堰塞湖应急处置施工技术概述

周志东 高静 林振奎

摘要：近年来，我国地质灾害呈多发频发态势。原水电部队作为应急排险国家队，是堰塞湖排险的专业部队。在多次堰塞湖应急处置过程中，克服了处置时间紧、交通不便、施工环境恶劣、生活条件艰苦和施工难点较大等困难，通过翻运结合、定向爆破、抽排水冲刷等施工技术成槽，加快泄流，成功参与处置了易贡、唐家山、舟曲、清平、映秀等39座高危堰塞湖险情。根据堰塞湖施工处置实际，提出了今后需要加強抢险技术研究，专业人员、设备和物资准备和堰塞湖溃决精准研判等。

关键词：应急处置;施工方法;堰塞湖;汶川地震

中图法分类号：P315.9

文献标志码：A

1堰塞湖处置情况

从2000年4月至2018年11月，原武警水电部队先后参与应急处置堰塞湖累计39个，参与了21世纪以来大多数规模较大的堰塞湖处置工作。从分布区域看，参与处置的堰塞湖主要分布在青藏高原及周边，其中四川境内26.5个（金沙江白格堰塞湖为西藏位于四川交界）、西藏2.5个、重庆5个、云南2个、甘肃1个。从处置时节看，多集中于5～8月份，其他时节相对较少。

这些堰塞湖均属于高危堰塞湖，库容多在100万～1000万m3（见图1），且处置工作多集中在汶川地震时期。堰塞体堆高一般在30～70m之间（见图2）。

2处置施工特点分析

2.1处置时间紧应急性强

堰塞湖处置的施工时间一般在10d内，极少数情况超过10d，如易贡、舟曲等堰塞湖处置时间相对较长，特别是易贡堰塞湖库容约30亿m3，处置时间超过1个月（见图3）。

2.2交通不便人机进场不易

由于堰塞湖多数由地震、降雨、冻融等引发的滑坡或泥石流形成，地处高山峡谷，灾害发生时往往道路中断，人机进场困难。根据统计，四川汶川地震形成的34个高危堰塞湖中，只有5个堰塞湖在修筑2km以下的便道后可供大型设备进入，其他堰塞湖需要修筑的便道均为2km以上（见图4），一些堰塞湖甚至在短时期内无法修筑进场便道。

2.3施工环境危险安全风险较高

参与处置的堰塞湖均为滑坡堵江形成，滑坡（崩塌）后，存在坡面挂渣和残留的不稳定体，安全风险较高。特别是地震形成的堰塞湖，余震不断，导致边坡不稳定因素进一步增加，崩塌等灾害随时可能发生。云南鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖，小型崩塌不断，砸坏浮桥甲板。排险过程中还发生了一次约3000m3的崩塌，由于预报及时，没有造成人员伤亡和设备损失。

2.4综合保障困难生活条件艰苦

施工现场一般生活条件艰苦，食宿等综合保障难度极大。住宿多数只能依靠帐篷，给养依靠干粮和盒饭，饮用水保障困难。

2.5堰塞体不均一施工难度大

堰塞体的物质一般与滑塌体岩性基本一致，滑坡（崩塌）运动过程中也会携带周边的物质。同一堰塞体中块石、碎石、土体等并存。堰塞体不同部位物质组成差异很大，增加了应急处置难度。

3主要工程措施

3.1翻运结合推挖成槽

对于已有道路或者应急处理时间允许范围内能形成道路、便于大型机械装备展开作业的情况，宜采用“翻运结合、推挖成槽”的方法，即沿设计泄流槽轴线，按照设计体型采用推土机顺槽轴线向上、下游方向推渣，挖掘机翻渣或装自卸车运输出渣，遇到无法挖运的大孤石采用爆破解小后挖运，快速形成泄流槽。该方法主要施工过程为。

