長輸管道工程水土流失特點及防治措施體系淺析

康玲玲，劉 坤，王澤元，楊 洲，董飛飛，孫 娟(.黃河水利科學研究院，河南 鄭州 45000； .濟南樹人項目管理有限公司，山東 濟南 50000；.華北水利水電大學，河南 鄭州 4500)

長輸管道工程水土流失特點及防治措施體系淺析

康玲玲1，劉 坤2，王澤元3，楊 洲3，董飛飛1，孫 娟1

(1.黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003； 2.濟南樹人項目管理有限公司，山東 濟南 250000；3.華北水利水電大學，河南 鄭州 450011)

管道工程；水土流失特點；水土保持措施布設；防治措施體系

分析了長輸管道工程基本特征，歸納出了管道工程水土流失主要有單位流失量不大但總量大、呈線狀分布、類型多樣、強度空間分布差異大、發(fā)生時段集中和存在潛在危害等特點。以鐵嶺—錦西原油管道復線工程為例，參考同類工程經驗，綜合考慮平原區(qū)和山丘區(qū)措施布設實際，在對主體設計中具有水保功能的工程進行分析評價的基礎上，按6個二級分區(qū)設計了管道工程水土流失防治措施體系。

管道類工程包括輸氣管道、輸油管道、輸水管道、輸灰管道和輸礦管道等。在眾多的管道工程中，輸油、輸氣管道的距離最長，常稱其為長輸管道工程(以下簡稱管道工程)。該類工程輸送距離遠，空間跨度大，涉及范圍廣而復雜，以致工程建設造成的水土流失問題也相當突出。因此，分析該類型工程建設造成水土流失的特點并探討其水土流失防治措施體系就顯得十分必要。

1 管道工程基本特征分析

1.1 工程特征

管道工程設計、建設所涉及的內容與水土保持有著密切關聯，甚至某些特征直接影響水土流失特點與危害，并決定防治措施的類型與布設。

(1)線路走向與長度。管道工程的走向與長度不僅決定著占地面積與施工難易度，還直接影響水土流失及其防治。在確定線路及走向過程中不僅需考慮沿線城市、交通、電力等建設現狀與規(guī)劃，以及地形地貌、水文氣象、地質、地震等自然條件，還應避開城市水源區(qū)、軍事設施、重點文物保護單位和自然保護區(qū)等區(qū)域。我國幅員遼闊，但油氣資源分布不均，使得管道工程的長度達到幾百公里甚至數千、上萬公里，跨越多個行政區(qū)，經過不同地貌、氣候和植被類型區(qū)。

(2)工程占地與土石方。首先，占地面積大。如陜京三線輸氣工程占地面積達3 225 hm2，新粵浙輸氣工程占地達25 063 hm2。其次，占地類型多樣。由于線路長度大且走向不穩(wěn)定等，所以這類工程占地基本涵蓋了所有土地利用類型，如平原區(qū)多耕地，山丘區(qū)多林草地。最后，臨時占地面積比例大。如陜京三線輸氣工程高達98.4%，新粵浙輸氣工程也達95.8%。

土石方的流向非常重要，工程建設動用土石方是導致水土流失的重要原因之一。管道工程有的土石方挖填量達幾百萬方至幾千萬方，甚至上億方，如陜京三線輸氣工程達2 725萬m3，新粵浙輸氣工程多達2.31億m3，還有一定數量棄方和借方。管道工程大多土石方被就地利用與回填，永久棄渣量比較少，只有在管道經隧道穿越時，才產生大量棄渣。

(3)管道穿、跨越。管道工程不可避免地要穿越一些河流、公路、鐵路，甚至翻越一些低矮山丘或穿越局部山體，這不僅增加施工難度，而且增加施工時間、增大擾動面積等。

(4)站場及附屬設施。站場、閥室是管道工程的樞紐，一般位于起點、終點及中間轉折點。通常選址于地勢平緩區(qū)域，在選址中既要避開不良地質段，還應不占或少占耕地和保證有足夠的施工操作場地。同時，應考慮交通便捷、供電、供水、排水及職工生活方便等條件。公用及附屬設施包括通信、供電工程，維修搶修中心、標志樁、固定墩等，此類設施雖占地面積小，但實際上是工程順利建設和安全運行的保證條件。

1.2 工程建設特點

(1)施工工藝流程復雜。盡管管道工程的施工時間并不算長，但所經歷的階段比較多，如有前期交樁、測量放線，早期場地清理、施工組織布置和管道運輸、布管與防腐處理，以及管溝開挖、管道下溝或穿越，中期管線連通、土方回填、試壓和水工保護工程及附屬設施實施，最后是土地整治與植被恢復。

