7.1.1 危险斜坡防治的原则
输油气管道翻越山岭有以下3种方式：
（1）垂直（近于垂直）等高线上、下；
（2）近于平行等高线缓缓上、下；
（3）斜交等高线上、下。
这3种情况，管道受到坡面表部岩土的作用力是不同的。
以碎石土层斜坡为例，图7-1（a）为管道垂直等高线敷设，管道两侧为碎石土层，令碎石土层有向下蠕变滑移的趋势。P为向下蠕变滑移力；N为蠕变滑移力的侧向分力，垂直作用于管道上；F为管道两侧碎石土层向下蠕变滑移产生的摩擦力；τ为管道两侧土体产生的剪应力。它们之间的关系是：
山区油气管道地质灾害防治研究
式中：φ、C为碎石土层与管道接触面上的内摩擦角和粘聚力。
当τ＞0时，表明管道两侧碎石土层有滑动趋势；
当τ＜0时，表明管道两侧碎石土层无滑动趋势。由此得出，垂直等高线布置的输油气管道，对四周土体有阻滑作用。当然这种作用是十分有限的。只有松散碎石土层很薄（2m以内），此种作用才会显现。或斜坡较缓，松散土层虽然较厚，但已确认不会发生松散土层深层滑坡，此种作用也会显现。当管道所在斜坡土层较厚，并有发生整体滑坡的危险。此种作用与滑坡强大推力相比是十分渺小，管道会因滑坡滑动而毁坏，所以输油、气管道垂直等高线敷设，也不应敷设在有滑坡危险的斜坡上。
近平行等高线敷设图7-1（b）,P为管道内侧单宽碎石土层向下蠕变滑移力，取其中一段i进行分析，此段管道长为mi，管道的水平面夹角为ai，则管道受到碎石土总的向下蠕变滑移力E为：
山区油气管道地质灾害防治研究
此种敷设法要受到管道内侧所有碎石土层向下蠕变滑移力的总和，其量级要大于垂直等高线敷设若干倍，所以输油气管道翻越山岭，近平行（斜交）等高线敷设方法不可取。不到万不得已，不用此法，若要用，需对管道进行特殊保护。
管道斜交等高线穿敷设的受力可分解为垂直等高线和平行等高线的两种等效模式进行考虑，其受力分析可参考上述平行、垂直等高线时的受力分析。
图7-1 碎石土层斜坡管道受力示意图
（a）管道垂直等高线敷设；（b）管道近平行等高线敷设
按管道的不同通过方式，管道平行等高线敷设又可为：从斜坡上部、中部、下部通过斜坡。管道通过斜坡的方式不同、与等高线之间的关系不同所可能造成的地质灾害种类各不相同，其中最主要的、对管道影响最大的是滑坡灾害。对危险斜坡可能出现的滑坡防治原则为：
（1）难度大、投资高的大型、巨型滑坡应采取避让为主；
（2）对管道有重要影响的滑坡，采取工程治理为重点；
（3）经济合理、技术可行；
（4）尽早整治，综合治理的；
（5）一次根治、不留后患。
7.1.2 滑坡灾害防治工程措施
治理已发生的滑坡或防治潜在滑坡的发生，关键在于减少滑坡推力，增大抗滑阻力，从而达到提高滑坡稳定性的目的。国内外常用的工程治理措施有：排水（包括地表水和地下水）、改变边坡几何形状（削坡减载、回填压脚）、抗滑支挡结构（抗滑挡墙、抗滑桩、预应力锚索、预应力锚索桩、预应力锚索框架、树根桩、土钉墙等）以及改变滑带性状（注浆、搅拌桩、高压喷射注浆）等。
7.1.2.1 斜坡排水
滑坡区截排水是防治滑坡滑动的常用措施。据调查统计，90%以上的滑坡发生在雨季。地表水和地下水是诱发滑坡产生和发育的重要因素，其作用主要表现在以下方面：
（1）增大滑体重度，增加了滑坡推力；
（2）显著降低了滑带土的抗剪强度指标；
（3）增加了地下水的动水压力；
（4）增大浮托力，减少了滑面的有效应力；
