中巴公路泥石流防控理论与关键技术

工程概况

主要创新点

1、技术思路          

基于中巴公路泥石流灾害严重性和防治紧迫性问题，本次以中巴公路奥布段沿线泥石流灾害为研究对象，在多学科理论原理指导下，以现场调查数据为基础，在搜集区域地形地貌、地层岩性、气象水文和灾害历史基础上，坚持以现场调查、数据积累、实验研究和理论分析为基础，借助水力学、泥沙动力学、水文学、土力学、地理信息系统和数理统计等方法，贯彻野外调查与遥感分析、常规试验和模型试验、理论分析与数值分析相结合的手段，开展研究区泥石流灾害分布规律、危险分区和形成机理研究，构建公路泥石流的减灾模式和防治关键技术。          

2、关键技术方案          

针对中巴公路奥布段沿线泥石流的特点和严重危害，结合山区泥石流灾害研究的历史经验与薄弱环节，在多学科理论原理指导下，开展研究区泥石流灾害分布规律、危险分区和形成机理研究，构建适合于研究区公路泥石流的减灾模式和防治技术。技术路线如下图所示：          

3、创新点与关键技术          

本项目以干旱少雨区降雨型泥石流和高寒高海拔区冰雪融水型泥石流起动机理作为核心科学问题开展研究工作，以泥石流地区公路选定线方法和公路泥石流防治关键技术应用为最终研究目标，以青藏高原西北构造结处地势起伏大、冰川分布广泛和地质构造复杂的地区—中巴公路奥布段为课题的研究目标区，从而保证了课题研究成果的集中性、系统性、代表性和先进性（图5）。

创 新点1：建立了研究区泥石流灾害基础信息库、风险等级区划图及风险评估指标体系          

阐明了奥布段泥石流发育特征与分布规律，完成了公路泥石流灾害数据信息库，建立了公路泥石流危险性、易损性和易发性分区图，构建了公路沿线泥石流风险评估指标体系，为公路勘察设计和养护运营等提供了基础数据和科技支撑。          

创新点2： 揭示了干旱少雨区降雨型和高寒高海拔冰川型泥石流起动机制与临界条件

揭示了降雨型和冰川型泥石流起动机理，提出了干旱少雨区降雨型泥石流起动的临界阈值及冰川型泥石流起动临界条件，填补了干旱少雨区降雨型泥石流和高寒高海拔区冰川型泥石流起动机理研究空白，为不同类型泥石流预警指标和治理方案确定提供了科学依据和理论支撑。          

创新点3： 提出了复杂山区公路泥石流选定线方法与防治模式          

提出了复杂山区公路泥石流选定线原则与方法，建立了基于不同防治类别的公路泥石流防治模式，制定了避让、跨越、降坡、疏导、分流、拦截等综合防治对策，为规避泥石流灾害风险和科学选线提供了理论支撑，破解了选线难题。          

创新点4：创建了研究区泥石流灾害减灾综合技术体系          

确定了公路泥石流特征参数计算方法，开发了公路泥石流防治工程设计参数计算软件，创新了公路泥石流防治关键技术，构建了公路泥石流灾害成套工程治理技术体系，编制了《新疆山区公路泥石流勘查与防治技术指南》，填补了新疆公路泥石流研究与防治的空白。          

4、实施效果          

经过10余年的系统研究，本项目提出了中巴公路奥布段泥石流防控理论与关键技术，形成专利技术15项，软件著作权2项，论文20余篇，专著2部，编写中国公路学会团体标准2项，研究成果获新疆维吾尔自治区科技进步二等奖1项、中国公路学会科技进步三等1项。          

以邓铭江院士为组长的评价专家认为研究成果攻克了泥石流地区公路建设与运营中防灾减灾的重大技术难题，建立了集理论研究和工程实践于一体的泥石流灾害防治成套关键技术。评价专家一致认为，项目总体水平达到国内领先水平，在泥石流工程防治技术领域达到国际先进水平。          

