長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流治理措施研究

付 亮 劉國棟

（1、中國地質大學（武漢）工程學院，湖北 武漢 430000 2、長江三峽勘測研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

1 前言

我國各種能源資源在地域分布上都具有不同程度的不平衡性，能源由北而南和由西而東的大量運輸是長期存在的基本態(tài)勢。管道輸送是當代能源運輸?shù)闹饕绞?，利用長距離管道輸送油、氣、煤等資源已成為當今世界解決能源輸送的最主要手段。

長輸管線在設計、施工過程中會充分考慮繞避，但仍不可避免地會穿越一些雨林沼澤、山地等氣候惡劣、環(huán)境條件差的地區(qū)。由于受場地環(huán)境的影響，管線經(jīng)過山區(qū)山勢陡峻，溝谷深切地帶，往往沿著山區(qū)沖積性河流來回穿插敷設，水流對來回穿插敷設較淺的輸氣管道安全構成威脅，因此對長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流的治理措施進行研究十分必要。

2 工程概況

忠武輸氣管道是中石油從渝東向華中地區(qū)輸送天然氣的一條國家重點線路工程，管線總長1345km，工程于2004年12月初主體工程竣工。研究河段位于輸氣管道在樁號301+477～316+711間沿榔坪河延伸段。

管道在榔坪河谷內以挖溝掩埋方式鋪設，管道軸線與主河槽的關系分為并行、橫穿、斜穿、順河四類。管道埋深一般1.6～2.0m，穿主河槽處埋深一般0.42～1.45m。

在管道埋設之后的幾年時間，主河槽多次改變位置且呈現(xiàn)侵蝕下切趨勢，部分地段下切達0.6m。治理前，穿河槽部位管道埋深大多小于1.5m，最薄僅0.3m，與管道一同敷設的通信光纜硅管多處外露。若任其沖刷，穿河槽處覆蓋層會不斷刷薄。管道一旦外露，不僅遭受山洪流水的沖擊，而且水流中攜帶的大量卵礫石和漂石會撞擊管道，輕者管道防腐層損壞，重則可能使管道懸空彎曲甚至發(fā)生拉裂損壞現(xiàn)象，對管線安全構成威脅。

鑒于此種不利情況，文章以榔坪河為例對長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流的治理措施進行了論證。

3 工程地質

3.1 地形地貌

榔坪河地處湖北省長陽土家族自治縣西北部的榔坪鎮(zhèn)，屬清江一級支流招徠河的上游支流河水總體流向自東向西。

榔坪河一帶地貌類型總體屬侵蝕－溶蝕中低山溝谷地貌，位于長陽背斜北翼深切割東西向"V"型溝谷，河道兩翼山嶺之間的分水嶺-碑坳埡口高程1300m左右，而榔坪河谷底高程僅500～700m，切割深度達800～1000m，兩側山高坡陡，坡角35°以上，匯水面積大，榔坪河谷深。

3.2 地層巖性

榔坪河河床及漫灘第四系覆蓋層主要為沖洪積卵礫石層。兩岸覆蓋層分布較廣，為殘坡積碎石土、土夾碎石。兩岸在沖溝、公路等處有基巖露頭，北岸為志留系頁巖、泥質粉砂巖，南岸以奧陶系灰?guī)r、白云巖為主，巖層走向為東西向，基本與榔坪河流向一致，傾向北。

3.3 水文地質

榔坪河一帶地表水系較發(fā)育，研究區(qū)內兩岸沖溝較多，共有24條大小不一的沖溝，并有較大溪流社坪河匯入，龍?zhí)逗釉诶破汉酉掠卫破烘?zhèn)西端匯入榔坪河。

榔坪河為典型的山區(qū)性河流，雨季易暴發(fā)山洪，水位急劇上升，水量大，流速快，水流中攜帶大量石塊與礫砂等推移質，向下游傾泄，山洪沖刷能力強，具暴漲暴落特征。旱季水量小，僅主河槽過水，水深0.3～0.5m，河槽卵石基本裸露，上游基本干涸。

3.4 不良地質現(xiàn)象

3.4.1 山洪

從成因上講，高強度暴雨是山洪災害形成的首要條件。河床坡度陡、森林植被差等原因使山洪洪峰流量大、匯集時間短。防災措施差則造成受災損失大。

從管道鋪設期間在河道內修建的擋墻腳掏蝕情況分析，榔坪河主河槽近兩年以沖刷侵蝕為主。山洪沖刷作用對管道的影響主要為主河槽內管道蓋層不斷被刷薄。調查發(fā)現(xiàn)管道蓋壓層呈不斷刷薄的趨勢。對管道的安全極為不利。