（5）地表水的径流及入渗可以在滑体内形成渗流场，并产生渗透压力，恶化边坡稳定；
（6）增大了滑面上的附加空隙水压力，减小了有效应力，从而降低了滑面土体的抗剪强度。一般情况下，地表水的入渗也是地下水的补给源之一。因此，截断这一补给源，可以大大降低地下水位的上升，有利于滑坡的稳定。
排水系统包括地表排水系统和地下排水系统两部分。其中地表排水系统常用的工程治理措施有：沿滑坡周界设置截水沟、在滑坡变形体地表设置树枝状的截水沟。
将地表裂缝及时填实并整平积水坑或洼地，使雨水能迅速向坡面截水沟汇集排泄。
截水沟的断面应根据每段坡面的汇水面积和洪峰流量设计。沟壁一般为1:1.50～1:1.75。其结构多为块石水泥沙浆浆砌结构或水泥预制板镶嵌结构（图7-2）。
各种不同的排水沟断面运用的场合也不同，可归纳如下：
（1）用于不透水地层，冲刷严重，两侧进水；
（2）用于不透水地层，冲刷严重，单侧进水；
（3）用于不透水地层，冲刷不严重，设置不透水的单层片石或乱石铺砌；
（4）用于透水地层，冲刷严重，单侧进水；
（5）用于从陡坡上的U形截水沟。
图7-2 排水沟断面图
滑坡体内排水沟的结构与截水沟基本相同，其不同点是：
当排水沟通过裂缝时，应该设置成迭瓦式的沟槽。可用塑料板和钢筋水泥预制板做成，其结构如图7-3所示。
当滑坡体内有积水湿地和泉水露头时，可将明沟上端做成渗水盲沟，或埋全透管，伸进湿地内，达到疏干湿地内上层滞水的目的。伸进湿地内部的渗水盲沟的结构可参照相应的规范实施，此处不再详细叙述。
图7-3 排水沟跨越裂缝结构图
地下排水系统常用的工程措施：地下排水隧洞（横向排水隧道、纵向排水隧道）、仰斜排水孔、垂直排水孔以及支撑盲沟等。
7.1.2.2 减载反压
通过在滑坡体上部（下滑区）清方减重，以减少滑坡推力，并在滑坡前部抗滑段上填土反压，增加抗滑段的抗滑力，以达到稳定滑坡的目的。这种工程措施既简单，又节约投资。对于一些有场地条件的大型、巨型滑坡，这是一种最为有效、最可行的治理措施。此类工程措施只能用于滑坡的后壁和两侧有稳定的岩（土）体的情况，不致因清方减重而引起滑坡向上和两侧扩展。
7.1.2.3 抗滑支挡
治理滑坡最常用的工程措施是在滑坡体上设置抗滑支撑结构，常用的抗滑结构有：抗滑挡墙、抗滑桩、以预应力锚索为基础的预应力锚索桩、预应力锚索框架、肋板锚索、树根桩以及各种组合抗滑结构等。
1）抗滑挡墙
抗滑挡墙是防治滑坡经常采用的有效工程措施，适用于中、小型滑坡的治理，它主要依靠自身重力提供的抗滑阻力来平衡滑坡推力。抗滑墙具有就地取材，施工技术简单，工程投资较低等优点；但抗滑挡墙需要的圬工量较大，提供的抗滑力非常有限，在开挖基础时容易诱发滑坡的进一步变形破坏、甚至滑动。由于滑坡所处山地自然地质环境十分复杂，滑体结构和动态特征也复杂多样，故抗滑挡土墙的形式和结构也是多样，无统一定型的结构形式。现将滑坡防治工程中常用的结构形式归纳为图7-4的各种形式。
对于抗滑挡墙的平面布置可参考如下归纳出的情况，在特殊环境下布置位置可特殊考虑。
（1）对于一般中、小型滑坡，抗滑挡墙设置于滑坡前缘为宜。
（2）若滑坡发生地点为一沟掌地形，且滑坡区前缘为一峡口（锁口），峡口两侧为未滑动的基岩或密实土夹石可在此处设置抗滑挡土墙。
（3）若滑动面呈阶梯桩，滑坡上部可能从滑体中部剪出；或滑坡呈纵长型，且滑坡体厚度小（10m左右），若在滑坡前缘设置挡墙后，滑体上部仍有从中部剪出的可能。这两种情况均可分级设置抗滑挡土墙。
