論黃土塬地區(qū)油氣長輸管道的地質(zhì)災(zāi)害防治措施

屈 銳，馬宏宇，王 林

（中國石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718001）

論黃土塬地區(qū)油氣長輸管道的地質(zhì)災(zāi)害防治措施

屈 銳*，馬宏宇，王 林

（中國石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718001）

地質(zhì)災(zāi)害是影響管道運營安全與使用壽命、破壞管道的重要因素。黃土塬是洪水、地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地區(qū)，油氣長輸管道在建設(shè)過程中對途徑的黃土產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致管道更易遭受水毀、滑坡、坍塌等災(zāi)害的威脅與破壞，嚴(yán)重影響管道運營安全。通過深入分析黃土塬地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害類別，總結(jié)近幾年在蘭—鄭—長成品油管道慶陽支線地質(zhì)災(zāi)害治理工程中的成功經(jīng)驗，結(jié)合地形地貌、土體條件，提出了黃土塬地區(qū)各種易發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的防治措施,以有效避免災(zāi)害發(fā)生及防止災(zāi)害擴(kuò)大，保證管道安全運營、減少經(jīng)濟(jì)損失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，并可為其它同類地區(qū)油氣長輸管道的地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考與指導(dǎo)。

油氣；管道；黃土塬；地質(zhì)災(zāi)害；防治措施

為實現(xiàn)油氣資源供需平衡、降低油氣運輸成本，長輸管道得以迅猛發(fā)展，形成縱橫南北、橫跨東西的管道網(wǎng)絡(luò)大動脈?；诎踩?、經(jīng)濟(jì)性、合理性的管道復(fù)雜走向，給管道后期的日常管理與安全運營帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，尤其是管道途徑地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治。黃土塬地區(qū)具有海拔分布高、厚度大、易沖刷、濕陷性強(qiáng)、穩(wěn)定土層被擾動后恢復(fù)期較長等鮮明的地質(zhì)地貌特性，因大氣環(huán)流在地面低壓系統(tǒng)內(nèi)活動頻繁而造成的多暴雨天氣，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，且對水工保護(hù)措施破壞性極強(qiáng)，致使該地區(qū)的水工保護(hù)及地質(zhì)災(zāi)害治理極其困難，嚴(yán)重威脅管道運營安全，后果不堪設(shè)想[1-2]。本文針對近幾年在蘭—鄭—長成品油管道慶陽支線的水工保護(hù)工程及地質(zhì)災(zāi)害治理中取得的成功經(jīng)驗，結(jié)合黃土塬的地質(zhì)特性，對黃土塬地區(qū)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害類型及其防治技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期指導(dǎo)該地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治，保障管道安全運營，并為其它地區(qū)管道保護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考依據(jù)與成功經(jīng)驗。

1 地質(zhì)災(zāi)害對長輸管道的影響

黃土塬地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，嚴(yán)重的水土流失導(dǎo)致洪水、質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，途徑黃土塬惡劣環(huán)境的長輸油氣管道[3-5]。在施工期間及工程竣工投產(chǎn)運行后，常遭受水毀、滑坡、崩塌等災(zāi)害的威脅，造成管道裸露、懸空、甚至斷管、斷光纜等事件發(fā)生，造成環(huán)境污染、起火爆炸等重大事故發(fā)生。

2 地質(zhì)災(zāi)害的常見類型

根據(jù)表現(xiàn)形式，地質(zhì)災(zāi)害類型分為滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)地面塌陷、巖溶地面塌陷、管溝嚴(yán)重沉陷、地裂縫、沙埋和風(fēng)蝕災(zāi)害、鹽漬土和濕陷性黃土及特殊巖土導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害等[6-7]。

2.1 黃土腰峴崩塌

腰峴通常為梁峁之連接部,位于2條深切沖溝之溝頭,兩側(cè)陡峭壁立、狹窄[6]。管道在修建時，在特殊地段依托腰峴通過較為常見，但不穩(wěn)定的濕陷性黃土腰峴在日后容易發(fā)生崩塌，造成管道及光纜裸露懸空，嚴(yán)重影響管道的安全運行。

