呼包鄂管道鄂爾多斯段水毀災(zāi)害特征及防護(hù)工程優(yōu)化

伍運(yùn)霖，鄧清祿，安鵬舉，趙學(xué)金

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

呼包鄂管道鄂爾多斯段水毀災(zāi)害特征及防護(hù)工程優(yōu)化

伍運(yùn)霖，鄧清祿，安鵬舉，趙學(xué)金

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

長(zhǎng)距離輸油管道穿越鄂爾多斯丘陵地區(qū)，管道水毀地質(zhì)災(zāi)害有獨(dú)特的發(fā)育類(lèi)型和危害特征。論文結(jié)合呼包鄂管道沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果，總結(jié)了該區(qū)管道水毀災(zāi)害的發(fā)育特征，半定量分析了水流在各類(lèi)水毀中對(duì)防護(hù)工程的沖刷破壞作用。根據(jù)已有防護(hù)工程的變形破壞模式，對(duì)鄂爾多斯地區(qū)管道水毀災(zāi)害的防護(hù)措施提出了優(yōu)化建議，同時(shí)提出采用土工格柵護(hù)坡對(duì)管道過(guò)崾峴進(jìn)行防護(hù)。為長(zhǎng)輸油氣管道穿越鄂爾多斯地區(qū)的建設(shè)和保護(hù)提供參考。

管道水毀；發(fā)育特征；變形破壞模式；優(yōu)化建議

0 引言

呼和浩特-包頭-鄂爾多斯成品石油管道(簡(jiǎn)稱(chēng)呼包鄂管道)于2014年6月投產(chǎn)，但隨著管道運(yùn)營(yíng)，管道水毀地質(zhì)災(zāi)害的危害開(kāi)始凸顯。21世紀(jì)以來(lái)隨著輸油氣管道的建設(shè)投產(chǎn)，管道水毀問(wèn)題引起的國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和研究。國(guó)外學(xué)者對(duì)管道水毀的研究更多地集中在河流和海底等水相環(huán)境下的水管作用過(guò)程研究，2001和2002年Sumer[1]等研究了波流對(duì)海底管道的局部沖刷，包括沖刷的臨界條件和發(fā)生機(jī)理；2003年Gao等發(fā)現(xiàn)當(dāng)管道在渦流作用下擺速達(dá)到一定值時(shí)，邊沙被沖刷時(shí)形成的沙波將影響管道的穩(wěn)定性[2]。在國(guó)內(nèi)，鄧清祿等結(jié)合忠武管道對(duì)山區(qū)管道水毀的危害做了靜力學(xué)分析[3-4]；梅云新[5](2003)、劉永強(qiáng)[6](2010)分別結(jié)合馬惠寧輸油管道和榆林-濟(jì)南輸氣管道論述了管道經(jīng)過(guò)黃土地區(qū)時(shí)存在的水毀災(zāi)害類(lèi)型并總結(jié)了相應(yīng)的防治經(jīng)驗(yàn)；2014年郭存杰等論述了管道經(jīng)過(guò)黃土崾峴部位的水毀機(jī)理，并結(jié)合陜京輸氣管道沿線(xiàn)具體實(shí)例給出了對(duì)應(yīng)的治理措施及其適應(yīng)條件[7]；張恒[8](2014)和李寧[9](2015)根據(jù)長(zhǎng)慶-呼和浩特原油管道沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查結(jié)果，對(duì)鄂爾多斯丘陵地區(qū)管道水毀災(zāi)害的分布特征和影響因素進(jìn)行了總結(jié)。