滑坡中部这一级抗滑挡土墙应严禁大开挖所以宜采用沉井式抗滑挡墙为宜。
（4）当基岩呈强风化并十分破碎时，不宜作抗滑挡墙的基础。
抗滑挡墙设计定型后，应按下式对抗滑挡墙的稳定性进行验算：
山区油气管道地质灾害防治研究
式中：η为抗滑挡墙的抗滑稳定系数；f为抗滑挡墙与基岩之间的摩擦系数；W为抗滑挡墙自重（N）; Ex为滑坡下滑力作用在墙背上的水平分力（Pa）; Ey为滑坡下滑力作用在墙背上的垂直分力（Pa）; Ep为墙前被动土压力（Pa）; y为墙前土容量（kg/m3）; H为墙前被动土压力厚度；φ为被动土内摩擦角；Kc为设计抗滑挡墙应达到的抗滑安全系数。
若η＜Kc，应加大抗滑挡墙的规模；若η＞Kc，则应适当缩小抗滑挡墙的规模。
抗滑挡墙施工注意事项：
（1）滑坡多发生在雨季，雨季滑动快，旱季滑动慢。因此最好的施工季节是旱季。尤其是我国南方多雨区。
图7-4 抗滑挡土墙结构形式
（1）滑动面；（2）滑坡推力；（3）被动土压力
（2）在滑坡（变形斜坡）前缘进行抗滑挡土墙施工，严禁全面拉槽挖基。因为全面拉槽挖基会引起滑坡整体滑动。因此应实行分段、跳槽开挖的施工方法。即将抗滑挡墙分为10～15m的段落，每间隔2～3段挖一段，每次开挖段加起来的长度不得超过全长的1/4～1/5。开挖一段，立即浆砌，回填一段。然后依次开挖其他的段落。
沉井式抗滑挡墙也应实行间隔挖的办法，一般每间隔2～3个挖1个。这样就可以做到不影响滑坡的稳定性，也会得到施工安全。
（3）施工顺序，一般是先两侧，后中间；若分级支挡，应先滑体中部，后滑坡中下部前缘。这样可以使已建好的抗滑挡墙部致因滑坡推力集中而损坏。
其他要求与一般挡墙施工相同。
（4）管沟施工出现的洼地、凹陷地形应填满、压实，并在管道施工段尽快实施水保工作，恢复原地貌形态。
（5）加强巡线工作，密切注意滑坡的变形破坏迹象。
2）抗滑桩
抗滑桩埋入深度大，可以抵抗较大的滑坡推力，与抗滑挡墙相比，具有圬工量小，施工安全可靠，布置灵活方便，适应性强等优点，在施工过程中，通过跳挖，对滑坡体的扰动较小，有利于滑坡的稳定。目前已成为滑坡治理的主要抗滑结构型式，可用于大中型滑坡的治理。典型抗滑桩整治滑坡示意图见图7-5。
图7-5 抗滑桩整治滑坡示意图
抗滑桩在施工设计时最主要的参数为滑坡推力，其计算方法（传递系数法）如下：
图7-6 传递系数法计算滑坡推力时各条块之间力的关系
由图7-6可知，第i块的剩余下滑力（即该部分的滑坡推力）Ei可用下式计算：
山区油气管道地质灾害防治研究
式中：E、Ei-1— —第i块，第i-1块滑体剩余下滑力；
Wi、Ri— —第i块滑体重量，第i块滑体滑床反力；
ψi——传递系数；
Cili— —第i块滑体滑面上岩土体粘聚力与滑体滑面长度；
φi——第i块滑体滑面上岩土的内摩擦角；
αi——第i块滑体滑面的倾角。
计算时从上往下逐块进行，按上式计算得到的推力可以采用来判断滑坡体的稳定性。如果最后一块的E为正值，说明滑坡体是不稳定的；如果计算过程中某一块的E为零或负值，说明本块以上岩体基本稳定，并且下一条计算时按上一条块推力考虑。
实际工程中计算滑坡体稳定性还要考虑一定的安全储备，选用的安全系数Ks一般取1.05～1.25。考虑安全系数后计算出的推力称设计推力。式7-7为：
山区油气管道地质灾害防治研究
