堰塞湖應急處置施工技術概述

周志東 高靜 林振奎

摘要：近年來，我國地質災害呈多發頻發態勢。原水電部隊作為應急排險國家隊，是堰塞湖排險的專業部隊。在多次堰塞湖應急處置過程中，克服了處置時間緊、交通不便、施工環境惡劣、生活條件艱苦和施工難點較大等困難，通過翻運結合、定向爆破、抽排水沖刷等施工技術成槽，加快泄流，成功參與處置了易貢、唐家山、舟曲、清平、映秀等39座高危堰塞湖險情。根據堰塞湖施工處置實際，提出了今后需要加強搶險技術研究，專業人員、設備和物資準備和堰塞湖潰決精準研判等。

關鍵詞：應急處置;施工方法;堰塞湖;汶川地震

中圖法分類號：P315.9

文獻標志碼：A

1堰塞湖處置情況

從2000年4月至2018年11月，原武警水電部隊先后參與應急處置堰塞湖累計39個，參與了21世紀以來大多數規模較大的堰塞湖處置工作。從分布區域看，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26.5個（金沙江白格堰塞湖為西藏位于四川交界）、西藏2.5個、重慶5個、云南2個、甘肅1個。從處置時節看，多集中于5～8月份，其他時節相對較少。

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期。堰塞體堆高一般在30～70m之間（見圖2）。

2處置施工特點分析

2.1處置時間緊應急性強

堰塞湖處置的施工時間一般在10d內，極少數情況超過10d，如易貢、舟曲等堰塞湖處置時間相對較長，特別是易貢堰塞湖庫容約30億m3，處置時間超過1個月（見圖3）。

2.2交通不便人機進場不易

由于堰塞湖多數由地震、降雨、凍融等引發的滑坡或泥石流形成，地處高山峽谷，災害發生時往往道路中斷，人機進場困難。根據統計，四川汶川地震形成的34個高危堰塞湖中，只有5個堰塞湖在修筑2km以下的便道后可供大型設備進入，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期內無法修筑進場便道。

2.3施工環境危險安全風險較高

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定體，安全風險較高。特別是地震形成的堰塞湖，余震不斷，導致邊坡不穩定因素進一步增加，崩塌等災害隨時可能發生。云南魯甸地震形成的紅石巖堰塞湖，小型崩塌不斷，砸壞浮橋甲板。排險過程中還發生了一次約3000m3的崩塌，由于預報及時，沒有造成人員傷亡和設備損失。

2.4綜合保障困難生活條件艱苦

施工現場一般生活條件艱苦，食宿等綜合保障難度極大。住宿多數只能依靠帳篷，給養依靠干糧和盒飯，飲用水保障困難。

2.5堰塞體不均一施工難度大

堰塞體的物質一般與滑塌體巖性基本一致，滑坡（崩塌）運動過程中也會攜帶周邊的物質。同一堰塞體中塊石、碎石、土體等并存。堰塞體不同部位物質組成差異很大，增加了應急處置難度。

3主要工程措施

3.1翻運結合推挖成槽

對于已有道路或者應急處理時間允許范圍內能形成道路、便于大型機械裝備展開作業的情況，宜采用“翻運結合、推挖成槽”的方法，即沿設計泄流槽軸線，按照設計體型采用推土機順槽軸線向上、下游方向推渣，挖掘機翻渣或裝自卸車運輸出渣，遇到無法挖運的大孤石采用爆破解小后挖運，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、反鏟為主，其他設備為輔。

（2）安全隱患識別。要求在進場時由專業技術人員進行踏勘，對邊坡垮塌、變形、沉陷等危險源進行識別，并對搶險人員安全交底。

（3）孤石爆破解小。對塊徑大、反鏟挖掘機無法挖裝的孤石，爆破解小后挖掘機裝自卸車運輸出渣。孤石相對集中地段宜采用液壓潛孔鉆機鉆孔，孤石較少或相距較遠地段可采用小型油動空壓機配合手風鉆鉆孔，時間緊時，可采取裸露爆破。孤石爆破前必須對周邊基礎設施進行調查，做好爆破控制或制訂保護措施。

鉆孔孤石解小爆破設計參照以下主要技術參數：

孔徑D：根據實際情況可選用手持式手風鉆或液壓潛孔鉆，手風鉆孔徑一般為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，當使用液壓潛孔鉆鉆孔時取小值，使用手風鉆鉆孔時取大值;

鉆孔個數Ⅳ.鉆孔的個數視孤石的形狀、大小而定，對體積在2m3以內、近似正方體的孤石，在孤石中心部位布置一個鉆孔即可;當孤石過大或長度比差異較大，按體積算出的藥量無法裝入1個孔時，應適當增加炮眼，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計算，其中V為孤石體積;