2.2 沖溝下切、邊坡側(cè)蝕

沖溝在黃土塬地區(qū)分布廣泛，具有坡降大、兩岸陡峭、植被在施工破壞后恢復(fù)困難的特點。在水流的作用下，沖溝的下切、側(cè)蝕、溯源侵蝕作用強(qiáng)烈，容易引起沖溝邊坡失穩(wěn),產(chǎn)生滑坡、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害，危及管道安全。溝底管道彎頭處沖刷最為劇烈，管道及光纜裸露懸空可能性極大，且管道在彎頭處所受應(yīng)力較為集中，加劇了高陡邊坡對管道的危害。

2.3 地表下沿管道發(fā)育的暗溝

地表下沿管道發(fā)育的暗溝多位于連續(xù)斜坡上，其源頭位于斜坡上部管線附近的黃土漏斗、陷穴、落水洞等下方，水從源頭流入，沿管道侵蝕管道周邊及下方黃土，至斜坡下方管線附近的出水口流出。暗溝具有隱蔽性，致使發(fā)現(xiàn)這類災(zāi)害的難度極大。

2.4 管溝塌陷

管溝塌陷是黃土塬地區(qū)發(fā)生最為頻繁的災(zāi)害類型。沿線原黃土層和植被在管道建設(shè)中造成的擾動，是導(dǎo)致管溝塌陷的主要因素。其中，溝蝕對管溝的危害最為嚴(yán)重,主要表現(xiàn)在溝底下切、溝岸擴(kuò)展和溝頭前進(jìn)。嚴(yán)重時造成地面沉陷,管道裸露懸空，嚴(yán)重影響管道安全。

2.5 河堤岸側(cè)蝕

管道在河流呈月牙處的地帶展開大開挖穿越，致使“月牙”外側(cè)穿越處修建的護(hù)堤工程在河水離心力的作用下，出現(xiàn)十分嚴(yán)重的堤腳掏蝕、堤岸沖刷現(xiàn)象。在黃土塬地區(qū)，管道穿越均為季節(jié)性河流，護(hù)堤受河水沖刷、掏蝕更為嚴(yán)重。

2.6 滑坡

黃土高原的滑坡多發(fā)生在黃土與紅粘土（隔水層）接觸面以上地層中。滑坡易導(dǎo)致隨管道同溝鋪設(shè)的光纜受牽引力而被拉斷。

2.7 水工護(hù)坡垮塌

黃土粘結(jié)性較差，土壤貧瘠，植被不能及時生長，造成新建管道在投產(chǎn)運行后的幾年內(nèi)，受雨水沖刷、水毀相當(dāng)嚴(yán)重，造成管道及光纜裸露。

3 地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

黃土塬管道建成投產(chǎn)初期，主要借鑒蘭—鄭—長成品油管道慶陽支線的地質(zhì)災(zāi)害防治經(jīng)驗，通過公路、鐵路工程的防治技術(shù)開展地質(zhì)災(zāi)害治理，雖取得了一定效果，亦明顯存在一些不足。隨后，結(jié)合黃土特性與經(jīng)驗積累，對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行深入分析，將當(dāng)?shù)貕局翂ι系母纱驂炯夹g(shù)引入地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域，進(jìn)一步完善了黃土塬地區(qū)濕陷性黃土的防治措施。

3.1 地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防措施

定期對管道開展完整的高后果區(qū)評價工作，對管道上可能遭受地質(zhì)災(zāi)害的點建立臺賬，加強(qiáng)巡查，并動用科技手段，對管道途經(jīng)的大型坡體采用地質(zhì)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控的手段，對坡體的滑坡趨勢進(jìn)行預(yù)判，未雨綢繆。且及時治理黃土塬地區(qū)的小地質(zhì)災(zāi)害點，以防止災(zāi)害發(fā)生及影響擴(kuò)大。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害的治理措施

