m2，滑體厚6.0～8.0 m，平均厚7.0 m，滑坡體積107 800 m3。滑坡主滑方向為137°，屬于淺層中型牽引式土質滑坡。滑坡有4個變形特征區：滑坡左中部為強變形區；滑坡右中部為弱變形區；滑坡左右兩側均有松散剝離表土堆積區。旺金滑坡的勘探線布置(1-1′～C-C′)如圖2。在天然施工工況下旺金滑坡處于不穩定的狀態。本文基于傳遞系數法，計算得出滑坡整體穩定系數在0.966～1.055之間。勘察期間根據現場觀察，天氣良好條件下滑坡前緣局部發生小范圍垮塌，故滑坡目前在降雨量較小的條件下處于欠穩定—不穩定狀態，符合滑坡現狀變形狀態。通過反演法以及室內試驗分析，旺金滑坡主要巖土體的物理力學指標見表1。

表1 旺金滑坡土體設計參數推薦值表

3 滑坡變形機制

在地形地貌方面，滑坡所處位置屬丘陵區，山脈走向NEE—SWW，西部山勢較陡，標高一般90～280 m，地形陡，坡度一般為30°～40°。礦山開采未按照開發利用方案實施，未采取自上而下的開采方式，開采過程中未對上部土質邊坡做相應有效的支護工程。滑坡體剪出口高程106～116 m，后緣高程為142～162 m，相對高差36～46 m，因而地形有利于形成滑坡。另外，該處地質體主要由含碎石的粉質黏土構成，結構性差，凝聚力小，且在礦坑中匯聚的地表水易下滲，并在下伏的全風化層處匯集，導致滑坡體飽和易形成滑坡。因礦山開采而開挖山體，改變了原始斜坡形態，形成高陡臨空面，大大增強了土體的降水入滲能力，破壞了原始邊坡的連續性，造成巖土接觸帶這一軟弱帶臨空。在暴雨條件下，地表水快速下滲，致使土體飽和，自重加大，潛在滑動面處的積水造成土體抗剪強度降低，導致滑坡失穩。

4 分期治理工程方案

根據勘查成果和前面的分析，結合滑坡的破壞模式，擬采用棄土清運+截排水溝+格構錨桿+抗滑樁+預應力錨索框架梁的多維手段對該滑坡進行治理。然而，開展滑坡防治工作時正值汛期，降雨量偏大，并且滑坡體目前處于強變形階段，為確保施工安全，減少次生災害發生的概率，本項目將滑坡治理工程分為兩期實施。一期治理工程總體布置如下：(1)清運滑坡左右邊界兩處的松散堆積體，并做好相關防護工作，避免形成二次災害；(2)在滑坡后緣的穩定區域內修筑一道截水溝，同時，對平臺進行削坡并修筑排水溝，截水溝與已有排水溝順接，形成完整的排水系統；(3)在滑坡區周圍設置位移監測系統。二期治理工程總體布置如下：(1)根據滑坡的基本特征采取分段治理，滑坡體ab段利用現有平臺采取分級削坡，坡腳修建抗滑樁。滑坡體bc段利用現有平臺采取分級削坡+預應力錨索框架梁進行支護，坡腳修建抗滑樁；滑坡體cd段利用現有平臺采取分級削坡+預應力錨索框架梁+格構錨桿進行支護，坡腳修建抗滑樁；滑坡體de段利用現有平臺采取分級削坡+預應力錨索框架梁進行支護，坡腳修建抗滑樁；滑坡體ef段采取分級削坡，坡腳修建抗滑樁；(2)為了美化環境，對格構內土質坡面采取鋪種馬尼拉草皮進行植被恢復，對削坡后的緩坡采取撒播混合灌草種子進行植被恢復。(3)建立滑坡監測系統。針對以上設計，旺金滑坡治理的工程施工布置圖如圖2所示。

圖2 旺金滑坡勘探線及工程布置

4.1 棄土清運工程

礦山開采剝離表土堆積，且未采取任何支擋防護措施。為避免對滑坡體形成加載，影響滑坡的穩定，應對滑坡左右邊界兩處松散堆積體進行清運。棄土應運至正規棄土消納場，并做好相關防護工作，避免形成二次災害。

4.2 截排水溝工程

截排水溝開挖采用人工撬挖，人工澆注混凝土，砼用攪拌機拌和。工程布置如下：在滑坡坡頂外圍設置截水溝，為排除滑坡體內地表匯水，在平臺及截水溝出口布置排水溝，排水溝出口匯入已有排水溝、池塘。截排水溝的結構設計應綜合考慮地表匯水流量、排水溝水力計算結果以及斷面情況。

4.3 格構錨桿工程

削坡采用機械施工，開挖基本成型后采用人工平整至設計坡比，然后依次進行格構梁現場支模，鋼筋制作安裝，澆注商品混凝土，錨桿采用風鉆或潛孔鉆機鉆孔，人工安裝錨桿、中壓灌漿泵灌漿的方法施工。工程布置如下：根據滑坡的基本特征及穩定性情況采取分段治理；為了美化環境和防止水土流失，在格構內采取鋪種馬尼拉草皮進行植被恢復，從而達到保護邊坡坡面的目的。

4.4 預應力錨索框架梁工程

削坡采用機械施工，開挖基本成型后采用人工平整至設計坡比，格構梁現場支模，鋼筋制作安裝，人工澆注砌混凝土，砼用攪拌機拌和。錨索采用風鉆或潛孔鉆機鉆孔，人工安裝錨索、中壓灌漿泵灌漿的方法施工。植草采用人工鋪種馬尼拉草皮。根據滑坡的基本特征及穩定性情況采取分段治理，在削坡平臺下坡面分段布置預應力錨索，以阻止樁前滑體下滑。

4.5 施工后監測工程

為了保證滑坡在工程施工過程以及運行過程中的安全，須對滑坡進行支擋結構的水平、垂直位移，坡體的位移監測，以分析其變形趨勢、運行狀態的穩定性與危險性，及時做出實時預報預警。

5 結論

(1)旺金滑坡主要是由于礦山礦業活動開挖山體形成露采坑，隨著開采的土方量不斷增大，導致土體的入滲能力增強。同時，施工過程中對坡腳的開挖使得原始邊坡失穩程度增大。在汛期連續的強降雨條件下，旺金采石場西北側邊坡最終發生滑坡。

(2)鑒于滑坡防治時期正值汛期，同時降雨量偏大，為了防止次生災害的發生，推薦采用兩階段的防治方案，其中一期應急治理工程包含棄土清運工程、截排水溝工程及坡體監測工程；二期治理工程實施格構錨桿工程、抗滑樁工程、預應力錨索框架梁工程及對治理工程的監測。