青川堰塞湖应急排险施工组织及管理

摘 要：本文介绍了青川县境内青竹江和红石河流域由于四川汶川“5.12”大地震形成的东河口、红石河、石板沟等三个主要堰塞湖的位臵、形体特征、地质构成情况，分析了三个堰塞湖应急排险处理的难点、特点，重点总结了三个堰塞湖处理过程的施工方法、现场组织协调、资源配臵等情况，供以后进行类似的应急处理施工参考。

关键词：堰塞湖 排险 施工

2008年5月12日14时28分，四川汶川地区发生了8.0级特大地震，这次地震是新中国成立以来破坏性最大的一次地质灾害，涉及范围超过唐山地震。本次地震不仅造成了大量人员伤亡及建筑物严重破坏，而且由于山体滑坡堵塞河道而形成了众多具有较大威胁的堰塞湖，如何及时而快速、有效地处理好这些堰塞湖，以减轻对上下游的威胁，是抗震救灾中一项重要的工作。

1 概述

受5月12日汶川地震影响，青川县关庄境内的青竹江干流的石板沟、东河口处形成了两个堰塞湖，支流红石河形成了另一个堰塞湖。东河口至关庄10km，石板沟堰塞湖距东河口约3公里，红石河堰塞湖紧临东河口堰塞湖，实际由一处山体崩裂而成的两座堰塞湖。

1.1石板沟

石板沟堰塞湖堰体高约75m、宽450m、顺河长度800m、堰体积约1500万m3、蓄水量约1100万m3。堰塞体地层为第四系全新统崩塌堆积物，主要由河流右岸产生崩滑所致，最大塌高达250m，堰体形态为左低右高，主要以块石骨架为主，大部分块石直径1～3m。该堰塞湖控制集雨面积1140km2，多年平均降雨1100mm，常年洪水流量1630m3/s。

1.2红石河

红石河堰塞湖堰体高约50m、宽200m～300m、顺河长度400m、蓄水量约200万m3，堰体地层为第四系全新统崩塌堆积物，结构为块石夹粘土，以块石为主。东河口及红石河堰体积约1200余万m3。红石河堰体控制集雨面积70Km2，多年平均降雨1100mm，常年洪水流量152m3/s。

1.3东河口

东河口堰塞湖堰体高约20m、宽350m、顺河长度750m、蓄水量约300万m3，堰体主要为坡积物，粘土夹块碎石、块径30cm～50cm，个别1.5m以上。东河口堰体控制集雨面积1220km2，多年平均降雨1100mm，常年洪水流量1690m3/s。

2 排险设计方案 2.1设计原则

本次堰塞湖排险工程设计是在时间紧迫、情况复杂多样、资料缺乏的情况进行的，坚持的是迅捷高效、安全可靠的原则，贯彻的是“边设计、边施工、边完善”的设计方针。青川县石板沟等三个主要堰塞湖的应急排险处理按照要求必须在5月30日至6月10日期间完成。

2.2总体方案

由于三个主要堰塞湖在处理之前已经处于自然溢流状态，为彻底解除威胁，在自然溢流状态采用挖宽挖深的方案是迅捷、高效且较安全可靠的施工方案。

2.3处理顺序

由于至石板沟堰塞湖的交通公路被下游东河口堰塞湖淹没（长3.0km，最大淹没深度3～5m），必须首先对东河口堰塞湖进行施工泄流，以保证石板沟堰塞湖的交通通道顺畅。同时东河口堰体也堵塞了红石河堰塞湖的泄流，因此必须先对东河口堰塞体进行清理才能保证红石河堰塞湖的泄流。

2.4泄水道设计 2.4.1东河口

东河口堰塞湖蓄水量约300万m3，经计算分析设计泄水道底宽30m、边坡1:2。泄水道分两期开挖：一期设计过流量90～100m3/s，开挖底宽5m、边坡1:2，溢流水深4m；二期设计过流量800m3/s，泄水道底宽扩挖至30m、边坡1:2，溢流水深5m。整个堰塞体设计开挖工程量约为19万m3。