3.2.1 抗滑樁

抗滑樁是穿過滑坡體深入于滑床的樁柱，用以支擋滑體的滑動力，起穩(wěn)定邊坡的作用，適用于淺層和中厚層的滑坡，是抗滑處理的主要措施?？够瑯吨饕獮闃吨?、鎖口和擋板3部分，經(jīng)實踐證明，該措施對于管道穿越腰峴的地段治理效果明顯，但造價較高。

3.2.2 排水溝、擋水埝

排水溝、擋水埝主要是將水引至它處，避免水流向管道上方低洼處或沖刷管道水工保護(hù)工程主體，造成黃土發(fā)生濕陷或護(hù)坡?lián)p壞。排水溝可用混凝土制作或者預(yù)制，擋水埝可用三七灰土夯筑。該措施投資小，治理效果好。

3.2.3 管溝翻夯

管溝翻夯適用于管溝塌陷和地表下管道存在暗溝的地質(zhì)災(zāi)害治理。其方式和措施為：管溝回填高于地面100～200mm,超出管溝外300mm左右,回填土應(yīng)分層夯實,在管道上方0.5m以下應(yīng)仔細(xì)回填,壓實系數(shù)不低于0.93?；靥盍细鶕?jù)實際情況可選用黃土、灰土或者水泥土,并保證最優(yōu)的含水量。

3.2.4 鉛絲石籠

鉛絲石籠指用重型六角網(wǎng)制作的箱型網(wǎng)籠，在施工現(xiàn)場經(jīng)石頭填充，構(gòu)成具有柔性、透水性及整體性的結(jié)構(gòu)，具有控制和引導(dǎo)河流及洪水、防止水土流失的作用，主要用于管道穿越河流的“月牙”外側(cè)受河水沖刷較為嚴(yán)重的部位和受一定高落差的水流沖蝕部位。

3.2.5 擋土墻與淤土壩

擋土墻是一種防治土坡滑坍的構(gòu)筑物，種類較多。長輸管道水工保護(hù)最常用的是重力式擋土墻。重力式擋土墻一般用漿砌石構(gòu)筑而成，主要依靠自身重量以維持穩(wěn)定。

淤土壩與擋土墻結(jié)構(gòu)類似，主要設(shè)置在“口小肚大”、坡降較緩的溝道內(nèi)，起攔洪淤地、抬高侵蝕基點、增加管道上方覆土厚度、淤積后穩(wěn)定溝坡作用。

擋土墻和淤土壩對水土保持穩(wěn)定具有良好的效果。

3.2.6 消力池

消力池是促使在泄水建筑物下游產(chǎn)生底流式水躍的設(shè)施，主要靠水躍產(chǎn)生的表面旋滾及旋滾與底流間的強(qiáng)烈紊動、剪切和摻混作用實現(xiàn)消能，以避免水流對黃土直接沖刷造成較大的濕陷后果，是管道水工保護(hù)工程的有效技術(shù)措施。

3.2.7 干打壘

將西北人民實用的筑房干打壘技術(shù)運用于管道水工護(hù)坡?lián)p毀的治理，具有治理效果好、就地可取材、經(jīng)濟(jì)造價低、結(jié)實耐用的特性。對此，慶陽站特此引入了干打壘技術(shù)，并通過實踐應(yīng)用加以改進(jìn)，形成了適用于管道水工保護(hù)及地質(zhì)災(zāi)害治理的非常有效，且非常經(jīng)濟(jì)的施工措施。其具體施工工藝為：用木樁固定木椽，每椽高度控制在15～20cm，填料采用比例為7∶3的黃土與消石灰，并在最優(yōu)的含水率條件下，采用人工或者打夯機(jī)進(jìn)行層層夯實?？蓮V泛用于田地陡坎、腰峴、大型護(hù)坡滑坡等綜合治理。