總體上，國(guó)外學(xué)者研究以管、水作用過(guò)程為主；國(guó)內(nèi)學(xué)者則依托已建管道對(duì)穿越山區(qū)和黃土地區(qū)的水毀問(wèn)題研究較多，由于依托具體管道進(jìn)行研究，其成果地域性較強(qiáng)，對(duì)管道穿越丘陵溝壑地區(qū)的水毀災(zāi)害研究較少且多以定性分析為主，缺少針對(duì)管道水毀災(zāi)害與致災(zāi)因子之間關(guān)系的定量、半定量研究。本文以呼包鄂管道地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，總結(jié)并分析了鄂爾多斯丘陵區(qū)管道水毀問(wèn)題的發(fā)育模式和防護(hù)措施，為長(zhǎng)輸油氣管道穿越鄂爾多斯地區(qū)的建設(shè)和保護(hù)提供了參考。

1 呼包鄂管道水毀災(zāi)害特征

1.1 工程概況

呼包鄂管道是國(guó)家“十二五”規(guī)劃的油氣管網(wǎng)建設(shè)重點(diǎn)工程，是內(nèi)蒙古地區(qū)第一條成品油管道，管徑355 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管道近南北向穿越鄂爾多

斯，該段總長(zhǎng)67 km，占全線(xiàn)總長(zhǎng)38%，是全線(xiàn)水毀災(zāi)害發(fā)育最密集的部分。

鄂爾多斯地區(qū)為典型的大陸性半干旱氣候，地表無(wú)徑流，降雨少且集中在7、8月，多以暴雨的形式出現(xiàn)，單次降雨歷時(shí)短、強(qiáng)度大(圖1)。

圖1 鄂爾多斯月均降雨量統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of monthly rainfall in Ordos

該區(qū)植被覆蓋率低，局部生長(zhǎng)有灌木和旱生禾本草類(lèi)植物，屬于中低山丘陵地貌，地勢(shì)南高北低，海拔1 023～1 480 m，高差20～50 m，微地貌單元切割強(qiáng)烈，“V”字型河谷密布，河、溝谷兩側(cè)坡角15°～25°，坡面線(xiàn)長(zhǎng)20～80 m，管道基本順坡面走向敷設(shè)。區(qū)內(nèi)巖性以中生界砂巖為主，新生界風(fēng)積砂層次之(表1、圖2)；由于強(qiáng)烈風(fēng)化，地面被干燥松散的風(fēng)積粉砂、粉細(xì)砂覆蓋，管體也位于砂積層內(nèi)(圖3)。區(qū)內(nèi)人類(lèi)工程活動(dòng)較弱，以管道建設(shè)時(shí)的開(kāi)挖、回填以及環(huán)境恢復(fù)等為主要影響。

表1 鄂爾多斯地層巖性分布簡(jiǎn)表Table 1 The distribution of formation lithology in Ordos

圖2 紫紅色粉細(xì)砂巖Fig.2 Purplish red fine sandstone

圖3 風(fēng)積砂地Fig.3 The eolian sand

1.2 水毀災(zāi)害發(fā)育特征

鄂爾多斯段管道埋深約1.6～1.8 m，基本位于砂積層內(nèi)，由于表層土體松散、坡面陡長(zhǎng)、降雨突發(fā)等，管道竣工以來(lái)水毀災(zāi)害頻發(fā)。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，鄂爾多斯段管道水毀災(zāi)害發(fā)育數(shù)量大，空間分布不均勻，以達(dá)拉特旗發(fā)育數(shù)量、密度最大，主要以坡面水毀為主，局部發(fā)育河溝道水毀，風(fēng)險(xiǎn)性普遍較高(表2)。

表2 研究區(qū)水毀災(zāi)害類(lèi)型及分布Table 2 The types and distribution of flooding damages in study area

災(zāi)害發(fā)育的規(guī)模是評(píng)價(jià)其發(fā)育能力和程度的指標(biāo)。結(jié)合調(diào)查結(jié)果，以水流對(duì)坡面的最大沖刷深度和寬度為標(biāo)準(zhǔn)將坡面水毀發(fā)育規(guī)模進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)。

表3 研究區(qū)水毀規(guī)模分類(lèi)Table 3 The classification of flooding damages scale in study area