3.4.2 泥石流

根據(jù)地理條件，榔坪河谷乃中原地區(qū)通過鄂西山區(qū)到達川、渝的咽喉之地，318國道、宜萬鐵路、滬蓉西高速公路等國家眾多重點交通工程通過此河谷，大量棄渣遍布榔坪河沿線兩岸，且無可靠的支擋措施，一旦遇到暴雨，極易引發(fā)棄渣隨雨水沖刷而下，形成小型泥石流。泥石流一旦發(fā)生，可在短時間內將大量棄渣推入河中，堵塞河道，引起上下游水流狀態(tài)的改變，導致河床的劇烈變化，泥石流的運移將對管道產(chǎn)生強烈的沖擊。

4 治理方案研究

基于山區(qū)沖積性河流的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，從保護天然氣管道的基本出發(fā)點考慮，采取有效工程措施盡量保持工程建設期間管道的埋深，避免管道穿越河床的位置進一步?jīng)_刷下切，同時所采取的工程措施應最大限度地減小對行洪的影響，避免抬高洪水位從而造成對兩岸重要建筑物和居民點的危害。工程措施甚至應該有利于改善河流流態(tài)，增大河床泄洪能力，保持岸坡穩(wěn)定。

基于這種考慮，工程治理措施首先應分段清理河床，擴大行洪斷面，固定主河槽，避免水流忽左忽右沖刷岸坡，也即使河流流態(tài)平順。同時應采取工程措施固定河床，阻止管道所在位置河床下切。綜合國內外的技術現(xiàn)狀，選用的工程措施為攔沙壩。即在擴寬河床斷面和疏浚主河槽的前提下，在管道穿越河床的下游修筑漿砌石或鋼筋混凝土低壩，用于攔蓄泥沙，固定河床，阻止河床下切，同時結合壩肩翼墻穩(wěn)定兩岸岸坡，這樣加大了上游管道的埋深，使其得到有效保護。為最大限度地減小對行洪的影響，所修筑的壩不宜太高，一般以高出原有河床面0.3～1.0m為宜，同時清理和擴寬河床面是這種措施有效性的一個必要條件。下面以下圖示意說明這種方案的基本原理。

從上圖可以看出，在未設攔沙壩之前主河槽不穩(wěn)定，并有進一步下切的可能。設置攔沙壩以后，由于擴寬了河床，整平了河床面，過水斷面非但未減小甚至可能擴大很多，說明設置攔沙壩不僅未減少河道的行洪能力反而提高了河道的泄洪能力。

綜上所述，攔砂低壩對管道間接地進行保護，同時疏浚了河道，改善了河流流態(tài)，提高了泄洪能力，是一種一舉多得的工程措施。采用攔砂低壩對橫穿河道的管道進行防護是切實可行的方法。

5 治理效果

防護工程于2007年初竣工至今經(jīng)歷了三個洪水期的考驗，輸氣管道以及其附屬設施硅管電纜等未出現(xiàn)一次裸露事件，忠武輸氣管線在榔坪河段得到了一勞永逸的治理，為華中公司向湘鄂大地奉獻能源，為兩湖人民竭誠服務提供了有力的保障。

圖5-1 防護工程施工后狀況

防護工程施工后，改善了當?shù)氐暮恿魃鷳B(tài)環(huán)境，保護了兩岸的耕地，促進了榔坪河流域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和人民群眾生活水平的穩(wěn)步提高。

6 結論

榔坪河防護工程利國、利民、利于河道治理。其完工后，河流流態(tài)平順，天然氣管道得到很好的保護。

本項目既是管道防護工程措施，又具有水利建設項目的特殊性，有一定的防洪效益。本工程發(fā)揮了一定的政治效益、社會效益、環(huán)境效益、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的效益。

穿河段管線防護措施是多樣的，具體工程項目應根據(jù)山區(qū)河流的特點、水文、地質等條件，因地制宜，采用安全、經(jīng)濟、合理的防護方案。攔砂低壩的運用，是長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流的成功案例，對管道、電纜等線路工程穿越?jīng)_積性河流具有一定的借鑒意義

[1]余文疇.長江分汊河道口門水流及輸沙特性[J].長江科學院院報.1987年01期