(2)施工作業(yè)帶較窄，但線路長。施工作業(yè)帶一般采用機械作業(yè)，主要是平整溝、坎、陡坡等。在整理施工作業(yè)帶中，既要保護農田、果樹、溝渠等生產設施，盡量少占耕地，還需保護地表植被和原狀土，減少對農業(yè)生產的影響。作業(yè)帶寬度按地形與施工工藝、機械而定，平坦地段大多≤18 m，起伏較大的地段大多6～13 m。

(3)管溝開挖與管道敷設動土量大。開挖管溝一般采用單斗挖掘機，特殊地段采用人工。開挖深度取決于農田耕作層、凍土與地下水深度、地形與地質條件、地面車輛荷載及管道穩(wěn)定性要求等因素。管溝寬度根據管溝深、管外徑和施工措施確定。開挖出的土方堆在焊接管一側，且距溝邊不少于0.5 m，堆積高度不超過1.5 m。在耕作區(qū)應將表層耕植土與下層土分開堆放，下層土放在靠近管溝一側。每段管溝的開挖應與管道焊接、下溝回填緊密結合，施工完一段再開挖另一段。管溝回填時，先用細土回填至保溫層以上0.3 m后，方可用原狀土回填(先生土、后耕植土)；回填土一般高出地面0.3 m，故易形成管堤而改變地表水流，進而引起水土流失，因此需布設相應防護措施。

(4)穿越河流多且施工方法多樣。穿越河流次數多且施工方法多樣，主要有：①圍堰導流法。將河流斷航(流)，開挖導流渠，修筑圍堰堤壩；在作業(yè)帶兩側開挖排水溝、集水坑以排出滲水；清理河底淤泥，鋪設土工布，保證河底承載力滿足施工要求。②定向鉆穿越法。較寬河流及部分鐵路、公路穿越段采用定向鉆穿越。該法具有工藝成熟、工期短、不破壞原地貌、擾動范圍小、不受汛期水流影響、能保證管道埋深、確保運行安全，以及不易產生水土流失等特點。③大開挖水下牽引穿越法。該類穿越受河水流動、水文、地質條件影響大，且易產生較強的水土流失。④盾構法。該方法通過機械化、自動化作業(yè)直接為管道修建通道，并有速度快、擾動范圍小、不受天氣限制、不影響交通與航運及水土流失較輕等特點。

(5)公路、鐵路穿越多且施工難度較大。為不影響交通運輸，鐵路和高等級公路多采用頂箱涵穿越方式，該方法占地面積少，影響范圍小，但遇復雜地質條件時施工難度加大，造價較高。穿越低級別公路如鄉(xiāng)村公路等，常因地形狹窄無法放置穿越設備而采用大開挖，這不僅易產生較強的水土流失，而且還需開辟繞行道路，以滿足通車的要求。

2 管道工程水土流失特點分析

管道工程線路長，空間跨度大，涉及范圍廣而復雜，再加上各段施工工藝不同，擾動強度、臨時堆土和棄渣量差異大等情況，造成各段水土流失特點不盡相同，但總體上可歸納為以下幾點:

(1)單位流失量不大，但總量大[1]。管道工程作業(yè)帶較窄，但線路長, 再加上穿跨越河流、公路、鐵路等敏感區(qū)次數較多，管溝開挖臨時堆土量大和局部棄渣多等，致使水土流失呈現出單位長度或局部量不大, 但總量很大的特點。

(2)呈線狀分布[2-4]。管道工程為線性工程，工程建設對地表的擾動和植被的損壞均呈窄長形，其造成的水土流失也呈線狀分布。

(3)類型多樣[5]。沿線氣候、地形、植被、土壤等存在差異，導致施工區(qū)土壤侵蝕類型多樣，有水力侵蝕、風力侵蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕等，由開挖、堆土、棄渣等而產生的水土流失也呈現出類型多樣的特點。

(4)強度空間分布差異大[2]。管道工程施工工藝多樣，各區(qū)、段的地形等自然條件不同，再加上擾動強度、堆土與棄渣的數量與形式差異甚大，導致工程建設所引發(fā)的水土流失的強度在空間分布上呈現不均勻、區(qū)段間差異大的特點。

(5)發(fā)生時段集中[4]。管道工程水土流失主要發(fā)生于雨季或風季的施工階段，管溝開挖、土石方臨時堆放、管溝回填，不僅破壞了沿線原地貌，而且改變了微地形，所產生的大量棄土、棄渣，在強降雨或強風作用下，都易發(fā)生強烈的水土流失。因此，該類工程的水土流失集中發(fā)生在雨季或風季的施工時段。