由于地形的起伏和降雨時(shí)空分布不均勻，管道多次沿沖溝兩側(cè)坡面按“先下后上”的敷設(shè)方式橫穿溝谷，管溝表面是被擾動(dòng)的松散無(wú)粘結(jié)能力的細(xì)砂、粉細(xì)砂，在坡面水流的水力侵蝕作用下形成順坡面展布的窄而深的樹(shù)枝狀或梳齒狀沖刷溝(坑)，平行管道發(fā)育，寬度0.8 m以上為主，深度0.3 m以下或0.8 m以上；坡面水流游蕩性、改道性強(qiáng)，多形成漫流細(xì)溝，坡面以溝狀侵蝕為主，水毀方式以順蝕管溝和溯源侵蝕為主，順蝕管溝主要發(fā)生在沖溝兩側(cè)坡面，溯源侵蝕發(fā)生在管道過(guò)崾峴處溝頭后緣(圖4)。

圖4 研究區(qū)水毀實(shí)例Fig.4 The example of flooding damages

水流從坡面頂部呈散流狀流向坡腳，水流向下的剪切力和轉(zhuǎn)彎側(cè)蝕導(dǎo)致沖溝加深、加寬，越靠近坡腳處水力侵蝕越強(qiáng)，水流越向管溝一側(cè)匯集，導(dǎo)致管道覆蓋層變薄進(jìn)而露管、懸管或掏蝕已建工程基礎(chǔ)間接對(duì)管道造成危害(圖5)。

圖5 研究區(qū)水毀危害Fig.5 The harmful consequences of flooding damages

2 沖刷分析

2.1 已建防護(hù)工程及破壞模式

管道沿線(xiàn)防護(hù)工程總體以截、排水為目的，主要有截水墻、截排水溝、沙袋壓覆、漿砌硬化保護(hù)等。具體來(lái)說(shuō)，在管道翻越溝壑時(shí)坡面主要采用截水墻和護(hù)坡將水流排向管道側(cè)方，一方面減緩坡面挾沙水流的速度，使其淤積在墻后而增加管道上覆土厚度以間接保護(hù)管道；另一方面采用護(hù)岸、護(hù)底等硬化措施直接保護(hù)溝底或坡腳等水流作用較強(qiáng)的部位；沙袋堆填僅在局部小規(guī)模使用，結(jié)構(gòu)上具有一定整體性，遇水不易流失。

坡面水毀是主要水毀類(lèi)型，一種情況是坡面水流從頂部順坡向下沖刷，遇已建工程后從其端側(cè)繞過(guò)，在前方匯集然后流向溝底；此過(guò)程中，一是水流對(duì)坡面松散砂土的下切作用導(dǎo)致沖溝加深并逐漸露管，二是水流從擋墻端側(cè)繞過(guò)時(shí)導(dǎo)致工程端部基礎(chǔ)外露或被掏空；同時(shí)，越過(guò)擋墻頂部的水流在外側(cè)形成自由跌水，跌水后退掏蝕擋墻基礎(chǔ)，二者均會(huì)導(dǎo)致?lián)鯄p壞(圖6、圖7)。

圖6 防護(hù)工程破壞模式示意圖Fig.6 The schematic diagram of failure mode of protection engineering

圖7 研究區(qū)某坡面水毀實(shí)例Fig.7 The example of slope flooding damage

另一種情況是當(dāng)管道順坡走向敷設(shè)過(guò)崾峴時(shí)，截、擋工程多設(shè)置在管道外側(cè)，由于坡面水流方向和管道走向正交，在水流的沖刷下外側(cè)沖溝溝頭發(fā)生向管道方向的溯源侵蝕，而Q4土含有一定類(lèi)黃土的性質(zhì)，抗蝕能力較差，遇水易崩解[7]，導(dǎo)致防護(hù)工程形成圓弧形缺口而垮塌失效(圖8)。