2.4.2石板沟

石板沟堰塞湖蓄水量约1100万m3，设计泄水道底宽26m、边坡1:2。泄水道分两期开挖：一期开挖设计过流量90～100m3/s，泄流渠底宽5m、边坡1:2，溢流水深4m；二期开挖设计过流量700m3/s，泄流渠底宽扩至26m、边坡1:2，溢流水深8m。设计开挖量为7万余m3。

2.4.3红石河

红石河堰塞湖蓄水量约100万m3，设计泄水道底宽5m、边坡1:2，溢流水深5m。泄水道开挖一期完成，开挖设计过流量100m3/s。设计开挖量为5万余m3。

3施工难点及特点 3.1 内外交通受阻

堰塞湖排险处理施工对外交通不畅，从关庄镇至东河口堰塞湖道路塌方严重，受余震及暴雨影响，道路经常中断，需经常维护才可满足施工；至石板沟道路被东河口堰塞湖水淹没，无法利用原交通道路进行该堰塞体的施工，必须新修应急道路。

3.2 需在动水中施工

由于三个堰塞湖库水已满且已处于自然溢流状态，施工机械需在有水状态下作业，且要求水流流速小于2m/s；由于堰体结构松散，分层开挖不宜大于1.5m，因此，施工难度大。

3.3 时间紧，任务重

工程量大，三堰塞体设计开挖总量约35万m3，考虑到开挖料的多次转运因素，因此必须要在10天的时间内完成开挖约50万m3，如此大的劳动强度，除雨天之外，基本都要求24小时连续作业。

3.4 挖运方法受限

堰塞体受不同地质环境的影响，其颗粒结构组成也有所不同，主要有细粒料、块石料以及混合型三个类型，不同类型的堰塞体其开挖方法受到限制。以细粒料为主的堰塞体，如东河口，采用常规的开挖、运输、推运方式难以胜任应急排险工作要求，只能以挖掘机挖运为主，采用挖掘机接力方式将土石方转移到合适地点。以大块石为主的堰塞体，如石板沟，以爆破为主；结合施工现场条件，在对比分析钻孔爆破与其他爆破方式上，选择挖孔埋药或裸爆的方式，但这种爆破方法炸药单耗大、爆破作业危险性大。

3.5 安全压力大，后勤保障困难

受地震影响，堰塞湖处理工作是在余震不断、山体时有塌滑、道路时常中断的情况下进行的，因此施工安全压力特别大，后勤保障相当困难。

4 施工组织及管理

青川石板沟等三个主要堰塞湖中，石板沟的危险等级为高危，其他两个堰塞湖为中危，但要处理好石板沟，必须协调其他两个堰塞湖的处理。

4.1组织机构

为了确保青川堰塞处理工作的顺利进行，成立了青川堰塞湖抢险突击队，明确了具体责任人，设臵了相关责任小组，具体负责堰塞湖处理工作的组织指挥及对内对外协调。

4.2资源投入

通过对现场的多次现场踏勘，对原设计进行了优化，劳动力高峰期投入170余人，施工机械和后勤保障等设备投入20余台套。

4.3施工方案及其优化 4.3.1初步施工方案

石板沟堰塞湖位于青竹江东河口堰塞湖的上游3km处，湖水已淹没原有道路的进口处，且红石河下泄的河水也阻挡了重型施工设备进入，尽管石板沟为高危，但由于交通阻断，基本上难有作为。红石河与东河口基本上连成一体，如首先处理红石河，一是下泄水流将冲毁石板沟的进场道路，并形成淤积，施工设备将更难进入；二是红石河下泄的湖水将短期雍高东河口堰塞湖水位，致使东河口处理难度加大。鉴于此，通过全面综合考虑，结合人员设备投入，将青川县堰塞湖处理工作分为三阶段进行。

