汶川512汶川大地震汶川綿竹市漢旺鎮(zhèn)沱江支流堰塞體形成條件分析

汶川512汶川大地震汶川綿竹市漢旺鎮(zhèn)沱江支流堰塞體形成條件分析

1小崗劍堰塞湖水質(zhì)生物學分析“5.12”川4號地震造成綿竹市漢旺市沱江支流綿遠河上游多個山體坍塌，形成湖泊，嚴重威脅下游人民的生活和財產(chǎn)。尤其是位于小崗劍水電站上游約300m處形成的小崗劍(上)堰塞湖,堰塞體最大高度可達70m,最大蓄水量可達1100萬m3。綿遠河上游河床來水量穩(wěn)定在15m3/s,庫容量以130萬m3/d的速度增加。堰塞湖一旦發(fā)生潰壩險情,將對下游漢旺鎮(zhèn)、綿竹市乃至德陽市沿河村鎮(zhèn)數(shù)十萬人民生命和財產(chǎn)造成巨大損失。2堰塞體地質(zhì)特征小崗劍(上)堰塞體地理位置為東經(jīng)104.13980°,北緯31.49302°。堰塞河段谷坡高陡,河谷狹窄,為典型的“V”型谷,河道流向整體呈SN向?；鶐r巖性為泥盆系唐王寨群(D3tn)厚層——巨厚層白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r,地層產(chǎn)狀N10°~20°W/NE∠70°~80°。堰塞體橫河向總體左岸低、右岸高,呈鼓丘狀橫亙在綿遠河上,地形坡度可以分為3段:左側(cè)堰體段寬約50m,地形平緩,坡度2°~5°;中間段堰體寬約120m,地形坡度18°~20°;右段堰體寬約100m,地形平緩,坡度0°~5°。堰體右岸為倒石堆和基巖岸坡。順河向下游地形坡度大約在25°~30°之間,上游地形大部分已被堰塞湖水淹沒。堰塞體總體橫河向長約250m,順河向長約300m,高約70~120m,總方量約200萬m3。堰塞體物質(zhì)組成主要為孤、塊碎石。孤石一般1~3m,最大可達10余m,約占50%;塊石一般30~60cm,約占25%;碎石一般10~20cm,約占10%;另有約占15%的礫石土等碎屑物質(zhì)充填在孤、塊碎石空隙之間。孤石主要分布在堰塞體靠左岸側(cè),塊碎石主要分布在堰塞體靠右岸側(cè)。孤、塊碎石巖性為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r,巖質(zhì)堅硬,弱風化為主。堰塞體結(jié)構(gòu)雜亂,架空明顯,原始巖體結(jié)構(gòu)已完全解體。堰塞體由右岸巖質(zhì)岸坡崩塌形成。該河段巖層層面與河谷谷坡小角度相交,基本上屬于順向谷,谷坡在地震力的作用下順層面產(chǎn)生崩塌。堰塞體后緣局部岸坡分布危巖體,垮塌和滾落不斷。該河段的左岸為崩坡積堆積體,地面植被發(fā)育,但組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,地形坡度陡,厚度較大,現(xiàn)在左岸陡壁處溢流形成的引渠對堆積體存在明顯的淘蝕作用,洪水作用下容易引發(fā)中上部失穩(wěn)。此次地震作用造成左岸山體產(chǎn)生大量碎屑流,沿堰塞體正對的山溝流動堆積在崩坡積堆積體上,在暴雨作用下極易產(chǎn)生下滑,可能堵塞溢流引渠,因此須加強該溝形成泥石流的防范工作。3施工條件(1)刀堰塞湖離子儲藏期間的道路交通小崗劍(上)堰塞體是由地震導致小崗劍右岸山體滑坡形成,在綿竹縣通往小崗劍的綿遠河河道兩側(cè)的部分道路被下游的一把刀堰塞湖淹沒,部分道路因山體滑坡已嚴重損毀,沿河兩側(cè)山體因地震而產(chǎn)生大量裂縫和不穩(wěn)定塊體,在余震和降雨時存在滑坡危險。因此在短時間內(nèi)根本無法打通到小崗劍的道路,不具備從下游至小崗劍(上)堰塞體的公路交通條件。小崗劍(上)堰塞湖的排險施工人員、設(shè)備、材料、給養(yǎng)等僅能依靠直升機空運至清平鄉(xiāng),再由清平鄉(xiāng)轉(zhuǎn)沖鋒舟水運至小崗劍(上)堰塞體。(2)現(xiàn)場安全存在許多風險堰塞體后緣局部岸坡分布危巖體,受余震影響,堰塞體兩岸山體塌方和危石滾落不斷,施工現(xiàn)場存在較大安全隱患。(3)流域成災風險綿遠河流域?qū)俦┯陞^(qū),根據(jù)漢旺場水文站觀測資料顯示,本流域目前已經(jīng)進入汛期,遇較大降水,河水起漲非常迅速,隨著水位上漲,潰壩風險增大,排險時間緊。4保險方案4.1泄流槽槽計算根據(jù)現(xiàn)場地形條件,泄流槽充分結(jié)合堰塞體低洼溝渠進行布置。