起爆網路：同一孤石上的炮孔必須同時起爆，成群成片的孤石一般也應同時起爆，確需分段時，宜在孔內分段，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）測量放線及技術交底。測量員按照排險方案在堰塞體上放樣泄流槽軸線及邊線?，F場指揮員對參戰人員進行技術交底，明確泄流槽坡比、推挖方法及安全注意事項。

（5）推挖成槽。按照“自上而下、分段分層”順序推挖成槽。反鏟挖掘機沿槽兩側布置，相鄰兩臺設備間至少保持20m水平間距。推渣時小功率推土機在前，大功率推土機在后依次推渣。進、出口段以推為主，采用反鏟挖掘機拉槽、修坡整底，推土機接力推料;中間泄槽段以翻渣及挖運為主。對自穩性能較好或堰塞體頂部寬度大且地勢平緩地段，主要采用反鏟挖掘機翻渣，當槽深達到4～5m時，采用反鏟挖掘機接力翻渣，推土機向泄流槽兩側推平。對自穩性能較差或堰塞體頂部寬度較小地段，采用反鏟挖掘機裝自卸車出渣，反鏟挖掘機修坡整底。

（6）泄流槽防護。為防止泄流過程中泄槽進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，對下游造成次生災害，在進出口段應采用塊石、鉛絲石籠、編織袋裝土石等對泄槽底部和邊坡進行防護。①塊石加固法：過流渠底塊石加固長度為1/2渠長，在出口段進行，主要采用挖掘機鋪設，塊石最大粒徑為30cm以上，鋪設厚度2m。有條件情況下使用振動碾進行壓實。②鋼筋籠加固法：要求對下游1/3渠長渠底進行鋼筋籠加固，鋼筋籠鋪設一層，錯縫布置，鋼筋籠由人工進行碼放，填石采用反鏟進行。鋼筋籠加工同坡腳加固。③鋼（鉛）絲網加固法：渠底加固長度為1/3渠長，位置為出口段。鋼（鉛）絲網加固渠底需要用反鏟或推土機進行平整、壓實，然后鋪設土工布或彩條布，再覆蓋鋼絲網，最后用彎頭錨筋進行加固。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堆積石塊，對大塊石進行爆破解小，理順排水通道。

（8）過流預警。根據施工進度確定開始過流時間，并通知下游需要緊急撤離區域采取避險措施。泄流前要求人員、設備撤離到不受洪水、坡體垮塌、堰塞體潰壩影響的區域。

（9）泄流過程監測。加強對堰塞體泄流過程遠程監控，同時監測流量、水位、潰口演變過程，并及時反饋給相關部門或通知下游預警單位。

（10）泄流后清理。泄流結束后及時進行沿途危險源及河流、道路清理，淹沒區清理在24h內進行。

在機械選用時，應優先選用功率大的機械設備;裝載機、推土機一般在50m的運距范圍內效率較高，超出后效率偏低;設備必須合理擺布;泥石流型的堰塞湖一般只適合于挖掘機作業，由于泥石流物質承載力不夠，必要時須采取路基箱或者換填等措施。

3.2定向爆破拋擲成槽

當交通條件受限、大型機械裝備無法在相應的工程排險時間內到達堰塞體時，采用“定向爆破，拋擲成槽”法?！氨瞥刹邸奔囱卦O計泄流槽軸線布置炮孔，裝填炸藥后，利用拋擲爆破原理，將泄流槽內土石拋擲到泄流槽邊線兩側.經一次或多次爆破后形成泄流槽?；臼┕こ绦蛉缦拢?/p>

（1）布孔。測量員按照爆破設計確定的炮孔個數和間排距，在排險現場依次標出炮孔位置，并注明孔深、孔向。

（2）鉆孔。在標注好的孔位上，根據孔向要求調整好鉆桿角度，先低壓開鉆，待孔口形成后再逐步加壓鉆進，鉆至設計孔深后退出鉆桿，用標尺測量孔深，滿足設計要求后用砂袋裝土或小石塊保護好孔口。

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

（4）堵塞。裝藥后將孔內剩余的空腔部分采用粘土堵塞，并用木棍搗實?，F場無粘土時可用砂土代替，但不得有石塊。

（5）連線。根據爆破設計采用串聯或并聯方式連接起爆網路。

（6）起爆。采用擊發槍進行起爆，起爆擊發點必須設在爆破安全距離以外。

“定向爆破，拋擲成槽”法實施過程中，必須預先對高壓線、通信電纜等周邊基礎設施進行有效保護或采取控制爆破手段，防止爆破損壞。

這種技術主要適用于中小型堰塞湖，特別在已經過流情況下，對孤石等進行控制爆破，利用水流沖刷，加寬加深泄流槽，加快泄流，盡快排除險情。汶川地震有7座堰塞湖通過爆破控剖泄流進行處置，效果良好，達到了快速排險目的。