第一阶段，先进行东河口堰塞体处理。施工控制工期为5月29日至6月5日。 第二阶段，待东河口水位下降后，露出原有公路，施工设备进入石板沟排险。施工时段是6月5日至6日；

第三阶段，将石板沟人员、设备退出后，进行红石河河口开挖，所有施工任务完成。施工时段是6月7日至10日

4.3.2施工方案的优化

通过对现场的勘察分析以及和设计相关方进行协商，将施工一二期分期开挖全部统一为一次性边拓宽同时加深的开挖方法，同时在原设计断面的基础上进行了优化，施工工区划分为两区：东河口区与石板沟区。

在施工过程中，东河口的泄水道开挖达到要求后，在最初时间内水位下降较快，但随着水位的降低，水位下降的速度却不是很理想。如泄水道施工完成当天，即5月30日当天的水位下降达到60cm，下泄流量最大达到41m3/s，水位下降明显，但5月31日水位下降速度却明显变慢，按当时实际速度测算，如果要达到原交通公路露出水面至少需要一周左右的时间，况且还需处理原公路淤泥及塌滑体，以

及解决上石板沟堰体的交通等问题。在此情况下，如果按原方案进行，一是无法在规定时间内或提前进入石板沟堰塞体的施工，二是对经过长时间浸泡的道路进行清淤等处理需要较长时间，方可满足施工机械的安全出入。

鉴于此，通过现场多次勘察，红石河自然溢流道尾部有部分淹没的红光小学和民房的无人废墟，通过一定的整治措施可供履带式施工机械通行，如此只需新修约800m道路即可接上原公路交通，机械采取边探边填石的方式涉水过河，解决了石板沟大型施工机械的进场问题。在原始公路与上堰体顶交通上，针对现场具体实际采取了“内侧绕行，挖填结合、以填为主，满足履带机械通行为主”的应急修路原则。在施工过程中，经与设计单位现场研究，在原设计分两期开挖的基础上进行优化，改为一次性边拓宽边加深的方法进行施工，有效地加快的施工速度。在具体的开挖方法上又进行了局部调整。

4.4 施工开挖方法

在堰塞体应急排险施工过程中，我们总结出了“由远及近、先下游再上游，先疏通引流再逐步扩大溃口”、“先后部开挖成型，进口一次爆破完成”、“粗挖由下至上、清理由上至下”等开挖泄水道的原则，确保土石方开挖作业顺利进行。

4.4.1东河口堰塞湖

东河口堰塞湖有两个堰塞体，上游堰塞体较小，但右侧的堆积体较高，土方挖运方量较大；下游堰塞体挖除方量较大，且为碎石土，经水浸泡后成为类似泥石流的软弱质土，重型设备施工困难，水下作业量大。湖左侧自然溢流口处下游约50米处有一冲积松散物自然形成的堆积体。河道两侧的堆积物高度约2～3米，现有自然下泄流量难以扩大缺口，是制约东河口堰塞湖下泄流量的最大瓶颈。

图 2 东河口堰塞湖排险前全貌

施工开挖方法：首先将溃口右侧的超出水面1m且在自然溢流道沿线20m范围内的堆积体进行清运；其次，对溢流道附近经水浸泡后的软弱质堰塞体回填块石以修筑施工操作平台；第三，沿线布臵挖掘机进行挖除作业，并将道路逐步向外侧移设；第四，在每一堰塞体至少布臵一台长臂挖掘机，沿河从下游向上游挖深过流断面；第五，在开挖泄水道沿线每50～100m布臵一台挖掘机，采取截弯取直的方法将右岸的堰塞体按4米宽的条带从下游挖向上游，同时配一至两台挖掘机进行接力将石碴挖运至设计位臵；第六，由长臂挖掘机对已挖断面进行加宽加深工作。