研究技术成功应用于中巴公路奥布段改扩建项目，基于选线技术合理规避或绕避灾害点30余处，有效防治泥石流灾害点30余处，极大减小泥石流对公路的危害，降低公路养护成本，直接经济效益达5000余万元。          

（1）提出了复杂山区公路泥石流选定线方法与防治模式          

提出了基于危险性的公路泥石流工程防治原则，对于轻度危险性泥石流，采用拦排治理，对于中高危险性的泥石流，采用综合治理，对于极高危险性泥石流，采用监测预警，并针对不同防治分类探讨不同公路泥石流防治模式，主要包括不同类型公路泥石流的防治模式、公路跨越不同部位的泥石流防治模式和不同成灾方式的公路泥石流防治模式，对于公路泥石流的防治宜采用预防为主、防治为辅的对策。          

泥石流地区公路选定线技术和防治模式，研究成果应用于奥布段K1575-K1581段，约6km长公路改线至盖孜河对岸堆积扇上，避开原路线小型坡面型泥石流25处、崩塌点18处、河流水毁段约3km，降低公路养护成本约80%以上，道路安全性提高90%以上。          

1）提出了泥石流地区公路选定线原则与方法          

（2）创新了公路泥石流及其次生灾害的防治关键技术并在实际工程中得到成功验证和推广          

创新性地提出针对大型冰川泥石流的防治关键技术，包括一种基于多级分流排泄的大型泥石流综合防治方法和组合式泥石流梯级浅槛群结构体系，同时提出公路水毁泥石流次生灾害的等多项防治技术，包括基于分流束流理论的公路水毁导流坝、泥石流沉砂池与桥涵组合防护系统、泥石流区桥墩防撞结构、用于公路路基水毁防护的矶头坝结构、石笼墙与丁坝群组合的路基防冲加固结构、用于增强路肩墙稳定的侧翼基础防冲加固结构和一种快速组装式公路边坡挡土墙等技术，构建了公路泥石流防治成套关键技术。          

其中，新疆地区公路泥石流防治工程设计参数计算软件，可以更快捷、更准确的对桥涵跨径、高度、墩台形式、桥底防护形式等进行设计，使工程设计效率提高50%以上，实现公路泥石流工程防治设计的便捷化。沉沙池与桥涵组合防护技术，应用于中巴公路奥布段K1549-K1618段，公路设置“沉砂池+桥涵”组合防护形式共58处，有效的对洪水、泥石流进行排导，降低砂石淤积上路的机率。基于分流束流理论的山前公路泥石流水毁防治技术，成果应用于中巴公路奥布段K1575-K1581处，建立3处圆弧形分束流导流堤对洪水、泥石流进行归拢排泄，使涵洞数量减少6座，节省该段工程投资约30%，缩短工期约40%。公路路基水毁防护的矶头坝结构、石笼墙与丁坝群组合的路基防冲加固结构等技术，应用于中巴公路奥布段K1535-K1628的段共计38处泥石流水毁防治，节约公路养护成本2000余万元。          

1）自主研发了新疆地区公路泥石流参数计算软件和水毁流量计算软件

3）典型公路泥石流防治技术实施应用效果          

K1559+460～K1559+872段泥石流灾害防治          

①泥石流水毁灾害情况          

K1559+460～K1559+872段施工完成的护坦被冲毁，K1559+749～K1559+872水流直接冲刷挡土墙基础，基础已经出现脱空。          

②泥石流水毁灾害成因          

路线沿河布设，河床宽阔，路基左侧设计为砼挡土墙+护坦，外侧受河水冲刷强烈，河床下切严重。故K1559+460～K1560+140段挡土墙受到长期临水冲刷，坡脚淘蚀现象严重。          

③泥石流水毁灾害治理方案          

于K1559+460～K1559+872挡土墙外侧增设矶头坝，K1559+872～K1560+140段同时新建丁坝。          

④泥石流水毁灾害处置效果          

矶头坝的结构极大地减缓了水流对路侧挡墙及挡墙坡脚的直接冲刷，保障了公路路基的稳定性；矶头坝坚固、稳定性好，且一定程度上节约了返工带来的经济费用。

生产、应用及推广情况