油氣管道穿越泥石流溝道的防治措施

黃芳漁，周 函

（1.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司，四川成都 610017；2.四川石達(dá)能源發(fā)展有限公司，四川成都 610093）

泥石流是山區(qū)常見(jiàn)的一種地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，它是暴雨、洪水將含有沙石且松軟的土質(zhì)山體經(jīng)飽和稀釋后在重力作用下形成的洪流，多發(fā)于溝谷上游區(qū)域，具有突發(fā)性、流速快、流量大、物質(zhì)容量大和破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。如果油氣管道與泥石流溝并行或交叉，爆發(fā)泥石流后會(huì)導(dǎo)致油氣管道達(dá)不到設(shè)計(jì)埋深或出現(xiàn)露管等現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下會(huì)使油氣管道處于懸空、受力甚至扭曲變形等問(wèn)題[1]。某油氣管道通過(guò)泥石流溝段位于其中下游，該泥石流溝連續(xù)發(fā)生了三次規(guī)模較大的稀性泥石流災(zāi)害，對(duì)管道帶來(lái)較大威脅，因此，在油氣管道穿越泥石流溝時(shí)，應(yīng)結(jié)合泥石流溝的特征采取適宜的防治措施，避免因泥石流的爆發(fā)造成油氣管道損壞。

1 某河流區(qū)域泥石流基本特征

1.1 稀性泥石流的發(fā)育特點(diǎn)

與普通的泥石流溝進(jìn)行對(duì)比來(lái)看，該河流區(qū)域的泥石流產(chǎn)生地段、流經(jīng)地段、堆積地段具有極為特殊的組合特點(diǎn)。從地表匯水徑流、溝谷形態(tài)、物質(zhì)來(lái)源等泥石流生成要素進(jìn)行分析，油氣管道穿越地段位于不規(guī)則的樹葉形流域內(nèi)，上游和附近山區(qū)是泥石流形成區(qū)域，溝谷坡降比較大，存在著數(shù)量較多的松散物質(zhì)，匯流后會(huì)使水與固體物質(zhì)混合，形成泥石流后會(huì)經(jīng)過(guò)流通區(qū)段。流通區(qū)段基巖為裸露狀態(tài)，溝床坡降在3%～4%，為泥石流物質(zhì)流向堆積區(qū)段提供了通道。堆積區(qū)段在主溝區(qū)域以外，為寬緩的沖積扇區(qū)域，受泥石流物質(zhì)的沖刷已對(duì)側(cè)岸產(chǎn)生較強(qiáng)的侵蝕。由于附近區(qū)域興建水利工程，通過(guò)人為方式的引導(dǎo)和防護(hù)，雖然主溝道區(qū)域已經(jīng)被固定，但該堆積區(qū)段溝床高度每年都在增長(zhǎng)，局部會(huì)受到更為劇烈地沖刷，時(shí)常會(huì)發(fā)生塌岸問(wèn)題，而下游區(qū)域主溝槽已經(jīng)被人為固定，改變了泥石流沖淤的自然規(guī)律，給油氣管道穿越區(qū)域的安全帶來(lái)影響。

1.2 泥石流的運(yùn)移特點(diǎn)

1.2.1 泥石流持續(xù)時(shí)間

泥石流持續(xù)時(shí)間為泥石流龍頭流出溝口到堆積區(qū)停止流動(dòng)所需時(shí)間，對(duì)該河流歷史上發(fā)生泥石流時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)泥石流可持續(xù)20～50min，是一種單峰型泥石流。

1.2.2 泥石流重度

對(duì)堆積顆粒進(jìn)行分析，觀察泥石流的堆放積形態(tài)，結(jié)合以往的溝壁泥膜數(shù)據(jù)資料，再參考不同重度拌合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查找該區(qū)域相近溝道研究文獻(xiàn)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算，該河流稀性泥石流重度在14～15kN/m3。