圖8 管道過(guò)崾峴水毀實(shí)例Fig.8 The flooding damage example in yaoxian area

硬覆蓋結(jié)構(gòu)主要用于河溝道保護(hù)，一般效果較好，當(dāng)河溝坡降較大時(shí)，由于跌水在硬覆蓋外側(cè)邊緣形成缺口，水流順缺口下切逐漸導(dǎo)致露管(圖9)。

圖9 硬化工程破壞實(shí)例Fig.9 The example of hardening project faliure

2.2 水流沖刷分析

水毀問(wèn)題導(dǎo)致工程失效的主要原因是水流的沖刷作用，包括下切和跌水等，而水流沖刷深度和作用范圍直接影響到防護(hù)工程的類(lèi)型、尺寸及災(zāi)害的治理效果。因此對(duì)鄂爾多斯地區(qū)水流對(duì)防護(hù)工程的沖刷特征進(jìn)行定量或者半定量分析非常必要?，F(xiàn)針對(duì)前文所述情況分別進(jìn)行分析。

(1)水流對(duì)坡面的沖刷分析

水流對(duì)坡面的沖刷強(qiáng)度取決于流速、土質(zhì)、坡度、坡線(xiàn)長(zhǎng)度等多種因素，目前沒(méi)有統(tǒng)一定量的計(jì)算方法，模型試驗(yàn)表明沿坡面線(xiàn)向坡腳水流沖刷深度加大，整個(gè)坡面的侵蝕過(guò)程由坡腳逐漸向坡面上方擴(kuò)展[10]。單次暴雨過(guò)程中坡面水流主要屬于紊流，靠近坡面有一層較薄的層流，水流對(duì)坡面的下切作用主要取決于其剪切應(yīng)力，根據(jù)坡面剪切沖刷理論進(jìn)行半定量計(jì)算[11]：

(1)

式中：ω——為沖刷系數(shù)，與水流單寬流量、水流厚度、水力坡度、表層土體內(nèi)摩擦角α、坡面坡度θ均有關(guān)；

τgs1、τgs2——斷面1、2的水流剪切應(yīng)力/(N·m-2)

△x——斷面1、2在坡面上的間距/cm；

△y——水流沖刷深度/cm；

△t——沖刷時(shí)間/s。ω按下式計(jì)算：

(2)

忽略水流最下層較薄的層流，水流坡面剪切力按下式計(jì)算：

(3)

(4)

式中：ks——混滲長(zhǎng)度系數(shù)，取0.4；

h——水流厚度/m；

z——水團(tuán)平均平面深度/m，取h/2。

根據(jù)以上公式，以50 m長(zhǎng)、25°坡為例，坡面粉細(xì)砂內(nèi)摩擦角32°，并假定坡面水流最后匯集在兩條沖溝內(nèi)，采用曼寧公式計(jì)算單寬流量。按0.5 m為坡面間距，計(jì)算得出坡腳最下方?jīng)_刷強(qiáng)度為0.76 mm/s，10 min時(shí)間內(nèi)沖刷深度達(dá)45 cm，對(duì)應(yīng)的降雨強(qiáng)度為100 mm，且沖刷深度隨著坡面線(xiàn)的增長(zhǎng)而增加，坡度和表面巖土的性質(zhì)對(duì)沖刷深度影響最大。

(2)工程外側(cè)跌水沖刷分析

水流越過(guò)擋墻頂部在其前方形成跌水沖刷基礎(chǔ)的情況，主要發(fā)生在墻后淤積一段時(shí)間后，此過(guò)程和水舌沖擊角、水流含砂量和砂粒徑大小均有關(guān)，目前的定量計(jì)算主要是采用經(jīng)驗(yàn)公式，本文采用Mason和Arumugam(1985)在總結(jié)60年來(lái)31個(gè)沖刷深度公式后所提出的自由跌水引起的局部沖刷修正公式[14]：

(5)

