大理祥云万花溪水库竖井边坡坍塌:三维激光扫描在输水隧道检修竖井被掩埋范围量化、边坡滑面产状提取与水库工程边坡监测中的应用
大理祥云万花溪水库工程9·23坍塌事故,经调查认定为较大生产安全责任事故。直接原因是暴雨灾害引发输水隧道检修闸门竖井北侧边坡坍塌,坍塌体瞬间涌入竖井,造成竖井内作业人员伤亡。调查指出,相关参建单位对暴雨橙色预警重视不够,对暴雨和复杂地质叠加的风险预判不足。这类水库输水工程的竖井加边坡组合,平时少有人把它当成一个整体来量。
先说结论:伤亡发生在井里,不是坡上。竖井内部被埋了多少、堆积体是什么形态,是最难量也最该量的。而边坡的滑面产状,得在清方之前采,清完就只剩渣土,再也提不出结构信息了。
边坡塌进竖井,伤亡发生在井里
有人会问,边坡塌方到处都有,为什么这起值得单独写。区别在于坍塌体涌入的是竖井,人就在井里作业。竖井是个竖向深洞,坍塌体从北侧灌进来,堆积范围、堆积高度、和井口检修平台的关系,决定了救援从哪进、清方按什么顺序。
我们在深圳盾构管片砂浆块坠落那篇里也遇到过类似处境:伤亡的正是进洞作业的人,非接触测量在这里不是锦上添花,是安全论证本身。竖井比隧道更极端,人站在井底,上方一旦失稳,撤离距离为零。
竖井内部的被掩埋范围,最难量
竖井是窄深的圆筒,常规测量进不去,进去又有二次坍塌风险。点云可以从井口往下扫,把井壁、堆积体表面、残留结构件一次性采下来。
采完能给出几样东西:堆积体顶面的高程和体积、井壁被掩段的长度、检修平台还剩多少可用、残留构件相对井轴的位置。这些在清方方案和救援路线里都是硬参数。我们在昆明绕城高速滑坡那篇写过两期差分算方量,竖井是竖着的版本,靠高程分层切片算体积。
实测过才知道,竖井扫描最怕井壁反光和积水。井壁如果是混凝土且湿,回波弱,得调低转速、加标靶,否则井深方向会断。先排一部分水再扫,比硬扫靠谱。
边坡滑面产状,得在清方前采
北侧边坡坍塌之后,滑面、后缘拉裂面、两侧边界这些结构信息,是判断还会不会再滑的依据。清方机械一上,这些面就被推平了,后面只能靠回忆。
点云能在清方前把边坡整体采下来,提取滑面的产状(走向、倾向、倾角)和方量。我们在大广高速隧道洞口滑塌那篇里用过点云算塌方体方量和后缘拉裂面,水库竖井边坡是同一个思路,只是对象从隧道口换成输水竖井的开口段。下表是这类边坡常用的几项。
| 记录项 | 量什么 | 数据用途 |
|---|---|---|
| 滑面产状 | 走向、倾向、倾角 | 判断滑动方向 |
| 后缘裂缝 | 长度、张开度、高程 | 二次滑坡预警 |
| 坍塌体方量 | 体积与堆积形态 | 清方量与工期 |
| 竖井被掩段 | 井壁被埋长度与高程 | 救援与清方顺序 |
| 周边坡体 | 未塌段的整体稳定性 | 相邻段排查 |
水库工程边坡,平时就该有底图
这起事故暴露的不只是一次暴雨,而是水库这类工程平时缺少一套空间底图。输水隧道、竖井、闸门、上下游边坡,分散在不同标段、不同单位手里,谁也没把整条线合成一张图。
松花江堤防那篇里讲过堤防数字化巡检,思路可以平移到水库:把枢纽区的关键边坡和构筑物先扫一遍做基准,雨前雨后用两期差分看变了没有。有了基准,暴雨橙色预警来的时候,现场要撤哪些点、哪些段要重点盯,不再是凭经验拍脑袋。
扫描干不了的,也要说清楚
第一,扫描看不出岩土体内的结构面。滑面产状能从地表点云提,但坡体内部的软弱夹层、地下水通道,得靠钻探和物探,点云到不了地下。
第二,预警重不重、撤不撤人,是管理决定。扫描给的是风险点的空间事实,判不判橙色预警的后果、谁下令停工,这些不在数据里。
第三,责任认定不由扫描数据定。为什么对暴雨预警重视不够、隐患排查为什么没到位,靠调查组查台账和记录。我们能提供的,是灾后现场那张没被清掉之前的底图。
云绘科技在深圳做激光三维扫描,隧道、边坡、水利枢纽这类工程安全监测项目做过一些。相关方案见工程测量方案页,历史项目见案例页。