（1）道路疏通。主要以推土机、反铲为主，其他设备为辅。

（2）安全隐患识别。要求在进场时由专业技术人员进行踏勘，对边坡垮塌、变形、沉陷等危险源进行识别，并对抢险人员安全交底。

（3）孤石爆破解小。对块径大、反铲挖掘机无法挖装的孤石，爆破解小后挖掘机装自卸车运输出渣。孤石相对集中地段宜采用液压潜孔钻机钻孔，孤石较少或相距较远地段可采用小型油动空压机配合手风钻钻孔，时间紧时，可采取裸露爆破。孤石爆破前必须对周边基础设施进行调查，做好爆破控制或制订保护措施。

钻孔孤石解小爆破设计参照以下主要技术参数：

孔径D：根据实际情况可选用手持式手风钻或液压潜孔钻，手风钻孔径一般为38mm，液压潜孔钻孔径为90mm;

装药直径d：常用32管装乳化炸药;

最小抵抗线W：通常取W=B/2，其中B为孤石厚度;

钻孔深度L：一般取L=（1/2～2/3）B，当使用液压潜孔钻钻孔时取小值，使用手风钻钻孔时取大值;

钻孔个数Ⅳ.钻孔的个数视孤石的形状、大小而定，对体积在2m3以内、近似正方体的孤石，在孤石中心部位布置一个钻孔即可;当孤石过大或长度比差异较大，按体积算出的药量无法装入1个孔时，应适当增加炮眼，使药量分布均匀;

钻孔间（排）距a：取a=（0.8～1.2）W，硬岩取小值，软岩取大值，可采用方形布孔。

炸药单耗q：孤石爆破临空面较多，单耗一般较低，根据岩石情况，一般取q=（0.1～0.2） kg/m3，硬岩取大值，软岩取小值;

单孔装药量Q：按式Q=q V/N计算，其中V为孤石体积;

起爆网路：同一孤石上的炮孔必须同时起爆，成群成片的孤石一般也应同时起爆，确需分段时，宜在孔内分段，不宜在孔外采用2段以上非电毫秒雷管接力的方式分段。

（4）测量放线及技术交底。测量员按照排险方案在堰塞体上放样泄流槽轴线及边线。现场指挥员对参战人员进行技术交底，明确泄流槽坡比、推挖方法及安全注意事项。

（5）推挖成槽。按照“自上而下、分段分层”顺序推挖成槽。反铲挖掘机沿槽两侧布置，相邻两台设备间至少保持20m水平间距。推渣时小功率推土机在前，大功率推土机在后依次推渣。进、出口段以推为主，采用反铲挖掘机拉槽、修坡整底，推土机接力推料;中间泄槽段以翻渣及挖运为主。对自稳性能较好或堰塞体顶部宽度大且地势平缓地段，主要采用反铲挖掘机翻渣，当槽深达到4～5m时，采用反铲挖掘机接力翻渣，推土机向泄流槽两侧推平。对自稳性能较差或堰塞体顶部宽度较小地段，采用反铲挖掘机装自卸车出渣，反铲挖掘机修坡整底。

（6）泄流槽防护。为防止泄流过程中泄槽进出口段在高速水流作用下快速垮塌造成堰体溃决形成泥石流，对下游造成次生灾害，在进出口段应采用块石、铅丝石笼、编织袋装土石等对泄槽底部和边坡进行防护。①块石加固法：过流渠底块石加固长度为1/2渠长，在出口段进行，主要采用挖掘机铺设，块石最大粒径为30cm以上，铺设厚度2m。有条件情况下使用振动碾进行压实。②钢筋笼加固法：要求对下游1/3渠长渠底进行钢筋笼加固，钢筋笼铺设一层，错缝布置，钢筋笼由人工进行码放，填石采用反铲进行。钢筋笼加工同坡腳加固。③钢（铅）丝网加固法：渠底加固长度为1/3渠长，位置为出口段。钢（铅）丝网加固渠底需要用反铲或推土机进行平整、压实，然后铺设土工布或彩条布，再覆盖钢丝网，最后用弯头锚筋进行加固。加固施工方法同坡脚加固。