式(5)中

(6)

式中：He——跌水水頭差；本次取1.5 m；

q——單寬流量/(m2·s-1)；

ω——顆粒沉降速度/(N·m-3)；

γ——水的比重/(N·m-3)，取103；

b——尾水深/m，取0.02 m；

d——泥沙平均粒徑，取0.046 mm；

Cd——顆粒沉降系數(shù)，取0.43；

γs——泥沙比重，α取0.2，β取0.1。

化簡(jiǎn)得：

h=9.79(ln21.21t+1)0.5(cm)

(7)

計(jì)算得出水流越過(guò)墻頂形成自由跌水沖刷深度隨時(shí)間變化結(jié)果(圖10)。

圖10 自由跌水深度隨時(shí)間變化Fig.10 The depth of free overfall varies with time

根據(jù)鄂爾多斯氣象資料，該區(qū)降雨量大于50 mm/h的時(shí)間約10 h/a，造成的沖刷深度約25.7 cm，外加降雨強(qiáng)度稍小的其余時(shí)間，年沖刷深度約30 cm左右，且沖刷深度隨著已建工程的高度增加。由此可知，坡腳處工程經(jīng)過(guò)2年左右的跌水作用，其前部沖刷深度達(dá)60 cm左右，這已經(jīng)對(duì)其造成破壞。故需對(duì)此類(lèi)工程進(jìn)行以2年為周期的修繕和治理。

(3)水流對(duì)河、溝道沖刷分析

研究區(qū)管道共穿過(guò)7條大型河流和多條支流，坡降0.5%～5%，管道穿越河溝時(shí)由于下層水流的下蝕切割作用，會(huì)造成管道埋深不足或局部露管，而外露管道在水流漩渦的作用下可能產(chǎn)生振動(dòng)甚至斷裂。國(guó)內(nèi)外對(duì)于管道穿越河流、溝谷時(shí)水流的沖刷深度計(jì)算公式較多，各有側(cè)重；本文根據(jù)杜志偉等對(duì)長(zhǎng)呼原油穿越鄂爾多斯中北部河流的沖刷深度計(jì)算研究[15]，采用《堤壩工程設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算公式：

(8)

式中：hB——局部沖刷深度/m；

hp——沖刷處的水深/m，本次取1 m；

Vcp——平均流速/(m·s-1)，本次取1.5 m/s；

Vu——河床允許的不沖刷流速/(m·s-1)；

n——平面流速系數(shù)，1/4～1/3，本次取1/3。

式(8)主要用于非黏性土河床的沖刷深度計(jì)算，和研究區(qū)相吻合，其中Vu的取值取決于河床上巖土層的結(jié)構(gòu)和巖土顆粒的平均粒徑，本次采用列緯公式計(jì)算：

(9)

式中：A——土壤堅(jiān)實(shí)度系數(shù)；緊密為3.2，疏松為2.8，適用于50≤R/dcp≤5 000；

dcp——土壤顆粒平均粒徑/mm；

R——水力半徑/m。

鄂爾多斯地區(qū)為黃河上游流域，河溝均為黃河支流，根據(jù)馬勇、張世軍[16]等依據(jù)黃河上游1956～2004年四個(gè)大型水電站的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)河流泥沙的組成的研究及野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，取dcp為0.046 mm；根據(jù)研究區(qū)的氣象水文資料[17-18]，單次最大降雨量為100 mm/h，流速最大為2.57 m/s，本次取3 m/s，根據(jù)曼寧公式反算得到水力半徑R。

(10)

式中：S——河床坡降比，取0.05；

n——糙率，本次取0.03；

上述hB為單次降雨造成的河、溝底沖刷深度，其影響主要因素是河床坡降(S)和沖刷處水深hp。分別計(jì)算在沖刷處水深為1 m時(shí)，hB隨S的變化(圖11)；以及在S取0.05時(shí)，hB隨hp的變化中(圖12)。