4.4.2红石河堰塞湖

根据现场实际情况，堰塞湖自然漫顶之后在湖左侧形成一约10米宽的溃口，由于红石河堰水面较东河口堰水面高出约３０米，水流落差大，并已对左侧山体形成冲刷。

图3 红石河堰塞湖排险前泄水道上段图

根据地形，将该堰塞体分成上下两段，施工主要采取挖掘机进行开挖转运作业。上段沿水流开挖泄水道，下段为减少对左侧山体造成的冲刷，避免造成新的塌方。下段为在塌方堆积体上以干地施工方法开挖的一条底宽5m深5m（渠边坡1:2）泄水明渠。上段主要对溃口及水流沿线部位进行加宽加深处理，以增加下泄水量，达到降低湖面水位的目的。开挖方法是：先暂保留进水口15m范围的堆积

体，对其他堆积体采用与东河口相同的方法按设计断面进行泄水道的挖除，待完成后，再对进水口未挖除部分实施爆破。

4.4.3石板沟堰塞湖

该堰塞湖是三个堰塞湖中危险等级最高的一个，属于高危，同时由于堰塞体主要以大块石为主且施工场地受限，也是施工难度最大的。

根据该堰塞体特点，将开挖进行分段、分块。首先，清除自然溢流道过流断面内的孤石，改善自然溢流道水流状态；其次，将进水口附近长50m宽20m范围实施裸爆和水下爆破，再由挖掘机清理爆破石碴，增加泄流量，将湖水位降低1.5m；第三，以裸爆或水下爆破为主，然后使用挖掘机分层分段从下游往上游将右岸拓宽加深，挖除石碴挖除方法与东河口相同。

图 4 石板沟堰塞湖堰口图

4.5施工设备及通讯管理 4.5.1施工设备的管理

由于时间紧、需开挖的土石方工程量大，堰塞体应急排险工作主要采用施工机械挖除或爆挖结合，因此应重视应急排情况下的设备管理工作。主要把握了以下几点：一是设备选用上，必须与完成工程任务的特点相结合，要以挖掘机为主，装载机和推土机为辅；设备型号也不是越大越好，应该以中型设备为主，适当配臵大型设备，常规设备与长臂挖掘机相结合，设备以使用新设备或八九成新的设备，设备的出力也高。二是利用工间间隙抓紧进行设备的日常检查、保养工作，

以使设备处于正常状态。三是明确责任，实行严格的定机定人责任制度。四是设备操作手配臵数量比正常多，在可能的情况下，实行人停机不停，加快排险进度。五是机械作业分片设一名安全哨，每台设备设一名安全员；六是每台设备配一部对讲机，便于指挥及预警。

4.5.2施工通讯的管理

这次地震，由于道路中断、山体垮塌多，应急排险施工安全问题相当突出。为更好的发挥通讯的沟通、协调、指挥等作用，确保排险施工的顺利进行，我们在通讯手段上主要采取了以下措施：一是场内的联系采用对讲机，不同的抢险班组采用不同的信道，设备及现场指挥员一般是两台对讲机，便于指挥员间的联系；二是现场与前指之间，由于距离远，一台对讲机不起作用，我们采用了通讯中继接力方式，现场与中继站联系，中继站再与前指联系；三是采用了无线联络的方式，在现场配小功率无线电台一部，前指设大功率电台一部，前指与基指通过大电台随时联系。

5结束语

这次“5.12”汶川大地震导致山体垮塌形成的众多堰塞湖，就象一盆悬在人们头的水，一旦溃坝，将对下游造成毁灭性的打击。武警水电部队在承担救人、抢修生命道路等抗震救灾工作的同时，在全部队范围抽调精兵强将勇挑堰塞湖处理重担，广大官兵不仅发扬了部队一不怕苦、二不怕死、连续作战的良好作风，而且更是发挥了专业技术优势，创世界处理大型堰塞湖的先例，安全顺利完成了上级赋予的任务。青川石板沟等三个堰塞湖的处理有其独特的特色，参加处理的指挥员结合现场具体实际，采用了灵活多样的施工技术，有些方面的处理方法也是在施工过程首次使用，经过10天的努力，顺利完成了应急排险任务。