(6)存在潛在危害[6-9]。管道經過山地、丘陵、河谷等特殊地貌類型區(qū)時，開挖對邊坡的破壞易引起崩塌、滑坡、泥石流等；當管道穿越河流，尤其以隧道方式穿越山體時，會產生較多棄渣，若將棄渣堆放在有較大流量的沖溝和河流兩岸時，將直接威脅沖溝和河道行洪安全。

3 管道工程水土流失防治措施體系構建

構建防治措施體系是管道工程水土保持工作的重要部分，布設合理、可行的防護措施就能有效控制人為水土流失，最大限度地減少工程建設對生態(tài)環(huán)境的影響，并保證工程建設順利進行和運行安全。為全面介紹管道工程水土流失防治措施體系，以鐵嶺—錦西原油管道復線工程為例，結合同類工程防治經驗和研究成果，就管道工程水土流失防治措施體系進行分析討論。

3.1 工程概況

該工程全部在遼寧省境內，沿線經鐵嶺市、法庫縣、新民市、黑山縣、北鎮(zhèn)市、凌海市、錦州市和葫蘆島市，有干、支線各1條。干線起自鐵嶺，止于葫蘆島，全長420.9 km；支線起自松山分輸熱泵站，止于錦州港，全長36 km；全線設站場9座，監(jiān)控閥室14座、單向閥室3座及手動閥室5座。工程占地面積1 152.49 hm2，其中永久占地82.11 hm2、臨時占地1 070.38 hm2。工程挖方695.92萬m3，填方705.52萬m3，借方12.12萬m3，廢棄2.52萬m3。項目區(qū)有低山丘陵和遼河沖積平原兩個地貌單元，土壤侵蝕有水力和風力兩種類型，并以輕、微度水力侵蝕為主。

按地貌類型可將項目區(qū)劃分為平原區(qū)和低山丘陵區(qū)兩個一級防治區(qū)，再結合工程布局與施工工藝，可將兩個一級防治區(qū)劃分為站場閥室區(qū)(含進站路和近距供電線路)，管道作業(yè)帶區(qū)，河流穿越區(qū)，公路、鐵路穿越區(qū)，施工便道區(qū)，施工生產區(qū)等6個二級防治區(qū)。

3.2 分區(qū)防治措施布設

水土流失防治措施布設是在對主體工程設計中具有水保功能工程分析評價(以下簡稱“主體工程分析評價”)和綜合考慮平原區(qū)和山丘區(qū)特點的基礎上，結合同類工程經驗，按上述劃分的6個二級區(qū)分別進行。

3.2.1 站場閥室區(qū)

(1)主體工程分析評價。主體工程設計中雖然有工程護坡、排水、擋土墻、綠化等措施，但擋土墻不能被納入防治措施體系，站場綠化也需要細化，為此補充以下措施：①剝離表土、集中堆放，并設攔擋、苫蓋、排水和沉沙等措施。②在進站路兩側布設行道樹，供電線路需要進行土地整治、植被建設。③區(qū)內及四周布設臨時排水措施及沉沙池。④在空閑區(qū)按喬灌草布設植物措施，管道、儲油罐區(qū)采用礫石覆蓋。⑤山丘區(qū)站場及挖方邊坡坡頂布設截水(洪)溝、植物或實施綜合護坡。

(2)措施布設綜述。剝離表土并集中堆存，布設裝土編織袋攔擋，用彩條布苫蓋并布設土質排水溝與沉沙池；按永臨結合布設排水系統(tǒng)，道路(含進站路)兩側設行道樹與漿砌石邊溝，邊坡撒播草籽。施工結束后，挖(填)邊坡設工程、植物或綜合護坡，坡頂設截排水溝，管道及儲油罐區(qū)用礫石覆蓋，空閑區(qū)進行土地整治、植喬灌草，供電線路進行土地整治、復耕或植被建設。

3.2.2 管道作業(yè)帶區(qū)

(1)主體工程分析評價。主體工程設計中有表土剝離與土地整治措施，涉及低山丘陵區(qū)的還有工程護坡、恢復田坎、擋土墻、截排水等措施，除工程護坡、截排水可納入措施體系外，需要補充以下措施：①沿線堆放的表土，用裝土編織袋攔擋、彩條布苫蓋。②對山丘區(qū)形成的較大開挖面，用彩條布苫蓋。③在山丘區(qū)作業(yè)帶上側邊，設截排水及順接工程。④作業(yè)帶5 m內復耕或撒播草籽，5 m外復耕或植喬灌草。