圖11 hB隨S變化(hp=1)Fig.11 hB varies with S(hp=1)

圖12 hB隨hp變化(S=0.05)Fig.12 hB Varies with hp(S=0.05)

由圖12可知，研究區(qū)水流對(duì)穿越河溝道的沖刷深度主要受控于水流深度，沖刷深度隨沖刷處水深呈線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)水深超過(guò)1.8 m時(shí)，沖刷深度達(dá)到0.1 m，這僅是單次降雨在水流速為3 m/s的情況；隨著河床坡度的增加，沖刷深度增加速度變慢，坡度小于2%的河溝道，坡度是主要影響因素。而水流深度也受河床坡度的影響，故最終水流對(duì)管道影響為兩者綜合。在鄂爾多斯，單次暴雨對(duì)穿越河溝道管道的沖刷深度為0.05～0.08 m。而汛期會(huì)出現(xiàn)不同強(qiáng)度的降雨，后一次降雨在前一次的基礎(chǔ)上沖刷深度相應(yīng)加大，根據(jù)氣象統(tǒng)計(jì)資料[17-18]，鄂爾多斯汛期強(qiáng)降雨(50 mm/h以上)約3～5次，相應(yīng)的最大沖刷深度約0.4 m，而沿線(xiàn)管道埋深低于河床1.4～1.6 m，且其上約0.5 m厚為松填土，在這種情況下，經(jīng)歷兩年的水流沖刷，管道的實(shí)際安全埋深0.6～0.8 m，小于GB 50423—2007《油氣輸送管道穿越工程規(guī)范》所規(guī)定的0.8 m管頂埋深，所以應(yīng)從第三年開(kāi)始對(duì)開(kāi)挖穿越管道埋深進(jìn)行檢查。

3 治理方案優(yōu)化

(1)管道穿越河溝道

管道穿越河溝道時(shí)硬覆蓋保護(hù)工程下游常有跌水現(xiàn)象，使硬化工程被破壞。一是對(duì)河溝道坡降較大的情況，可以在硬覆蓋外側(cè)設(shè)置截水墻，截水墻頂部與硬覆蓋平齊或者略低，對(duì)坡降較小者，可直接在外側(cè)設(shè)置素混凝土護(hù)坦，護(hù)坦傾斜角略小于或等于坡降(圖13)；二是底部硬化最好采用素混凝土，研究區(qū)河溝道底部為細(xì)砂、粉細(xì)砂，較為松散，素混凝土對(duì)底部附著力較大，該區(qū)凍深約1.5 m，漿砌結(jié)構(gòu)易受凍脹作用破壞；對(duì)于漿砌結(jié)構(gòu)工程，應(yīng)該減小漿砌塊石塊徑，根據(jù)GB 50423—2007《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》4.5.11式進(jìn)行設(shè)計(jì)，不應(yīng)大于20 cm。對(duì)于沒(méi)有防護(hù)措施的河溝道，應(yīng)該以2年為周期進(jìn)行埋深檢測(cè)和管溝回填夯實(shí)。

圖13 河溝道水毀防護(hù)工程優(yōu)化示意圖Fig.13 The schematic diagram of protection engineering for river channel flooding damage

(2)坡腳跌水

現(xiàn)有橫坡面布置的多級(jí)攔截措施由于坡面線(xiàn)長(zhǎng)、坡度較大，坡腳處擋墻基礎(chǔ)常被沖毀，水流翻過(guò)墻頂以自由跌水的方式對(duì)其基腳進(jìn)行沖刷。

坡腳處沖刷最為嚴(yán)重且最先被破壞，根據(jù)前文計(jì)算，坡腳處工程基礎(chǔ)應(yīng)該不低于60 cm，擋墻外側(cè)應(yīng)設(shè)置護(hù)坦防護(hù)跌水(圖14)；對(duì)于沒(méi)有設(shè)置保護(hù)措施的坡面，每年應(yīng)在最下側(cè)5 m范圍進(jìn)行管溝回填，回填厚度不小于50 cm。