用式7-7计算推力时应注意：
（1）算所得E为负值时，说明以上各块在满足安全情况下能自稳。
（2）计算断面中有逆坡时，倾角为负值，则Wi·sinai也为负值，因而wi·sinai不是下滑力而是抗滑力了，此时Wi·sinαi项也就不应再乘Ks。
3）预应力锚索框架梁
预应力锚索框架是由锚索和纵横向排列的地梁共同组成的一种新型轻型抗滑支挡结构。它能将外头较高的集中荷载通过框架进行分散和传递，调整浅层土体的受力状态，减少局部土体受压变形而造成的预应力损失。同时，该结构型式能较好地克服土体出现浅层拉应力，使土体处于三向受压状态，能更好地发挥预应力锚索的潜能。此外，这种结构形式还能很好地与生态工程相结合，满足绿化生态护坡的目的。预应力锚索框架属于主动防护，能快速稳定滑坡的进一步发展。典型预应力锚索框架治理滑坡示意图见图7-7。
图7-7 预应力锚索框架治理滑坡示意图
4）预应力锚索桩
预应力锚索桩是由普通抗滑桩和预应力锚索两种抗滑结构组合而成的新型抗滑支挡结构。与普通抗滑桩相比，预应力锚索桩改变了普通抗滑桩的悬臂受力结构形式，其受力更为合理，可以减少抗滑桩的截面尺寸，节约圬工量，降低抗滑桩的锚固深度，降低了施工难度，同时，由于施加了预应力荷载，因而改变了普通抗滑桩的抗滑作用机制，由被动受力桩转变为主动加固，能迅速稳定滑坡，防止滑坡的进一步变形和发展，对于一些抢险工程或是坡顶、坡脚有重要构筑物的滑坡治理，更具优越性。典型预应力锚索桩整治滑坡示意图见图7-8。
5）微型灌注桩
图7-8 预应力锚索抗滑桩整治滑坡示意图
在滑坡体上设置小直径的钻孔灌注群桩，灌注桩的深度超过滑动面，灌注群桩顶部为刚性的钢筋混凝土桩帽，形成一个类似重力式抗滑挡土墙的微型灌注桩墙，依靠其弯矩、剪力以及抗拔力来平衡滑坡推力，达到整治滑坡的目的。这一技术在欧洲国家应用比较普遍，但在国内应用得不多。典型微型灌注桩墙示意图见图7-9。
图7-9 微型灌注桩治理滑坡示意图
6）组合抗滑结构
对于一些大、中型滑坡，由于滑坡推力巨大，采用单一的抗滑结构难以满足抵抗巨大滑坡推力稳定滑坡的目的，于是出现了各种组合抗滑结构型式。根据滑坡的发育特点、主要诱发因素、滑坡推力大小等，采用2种或多种常用抗滑结构型式进行最优组合，充分发挥各种单一抗滑结构的优点，形成组合抗滑结构共同稳定滑坡。这种组合可以根据情况任意组合，比较常用的组合结构有：预应力锚索＋抗滑桩；多排抗滑群桩；预应力锚索桩＋预应力锚索框架；抗滑挡土墙＋预应力锚索框架；预应力锚索与普通抗滑挡墙组合结构等。典型组合结构治理滑坡工程实例为图7-10。
图7-10 预应力锚索桩＋预应力锚索地梁组合抗滑结构治理滑坡示意图
7.1.2.4 改变滑面力学特性的方法
通过化学灌浆、搅拌桩、高压喷射注浆、焙烧以及爆破等手段增强滑面土的抗剪强度从而达到治理滑坡的目的。但这些手段效果如何，有待进一步研究，在实际工程中应用较少。
7.1.3 管道不同方式敷设于斜坡可能产生地质灾害的具体防护措施
7.1.3.1 管道敷设方向与等高线平行
1）管道的通过方式为从斜坡上部通过
管道从斜坡上部通过，所产生的地质灾害主要为水土流失；其次可能产生的灾害为由于管道施工对滑坡体扰动和管道的荷载作用于滑坡体上，相当于在滑坡体上方加载，由此而可能诱发的坡体坍塌。
（1）对于水土流失灾害的防治对策。