（7）下游过水通道疏通。主要用反铲挖除沟内堆积石块，对大块石进行爆破解小，理顺排水通道。

（8）过流预警。根据施工进度确定开始过流时间，并通知下游需要紧急撤离区域采取避险措施。泄流前要求人员、设备撤离到不受洪水、坡体垮塌、堰塞体溃坝影响的区域。

（9）泄流过程监测。加强对堰塞体泄流过程远程监控，同时监测流量、水位、溃口演变过程，并及时反馈给相关部门或通知下游预警单位。

（10）泄流后清理。泄流结束后及时进行沿途危险源及河流、道路清理，淹没区清理在24h内进行。

在机械选用时，应优先选用功率大的机械设备;装载机、推土机一般在50m的运距范围内效率较高，超出后效率偏低;设备必须合理摆布;泥石流型的堰塞湖一般只适合于挖掘机作业，由于泥石流物质承载力不够，必要时须采取路基箱或者换填等措施。

3.2定向爆破抛掷成槽

当交通条件受限、大型机械装备无法在相应的工程排险时间内到达堰塞体时，采用“定向爆破，抛掷成槽”法。“爆破成槽”即沿设计泄流槽轴线布置炮孔，装填炸药后，利用抛掷爆破原理，将泄流槽内土石抛掷到泄流槽边线两侧.经一次或多次爆破后形成泄流槽。基本施工程序如下：

（1）布孔。测量员按照爆破设计确定的炮孔个数和间排距，在排险现场依次标出炮孔位置，并注明孔深、孔向。

（2）钻孔。在标注好的孔位上，根据孔向要求调整好钻杆角度，先低压开钻，待孔口形成后再逐步加压钻进，钻至设计孔深后退出钻杆，用标尺测量孔深，满足设计要求后用砂袋装土或小石块保护好孔口。

（3）装药。将炸药按爆破设计确定的数量用胶带捆紧，插入雷管后装入孔内。不需分段时，在孔内装同一段位的非电雷管;需要分段时，可在孔内装不同段位的非电毫秒雷管。

（4）堵塞。装药后将孔内剩余的空腔部分采用粘土堵塞，并用木棍捣实。现场无粘土时可用砂土代替，但不得有石块。

（5）连线。根据爆破设计采用串联或并联方式连接起爆网路。

（6）起爆。采用击发枪进行起爆，起爆击发点必须设在爆破安全距离以外。

“定向爆破，抛掷成槽”法实施过程中，必须预先对高压线、通信电缆等周边基础设施进行有效保护或采取控制爆破手段，防止爆破损坏。

这种技术主要适用于中小型堰塞湖，特别在已经过流情况下，对孤石等进行控制爆破，利用水流冲刷，加宽加深泄流槽，加快泄流，尽快排除险情。汶川地震有7座堰塞湖通过爆破控剖泄流进行处置，效果良好，达到了快速排险目的。

3.3抽排水与抽水（引水）冲刷成槽

抽排水适合于库容小、入库流量低的情况，对微型堰塞湖进行抽排，确保抽排量和渗漏量之和大于入库流量，如重庆鸡尾山滑坡形成了微型堰塞湖，为了防止水渗入矿道，采取了应急排险措施。

抽水（引水）冲刷就是利用水流带走部分物质，形成泄流槽。依据动水中抛投料稳定计算理论算出被冲走的物质粒径。最大物质粒径应小于动水稳定物质粒径：式中，d为石块化引粒径，m;v为流速，m/s;K为稳定系数，一般槽底取0.9～1.0;rs为块石容重，t/m3;r为水容重，t/m3;g为重力加速度，m/s2，取9.8。