3.2.8 截水墻

截水墻指用來防止地下水流動的阻礙物，是防止地下水流動、杜絕地表下沿管道形成暗溝的有效措施。綜合考慮黃土塬地區(qū)土地的復(fù)墾性和經(jīng)濟(jì)學(xué)，一般采用按3∶7的消石灰和黃土進(jìn)行分層夯實而主體修筑。截水墻基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置在管底以下至少0.5m處，且距離地表0.5m處應(yīng)采用素土進(jìn)行夯實。

3.2.9 過水面

采用一些表層硬覆蓋結(jié)構(gòu)對管道穿越的河床或常年流水的區(qū)段進(jìn)行連續(xù)防護(hù)，以消除水對管道上方覆土的沖刷。

3.2.10 斜井井腔灌注

斜井作為黃土塬地區(qū)管道穿越大型沖溝的比較新型的施工措施，具有投資省、施工方便、不破壞黃土塬結(jié)構(gòu)的特點，目前被廣泛應(yīng)用。但是，由于施工質(zhì)量問題，導(dǎo)致斜井上井口密封不嚴(yán)，雨水灌入后導(dǎo)致斜井內(nèi)填充泥土被沖蝕，造成管道及光纜在井腔內(nèi)懸空，給管道運行安全帶來隱患。對此，采用腐植酸鈉、黃土、水玻璃和水按照一定的比例進(jìn)行充分拌合后向井腔內(nèi)灌注，灌注時應(yīng)保證一定灌速，使井腔內(nèi)被充分灌實，灌注完畢后，上井口封堵時應(yīng)充分夯實，并設(shè)置防滲膜，以防止水流進(jìn)入斜井內(nèi)。

4 災(zāi)害防治措施中需進(jìn)一步解決的問題

（1）消力池于實際應(yīng)用中雖有效減小了水流的沖擊力，由于黃土塬地區(qū)黃土濕陷的特性，從消力池溢出的水仍會掏蝕消力池周邊和下方的黃土，造成消力池懸空，并在自身重力的作用下發(fā)生損毀。需采取有效措施穩(wěn)固消力池。

（2）管道在修建及地質(zhì)災(zāi)害整治時期，上方的植被破壞后恢復(fù)極其困難，給管道穿越邊坡位置的水土保持帶來了極大的挑戰(zhàn)，亟需新的植被恢復(fù)技術(shù)。

（3）鑒于抗滑樁造價較高、施工技術(shù)要求較高，對于不能使用干打壘進(jìn)行治理的點，尋求更經(jīng)濟(jì)簡便的高陡邊坡、腰峴處理替代措施尤為重要。

（4）需建立邊坡穩(wěn)定性的有效評價措施，以根據(jù)大型護(hù)坡地質(zhì)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過分析、計算得出邊坡是否穩(wěn)定。

5 結(jié)論

長輸管道經(jīng)過黃土塬地區(qū)濕陷性黃土的地質(zhì)災(zāi)害治理的防治措施，不僅關(guān)系到管道的安全平穩(wěn)運行，也關(guān)系到周邊群眾生命財產(chǎn)安全及生態(tài)環(huán)境保護(hù)。由于長輸管道途經(jīng)跨度大，地質(zhì)水文情況相對復(fù)雜，一種災(zāi)害治理措施往往不能完全滿足災(zāi)害治理需要達(dá)到的效果，因此，實際應(yīng)用中需將幾種措施聯(lián)合使用，以達(dá)預(yù)期目的。黃土塬地區(qū)有效的災(zāi)害治理經(jīng)驗可為其它類同地區(qū)提供參考性或指導(dǎo)性作用，并積極推動我國長輸管道綜合技術(shù)水平的發(fā)展。

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1004-5716(2016)12-0044-03

2015-12-18

2015-12-18

屈銳（1984-），男（漢族），陜西漢中人，工程師，現(xiàn)從事管道管理及陰極保護(hù)工作。