水土流失的原因是由于管道的施工，对坡面原状进行了扰动，破坏了场地的植被，使得管沟回填土和开挖断面直接暴露在外，在降雨形成的坡面径流的作用下坡面管沟回填被雨水冲到坡下。因此，要对水土流失灾害进行防止，护坡是行之有效的保护措施。夯实回填土；进行护坡，减少坡面径流对边坡裸露在外的管沟回填土和开挖断面的侵蚀。
坡面护坡又可分为工程护坡、生物护坡和工程、生物相结合的护坡。每种护坡形式都有其适用环境。其具体适用环境如下：
工程护坡适用于植被在短时间内很难恢复的恶劣环境条件，或灾害点分布区域日降雨量很大，地表径流量大的区域需要用工程护坡保护坡面松散坡积层不被坡面径流带到坡脚。
生物护坡适用于在较短时间内植被能够较好的恢复，且坡面无松散坡积层坍滑的地段。
工程、生物相结合的护坡一般适用于植被恢复需一定的时间，坡面有少许不稳定的松散坡积层坍滑的地段。
（2）对于坡体坍滑的防治对策。
坡体坍滑是由于外界因素（如雨水作用，施工因素等）改变了土体的原有力学性能，降低了土体的原有力学参数值，使原本处于稳定状态的土体的形态由稳定状态变为不稳定状态，在重力作用下沿着滑面向下坍滑。
对于坡体坍滑的防治行之有效的措施是挡土墙和护坡。在管道的外侧修建挡土墙，管道的内侧修建坡面护坡。修建抗滑挡墙所该注意的事项或参照滑坡灾害防治工程措施中抗滑挡墙一节所述。具体如图7-11所示。
图7-11 挡土墙、护坡的剖面布置示意图
2）管道的通过方式为从斜坡中部通过
管道从斜坡中部通过，由于施工的原因对坡体进行扰动，坡面原有的排水系统将有可能被破坏。施工时必须注意对原排水系统的保护和恢复，若排水系统不畅，在降雨量大的时候不能及时的把坡面径流水排除坡体之外，坡面水渗入坡体内部，降低坡体的组成物质的各种力学性能。可能产生的灾害类型为滑坡、坡面坍滑。防治对策为：
（1）在滑坡体上部建排水沟，滑坡体后部建截水沟。目的使得在滑坡的区域范围内的表面径流能尽快排出坡体之外。
（2）在滑坡的剪出口处修建抗滑挡土墙，墙基础应深入基岩中。对于规模较大、滑坡推力较大的滑坡可考虑采用抗滑能力较强的支挡结构，如抗滑桩。并在抗滑挡土墙上方修建护坡。具体防护工程如图7-12所示。
图7-12 管道从坡体中部通过时防护工程布置示意图
3）管道通过方式为从斜坡坡脚通过
管道从斜坡坡脚通过时，由于管道的施工，对坡脚进行开挖，如不注意对坡体进行及时支护，就极有可能造成由于开挖坡脚而引起的牵引式滑坡。防治对策为：
（1）在滑坡体上部建排水沟，滑坡体后部建截水沟，使得在滑坡的区域范围内的表面径流水尽快的排出坡体之外。排、截水沟的结构选取可参照图7-2所示的结构选取。滑坡体上的排水沟通过裂缝时同样应该设置成迭瓦式的沟槽。
（2）在滑坡的剪出口修建抗滑挡土墙，墙基础应深入基岩中，抗滑挡土墙的位置可以分为管道的外侧或管道的内侧，具体是在管道的外侧还是内侧要视管道的具体埋设位置而定，当管道处于剪出口外侧，抗滑挡土墙应布置在管道的内侧，反之则布置在管道的外侧。当管道沿着公路内侧敷设时，一般考虑抗滑挡墙位于管道的内侧。对于规模较大、滑坡推力较大的滑坡可考虑采用抗滑能力较强的支挡结构，如抗滑桩等。抗滑挡墙上方修建护坡。
（3）由于施工原因在管沟处出现的洼地，凹陷地形应填满、压实，并在管道施工段尽快实施水保工作，恢复原地貌形态；
（4）加强巡线工作，密切注意滑坡的变形破坏迹象。
具体防护工程布置如图7-13所示。
7.1.3.2 管道敷设与等高线之间的关系为垂直关系时