圖14 坡面水毀防護(hù)工程優(yōu)化示意圖Fig.14 The schematic diagram of protection engineering for sloop flooding damage

(3)順坡走向敷設(shè)

為了避開(kāi)切割較大的沖溝，管道穿過(guò)崾峴時(shí)在外側(cè)多采用截墻的防護(hù)方式，但總體上工程適應(yīng)性較低，其效果較差；結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀?、地質(zhì)環(huán)境和災(zāi)害特征，提出采用土工格柵護(hù)坡來(lái)治理過(guò)崾峴的管道水毀。

土工格柵為柔性結(jié)構(gòu)，抵抗變形能力較強(qiáng)，具有一定的整體性和抵抗水流侵蝕的能力，可以有效減緩水流的沖刷，防止溝頭向源侵蝕；在保護(hù)管道的同時(shí)能與環(huán)境相適應(yīng)，有利于管道建設(shè)后的環(huán)境恢復(fù)和保護(hù)。格柵采用單向型，寬度3 m，單層厚0.5 m，放坡30°～45°，分兩層夯實(shí)，為防止坡腳反掏蝕，將格柵向地下埋深1 m以上作為基礎(chǔ)(圖15)。

圖15 土工格柵護(hù)坡示意圖Fig.15 The schematic diagram of geotechnical grille for slope protection

4 結(jié)論及建議

(1)呼包鄂管道鄂爾多斯段以坡面水毀為主，水毀方式以坡面的順蝕管溝和崾峴的溯源侵蝕為主。

(2)管道穿越河溝道時(shí)，水流沖刷深度主要取決于河床坡降和水流深度。該區(qū)河溝道最大下切深度為40 cm/a，對(duì)于無(wú)防護(hù)措施的河溝道，應(yīng)以2年為周期進(jìn)行管道埋深排查治理。

(3)該區(qū)坡面最大沖刷深度為45 cm/a，坡面水流越過(guò)工程形成的自由跌水深度約30 cm/a，在進(jìn)行防護(hù)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注坡腳5 m范圍，工程基礎(chǔ)應(yīng)大于60 cm。

(4)河溝道底部的硬覆蓋保護(hù)建議采用素砼結(jié)構(gòu)或減小漿砌塊石的尺寸；為防止硬覆蓋下游外側(cè)跌水，需在其外側(cè)設(shè)置小型截水墻。

(5)管道過(guò)崾峴時(shí)，建議采用柔性的土工格柵結(jié)構(gòu)，在抵抗水力侵蝕的同時(shí)抵抗變形。

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FloodingdamagecharacteristicsandoptimizationoftheprotectionengineeringfortheOrdossectionofHohhot-Baotou-Ordosoilpipeline

WU Yunlin， DENG Qinglu， AN Pengju， ZHAO Xuejin

(FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China)

The flooding damage of long-distance oil pipeline features unique development types and risk characteristics when pipelines cross hilly region in Ordos. Combined with the geological disaster investigation results along Hohhot-Baotou-Ordos oil pipeline, the paper summarized the developing features of the pipeline in this area, and analyzed the erosion and destruction effect of water flow on the protection engineering in different types of flooding damage semi-quantitatively. According to the deformation and failure modes of the existing protection engineering, some optimization suggestions on flooding damage protecting in Ordos are put forward, and geotechnical grille is proposed for pipeline protection aiming at the flooding damage in yaoxian area. It provides some reference for the construction and protection for long-distance oil and gas pipeline in Ordos.

pipeline flooding damage; development characteristic; deformation and failure mode; optimization suggestion

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.04.16

P694

A

1003-8035(2017)04-0095-08

2017-02-23;

2017-04-01

伍運(yùn)霖(1993-)，男，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治等方面的研究。E-mail：1104886146@qq.com