綜合開槽施工工程量、搶險時間等因素,經(jīng)研究確定采用在左岸擴挖泄流槽方案,泄流槽進口底高程842.0m,底寬30m,開挖邊坡1∶2.0,泄流槽沿河長度約80m,底坡i=1%,泄流槽末端順接下游陡坡。開挖工程量約1.95萬m3。泄流槽泄流計算按堰流公式:Q=m?B?2g??√×H3/2?εQ=m?B?2g×Η3/2?ε。式中,流量系數(shù)取m=0.3,側(cè)收縮系數(shù)ε取0.928,B為泄槽寬度,Q為泄流能力,H為槽口處水頭。各級流量情況下水力計算成果如表1所列。4.2藥包鋪設(shè)、起爆由于受現(xiàn)場施工條件限制,左岸擴挖泄流槽施工采用人工裸露接觸爆破方式進行。爆破采取從堰塞體下游向上游逐步進行,層層剝離的方式。具體是首先采用爆破將左側(cè)溝槽中大石炸碎,然后是自下游向上游采用裸露接觸爆破逐步進行分層開挖剝離,總共分兩層,層厚1.5m。(1)將左岸泄流槽表面寬50m、長80m范圍內(nèi)大石炸碎(見圖1)。采用裸露接觸爆破,利用大石底部空隙和表面藥包,藥包藥量根據(jù)大石體積和藥包敷設(shè)條件而定,按單耗1.5~2.5kg/m3控制。采用1段非電毫秒雷管連網(wǎng),電雷管起爆。(2)大石炸碎后,實施第一層爆破,在泄流槽內(nèi)敷設(shè)藥包,單個藥包藥量92kg,藥包間排距2.2m,采用1段非電毫秒雷管連網(wǎng),電雷管起爆。藥包敷設(shè)盡量掏坑埋設(shè)或利用塊石間空隙埋設(shè)以改善爆破效果。(3)第一層爆破完成后,在泄流槽表層1.5m厚范圍內(nèi)巖石已全部炸碎或部分拋擲。沿泄流槽軸線區(qū)域,由于爆破作用,巖體向四周拋擲,局部已形成淺溝槽。(4)第二層爆破施工藥包布置、起爆網(wǎng)絡(luò)與第一層基本相同,但由于一次起爆藥量太大,分上下游兩個區(qū)域分別起爆,先爆下游后爆上游。由于塊體已較破碎,局部可人工掏淺坑進行埋設(shè),以改善爆破效果。(5)每層爆破完成后對泄流槽內(nèi)局部突起部位再敷設(shè)藥包進行爆破,重復進行使泄流槽底部大體平順。5施工組織5.1協(xié)調(diào)工作難度小崗劍(上)堰塞湖排險施工牽涉到水電武警、內(nèi)衛(wèi)武警、空軍直升機運輸部隊、空降兵和地方相關(guān)部門,牽涉面廣,環(huán)環(huán)相扣,協(xié)調(diào)工作難度大。在臨時應急聯(lián)合指揮部的統(tǒng)一指揮下,搶險人員和物資全部于6月8日及時順利進入施工現(xiàn)場。5.2堰頂泄流槽現(xiàn)場施工分別于6月10日20:20、6月11日11:35、19:10和6月12日10:20在堰頂泄流槽成功進行了4次裸露接觸爆破,在左岸壩頂擴挖形成一條進口寬度30m,出口寬度50m,長80m,底部平均高程約842.00m的泄流槽,泄流槽底坡i=1%。5.3加強安全管理,確保施工現(xiàn)場安全針對現(xiàn)場安全隱患多主要采取了以下幾條安全措施保證了此次排險任務的順利完成。(1)人員進場后即制定了避險安全措施和應急安全預案,并派專人組織管理,確保施工人員在緊急情況下的安全疏散和撤離。(2)組織專職安全員對現(xiàn)場重大危險源,重點是兩岸山體落石、左岸碎屑流、爆破飛石等進行觀測,確保施工過程中安全。(3)組織專人對堰前水位進行安全檢測,對堰后進行巡查,嚴密監(jiān)視管涌等險情。6堰塞體壩體設(shè)計通過大石解小爆破后泄流槽內(nèi)1m3以上大石全部成功解小,改善了過流條件,為下一步對泄流槽拋擲爆破施工減小難度。通過裸露接觸爆破后,泄流槽底部形成平順坡度,坡降達到i=1%。在堰塞體壩頂形成一條進口寬度30m,出口寬度50m,長80m,底部平均高程約842.0m的泄流槽。6月12日10:20完成最后一次爆破后,12:00泄流槽開始過流,初始下泄流量約20m3/s,隨著水流對泄流槽淘刷,泄流槽下泄流量逐漸增大,13:05當流量達到200m3/s時水流對泄流槽淘刷加劇,下泄流量進一步增大,逐漸增至3000m3/s,至15:30泄流完成,小崗劍(上)堰塞湖險情成功排除。7堰塞湖排險處理方案(1)堰塞湖排險處理要充分掌握堰塞體構(gòu)造、組成,以便制定切實可行的排險方案。充分利用堰塞湖蓄水前期對堰塞體進行現(xiàn)場勘查,了解堰塞體地質(zhì)構(gòu)造和組成,針對堰塞體結(jié)構(gòu)和組成制定排險方案,避免因方案偏差而造成潰壩或其它險情發(fā)生。(2)堰塞湖排險處理要及時。由于地震前期受交通、通信中斷影響,而不能及時掌握堰塞湖測量信息,易錯過堰塞湖處理最佳時機,使后續(xù)處理成本大大