(2)措施布設綜述。剝離表土，堆存于堆土區(qū)外側下方，用裝土編織袋攔擋、彩條布苫蓋，在山丘區(qū)作業(yè)帶上側邊設截排水溝及順接工程，較大開挖面用彩條布苫蓋、頂部設截排水溝。施工結束后，進行土地整治，回覆表土，5 m內復耕或撒播草籽，5 m外植灌喬草或復耕。

3.2.3 河流穿越區(qū)

(1)主體工程分析評價。主體工程設計中雖有截排水、圍堰、泥漿池、護岸、防沖墻、河流護底、草袋水工、草袋圍堰等措施，但除截排水可納入防治措施體系外，還需要補充以下措施：①排水順接工程和必要的表土剝離及回覆措施。②臨時堆土、淤泥集中堆放并設攔擋、苫蓋、截排水、沉沙等措施。③泥漿池回填、土地整治、回覆表土與復耕或林草措施等。

(2)措施布設綜述。剝離表土并集中堆放，臨時堆土和淤泥分別堆存，用裝土編織袋攔擋、彩條布苫蓋，設置截排水及順接工程與沉沙池。施工結束后，恢復區(qū)內工程護坡，布設排水措施，回填泥漿池，進行土地整治，復耕或恢復植被。

3.2.4 公路、鐵路穿越區(qū)

(1)主體工程分析評價。主體工程設計中已有恢復原有排水、路面硬化、土地整治等措施，除排水、土地整治可納入防治措施體系外，還需要補充以下措施：①排水順接工程，臨時堆土設攔擋、苫蓋及排水、沉沙措施。②表土剝離、回覆利用和作業(yè)區(qū)內排水、沉沙措施。③山丘區(qū)形成的較大開挖面，用彩條布苫蓋，并實施綜合護坡。④泥漿池回填、土地整治、回覆表土及復耕或實施林草措施。

(2)措施布設綜述。剝離表土并集中存放，用裝土編織袋攔擋、彩條布苫蓋，布設排水溝、沉沙池；作業(yè)區(qū)內設排水、沉沙措施；山丘區(qū)較大開挖面用彩條布苫蓋并實施綜合護坡。施工結束后，恢復工程護坡及排水順接工程，回填泥漿池，進行土地整治，復耕或恢復植被。

3.2.5 施工便道區(qū)

(1)主體工程分析評價。主體工程設計中僅有土地整治措施，還需要補充以下措施：①剝離表土，并集中堆存，用裝土編織袋攔擋、防塵網苫蓋，布設排水及沉沙池。②在山丘區(qū)填方坡腳布設攔擋措施，路塹邊坡實施護坡及坡頂布設截排水措施。③按恢復原土地利用功能原則，回覆表土，復耕或進行林草植被建設。

(2)措施布設綜述。剝離表土并集中堆存，用裝土編織袋攔擋、防塵網苫蓋，設置排水溝、沉沙池；路基兩側或一側設排水溝，山丘區(qū)填方坡腳用裝土編織袋攔擋，路塹邊坡實施護坡及坡頂設截排水溝。施工結束后，進行土地整治，復耕或恢復植被。

3.2.6 施工生產區(qū)

(1)主體工程分析評價。主體工程設計中僅有土地整治措施，還需要補充以下措施：①表土剝離并集中堆存，用裝土編織袋攔擋、防塵網苫蓋，設置排水溝及沉沙池。②區(qū)內及周邊設排水溝、沉沙池及順接工程。③山丘區(qū)挖方邊坡實施工程、植物或綜合護坡，填方坡腳設攔擋措施。④在城市，施工生產區(qū)周邊設彩鋼板圍欄。⑤按恢復原土地利用功能原則，回覆表土，復耕或進行林草植被建設。

(2)措施布設綜述。剝離表土并集中堆存，布設裝土編織袋攔擋，用防塵網苫蓋并布設排水溝、沉沙池；區(qū)內及周邊設排水、沉沙及順接工程；山丘區(qū)挖方邊坡實施工程、植物或綜合護坡，填方坡腳設攔擋措施。施工結束后，進行土地整治，復耕或恢復植被。

3.3 防治措施體系構建

依據上述分區(qū)防治措施布設，構建水土流失防治措施體系框圖(圖1)。

圖1 管道工程水土流失防治措施體系

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(責任編輯 孫占鋒)

黃河水利科學研究院基本科研業(yè)務費專項(HKY-JBYW-2014-06)

S157.2

C

1000-0941(2017)01-0024-05

康玲玲(1966—)，女，河南鄭州市人，教授級高級工程師，碩士，主要研究方向為水土保持。

2016-04-20