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，對微型堰塞湖進行抽排，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，采取了應急排險措施。

抽水（引水）沖刷就是利用水流帶走部分物質，形成泄流槽。依據動水中拋投料穩定計算理論算出被沖走的物質粒徑。最大物質粒徑應小于動水穩定物質粒徑：式中，d為石塊化引粒徑，m;v為流速，m/s;K為穩定系數，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效果不佳，主要有以下幾個原因：①抽排能力有限，例如25臺200m3/h抽排量的潛水泵，流量僅為1.39m3/s，流量很小;②流速不大，沖走的顆粒小，固體物質含量低。以易貢為例，水流可沖走固體物質含量僅為5%～10%，即使25臺200m3/h潛水泵不停抽排，1h僅能沖走250～500 m3固體物質，考慮設備利用率等因素，可能沖走物質在200m3以下，難以保證大中型堰塞湖應急排險要求。

4搶險組織

人員設備組織進場方式主要有陸路、水路和空中機動。陸路是人員設備主要的組織進場方式，水路和空中運輸是補充和輔助手段。

陸路主要是利用現有道路、改擴建或者新建道路，以利于設備、人員、材料等進場。陸路進場的前提條件為：現有道路能夠允許人員、大型設備等通行，可直接進場;或在沒有現成道路或道路損毀的情況下，在搶險時間允許、有修建或搶修擴建條件時，可先采用陸路運輸，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、設備、材料等進場;水路進場必須有水上運輸工具，當大型設備利用舟橋等進場時，必須有相對可靠的碼頭和航道。

空中運輸由于成本高，運力相對有限，一般很少采用，只有當搶險時間緊迫、堰塞湖危險很大，水路、陸路等無法在搶險時間內通行時采用。對于大型堰塞湖，需要采取大型直升機，如米26。但該機型在高原及在惡劣氣候條件下使用受限。對于小型堰塞湖，當采取爆破成槽時，使用小型直升機即可運送爆破器材、人員以及少量小型工具。

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

（1）工程搶險技術研究有待加強。受制于交通、裝備、施工作業條件等，目前應用較多的有效處置技術包括機械開挖泄流槽法、爆破成槽法等。引水沖刷、快速固結灌漿、軍事爆破等手段有待進一步研究。堰塞湖的控制泄流水平仍需進一步提高。

（2）專業隊伍少，應急力量不足，沒有專門針對性的部署專業力量，造成災情偵測不夠及時、處置較為滯后。

（3）應急設備與物資儲備相對不足。西藏及周邊水利水電開發、交通能源等建設正穩步推進，但缺乏應對突發事件的專業裝備和物資基地。

（4）缺乏靈活機動設備，具有針對性的設備研發和創新不夠，如在高山峽谷地區陸路不通時，設備人員進場難，且沒有水陸兩棲（甚至三棲）設備或靈活機動設備，空中運輸力量也較為缺乏。

（5）堰塞湖潰決的精準研判也有待加強。由于堰塞體物質結構成分的組成和粒徑相對復雜，科學研判時往往容易出現偏差，地質建模有時不能反映真實結構和組成，經驗模型計算潰壩程度和洪峰流量的準確度不高。6建議

（1）青藏高原及周邊地區要以流域為單位，進一步開展地災隱患的調查與排查，加強信息化建設，加大對隱患點的監測、預警與預報，加強堰塞湖形成與處置的科學研究。

（2）青藏高原及周邊資源豐富，特別是水能開發已經形成規?；?、流域化。在防災減災方面需要及時跟進，建議以流域為單位，加強專業應急力量建設，一旦產生堰塞湖，能陜速反應與應對。

（3）加強堰塞湖處置設備和技術的創新研發，特別是靈活機動的水陸兩棲設備、大型空中運輸設備的研發。加強控制泄流技術研究，提高應急處置水平。加強精準鉆地彈研究，為精準快速排險提供支撐。

（4）進一步建立健全應急搶險制度建設，以保證搶險的有序指揮和組織，提高搶險效率，降低搶險成本。

參考文獻：

[1]龐林祥，崔明.崩塌型堰塞壩形成條件與過程研究[J]水利水電快報，2018，39（6）： 1-4.

[2]姜長錄，張陶陶，柴喜洲.堰塞湖應急搶險救援機制概述[J].水利水電快報，2018，39（6）：40-42.