管道垂直等高线敷设，应避让老滑坡体，防止由于管道的施工造成老滑坡体复活。在避让开老滑坡体的前提下，管道垂直等高线穿越山坡时可能产生3种灾害类型：
坡度较陡：人工开挖破坏了坡体原有的应力平衡状态，降水的冲刷和渗透作用使岩土体抗剪强度降低，在雨水的冲毁下，容易产生浅层滑动。管沟经过陡坡段发生坍滑。
管沟走向与等高线垂直，坡度较陡，降雨过后形成的地表径流对管沟的冲刷比较严重，回填管沟的填土属人工填土，不密实，不能在短期内固结，在雨水的冲刷下容易流失。因此，如防护措施不当，极易造成露管。
图7-13 管道从坡体坡脚通过时防护工程布置示意图
管沟的回填在没有完全固结时，在山洪来临时，也有形成小规模泥石流的可能性，从而对管道造成破坏。
以上3种灾害中的一个主导因素就是水的作用，所以治理方案中治水是关键。防治对策：
（1）坡度较陡地段，特别是坡度大于25°的陡坡段，沿管道建截水抗滑挡墙。
截水抗滑挡墙应遵循以下原则，即上挡土墙脚和下挡土墙顶的连线与水平面的夹角，小于斜坡岩土的自然休止角α；如遇坡度较陡的坡段，上挡土墙墙脚和下挡土墙墙顶的连线与水平面的夹角大于自然休止角α（图7-14），则可考虑沿管道的全断面护坡。管道与截水抗滑挡墙之间应按照管道施工规范所规定的采用柔性防透层（图7-15）。管沟用粘土进行回填、压实，不应出现凹槽或洼地等地形，管沟与斜坡的结合部位可用砂浆填实。
图7-14 上、下截水抗滑挡墙纵断面布置示意图
图7-15 截水抗滑挡墙横截面布置示意图
（2）洼地冲沟处建排水沟，将地表水排出管道通过处。在管道能过处斜坡上部建截水沟，减少地表水流入管沟。并疏通原天然排水冲沟。排、截水沟的结构形式及适用条件可参考图7-3。
（3）山脊管道穿过的最高点处建稳管墩防止管道侧向滑移。稳管墩基础应建在稳定的基岩内，埋深大于1m。
（4）恢复原地貌，并恢复开挖过后破坏的植被。
（5）合理处置开挖堆渣体，防止由于废弃的堆渣在山洪的时候造成小型的泥石流。
具体防护工程布置如图7-16所示。
图7-16 管道垂直等高线穿越山坡时防护工程布置示意图
7.1.3.3 管道敷设与等高线之间的关系为斜交关系时
陡峻的地形，管道斜交等高线敷设，开挖以后是小型滑坡坍滑形成的最佳环境。管道开挖施工对边坡的扰动作用是不可忽略的人为因素，尤其是管沟开挖，回填土不能很快的固结，造成雨季沿管道流水的作用，易于形成冲蚀沟，对边坡的破坏性更大。特别是汇水面积较大的山坡，降雨过后形成的地表径流对管沟的冲刷比较严重。因此，如若防护措施不当，极易造成露管。其防治对策如下：
图7-17 管道斜交等高线穿越山坡时防护工程沿管道布置示意图
（1）在坍滑区建抗滑挡墙（抗滑挡墙的结构形式可参照图7-4，抗滑挡墙修建时该注意的事项可参照滑坡灾害防治工程措施一节中所述的抗滑挡墙修建注意事项）；挡墙上部建护坡，保证坡面的稳定；并恢复植被。
（2）山坡做一系列的截水墙，注意截水墙的基础要做在lm以下的未风化的稳定基岩上，截水墙两侧应延伸到两侧的山坡坡体中（如图7-15所示）。
（3）在出现滑动的斜坡上部建截水沟；在管道内侧沿地形修建截水沟，将地表水引出管道外侧边坡排走（排、截水沟的形式和适用条件参照图7-2）。
（4）填实管沟，恢复原地貌。
（5）山脊管道穿过的最高点处建稳管墩防止管道侧向滑移，对管道产生剪切作用。稳管墩基础应建在稳定的基岩内，埋深大于1m。具体防护工程布置如图7-17所示。