然而，抽排方案在易贡等堰塞湖的抢险效果不佳，主要有以下几个原因：①抽排能力有限，例如25台200m3/h抽排量的潜水泵，流量仅为1.39m3/s，流量很小;②流速不大，冲走的颗粒小，固体物质含量低。以易贡为例，水流可冲走固体物质含量仅为5%～10%，即使25台200m3/h潜水泵不停抽排，1h仅能冲走250～500 m3固体物质，考虑设备利用率等因素，可能冲走物质在200m3以下，难以保证大中型堰塞湖应急排险要求。

4抢险组织

人员设备组织进场方式主要有陆路、水路和空中机动。陆路是人员设备主要的组织进场方式，水路和空中运输是补充和辅助手段。

陆路主要是利用现有道路、改扩建或者新建道路，以利于设备、人员、材料等进场。陆路进场的前提条件为：现有道路能够允许人员、大型设备等通行，可直接进场;或在没有现成道路或道路损毁的情况下，在抢险时间允许、有修建或抢修扩建条件时，可先采用陆路运输，可靠性较高且成本低。

水路主要是从堰塞湖上游通过浮桥、舟桥、快艇等水上工具组织人员、设备、材料等进场;水路进场必须有水上运输工具，当大型设备利用舟桥等进场时，必须有相对可靠的码头和航道。

空中运输由于成本高，运力相对有限，一般很少采用，只有当抢险时间紧迫、堰塞湖危险很大，水路、陆路等无法在抢险时间内通行时采用。对于大型堰塞湖，需要采取大型直升机，如米26。但该机型在高原及在恶劣气候条件下使用受限。对于小型堰塞湖，当采取爆破成槽时，使用小型直升机即可运送爆破器材、人员以及少量小型工具。

在参与抢险的39个堰塞湖中，通过单一陆路组织进场的有30个，单一空中运输6个（主要为“5·12”汶川地震时间紧，道路中断严重的情况下使用），水陆运输2个（云南红石岩堰塞湖和金沙江白格堰塞湖），空陆运输1个（“5·12”汶川地震马鞍石堰塞湖）。5存在的问题

（1）工程抢险技术研究有待加强。受制于交通、装备、施工作业条件等，目前应用较多的有效处置技术包括机械开挖泄流槽法、爆破成槽法等。引水冲刷、快速固结灌浆、军事爆破等手段有待进一步研究。堰塞湖的控制泄流水平仍需进一步提高。

（2）专业队伍少，应急力量不足，没有专门针对性的部署专业力量，造成灾情侦测不够及时、处置较为滞后。

（3）应急设备与物资储备相对不足。西藏及周边水利水电开发、交通能源等建设正稳步推进，但缺乏应对突发事件的专业装备和物资基地。

（4）缺乏灵活机动设备，具有针对性的设备研发和创新不够，如在高山峡谷地区陆路不通时，设备人员进场难，且没有水陆两栖（甚至三栖）设备或灵活机动设备，空中运输力量也较为缺乏。

（5）堰塞湖溃决的精准研判也有待加强。由于堰塞体物质结构成分的组成和粒径相对复杂，科学研判时往往容易出现偏差，地质建模有时不能反映真实结构和组成，经验模型计算溃坝程度和洪峰流量的准确度不高。6建议

（1）青藏高原及周边地区要以流域为单位，进一步开展地灾隐患的调查与排查，加强信息化建设，加大对隐患点的监测、预警与预报，加强堰塞湖形成与处置的科学研究。

（2）青藏高原及周边资源丰富，特别是水能开发已经形成规模化、流域化。在防灾减灾方面需要及时跟进，建议以流域为单位，加强专业应急力量建设，一旦产生堰塞湖，能陕速反应与应对。

（3）加强堰塞湖处置设备和技术的创新研发，特别是灵活机动的水陆两栖设备、大型空中运输设备的研发。加强控制泄流技术研究，提高应急处置水平。加强精准钻地弹研究，为精准快速排险提供支撑。

（4）进一步建立健全应急抢险制度建设，以保证抢险的有序指挥和组织，提高抢险效率，降低抢险成本。

参考文献：

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