1.2.3 泥石流流量

為準(zhǔn)確體現(xiàn)出該河流區(qū)域泥石流形成真實(shí)狀況，對(duì)油氣管道穿越工程沿線的14km溝道進(jìn)行了全面的水文和地質(zhì)調(diào)查研究，結(jié)合該年度泥石流已經(jīng)爆發(fā)的現(xiàn)狀情況，確定3個(gè)泥膜清楚、斷面規(guī)則的溝槽過(guò)流斷面，并對(duì)其進(jìn)行了準(zhǔn)確的測(cè)量與計(jì)算，可以確定出泥石流真實(shí)流量。第一斷面位置點(diǎn)在下游k251+520，該斷斷面寬41m，平均泥深1.2m，本段溝床坡降為4.6%，計(jì)算泥石流流量為223m3/s；第二斷面位置下游k244+621，該斷面寬26.5m，平均泥深1.7m，溝床坡降為5.7%，計(jì)算泥石流流量為226m3/s；第三斷面為河堤檔墻下游k215+140，該斷面寬46m，平均泥深2.1m，溝床降為4.2%，計(jì)算泥石流流量為313m3/s。通過(guò)對(duì)三個(gè)不同河段位置的過(guò)流斷面泥石流量進(jìn)行計(jì)算，可用于校正理論流量的參考數(shù)據(jù)。

1.2.4 流態(tài)特點(diǎn)

該河段泥石流形成時(shí)具有較強(qiáng)能量的龍頭，呈現(xiàn)出高陡寬大的特點(diǎn)，龍頭可將高度為6.2m的水泵房沖走，具有直進(jìn)特點(diǎn)；可經(jīng)過(guò)右岸3m高的河堤擋墻，泥膜會(huì)高出地面1.2～1.5m；龍頭經(jīng)過(guò)區(qū)域的樹木、莊稼和建筑物等均被沖毀。橫斷面部位的泥石流呈現(xiàn)出中間部位高兩側(cè)低的特征。龍頭經(jīng)過(guò)以后，溝道內(nèi)的泥石流呈現(xiàn)出持續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，由于支溝匯流因素的影響，持續(xù)的流量并不穩(wěn)定，體現(xiàn)出陣發(fā)性變化的特點(diǎn)。

1.2.5 粒度特點(diǎn)

在不同區(qū)域和地段中的粒度成分有著較大的差異，匯流區(qū)域固體物質(zhì)粒度較小，呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，堅(jiān)硬質(zhì)地的砂巖也加入到泥石流，顆粒直徑為0.2～1.2m。流通區(qū)段砂巖以崩塌態(tài)加入到泥石流，在流通區(qū)段、堆積區(qū)段前半段溝床內(nèi)，散落著數(shù)量較多的漂石，堆積區(qū)溝床內(nèi)還存在著泥沙、礫巖等物質(zhì)的沉積。泥石流主流對(duì)溝床、側(cè)岸等產(chǎn)生較大的沖擊，數(shù)量眾多的沙礫石進(jìn)入到河流，沉積厚度可達(dá)到4～8m，最厚部位深度為10m。整體來(lái)看，溝道松散物質(zhì)粒度不斷變小，呈現(xiàn)出漸變規(guī)律，細(xì)粒物質(zhì)體現(xiàn)出不斷增加的特點(diǎn)。

2 油氣管道穿越泥石流溝道的防治措施

2.1 對(duì)管道進(jìn)行配重穩(wěn)管深埋

為防止靜、動(dòng)水的浮力作用使管道漂浮，結(jié)合管道穿越段的地質(zhì)情況選擇相應(yīng)的穩(wěn)管方式。對(duì)于土質(zhì)、砂礫石管溝段采用鋼筋混凝土壓重塊穩(wěn)管；對(duì)基巖管溝段采用現(xiàn)澆混凝土連續(xù)覆蓋穩(wěn)管。當(dāng)采用鋼筋混凝土壓重塊穩(wěn)管時(shí)，由于其抗沖能力有限，在沖刷劇烈的河道中，容易出現(xiàn)水流掏蝕管道周邊的回填土，造成管道懸空，鋼筋混凝土壓重塊反而給管道施加了外荷載，對(duì)管道受力極為不利，這種情況在已建成的油氣管道上有過(guò)深刻的教訓(xùn)。因此，需因地制宜，將管道和鋼筋混凝土壓重塊穩(wěn)管埋設(shè)在穩(wěn)定層內(nèi)，將穩(wěn)管措施與水工構(gòu)筑防護(hù)措施進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

2.2 過(guò)水面加固

當(dāng)管道敷設(shè)在基巖主溝道內(nèi)時(shí)，因河溝坡降大、水流沖刷嚴(yán)重，且管溝開挖破壞了基巖的原有整體性，即使在管溝回填后采用了漿砌石或混凝土護(hù)面的保護(hù)措施，但高速水流的沖刷侵蝕會(huì)造成管溝被掏空。針對(duì)這種情況，采用鋼筋混凝土護(hù)面加錨筋的結(jié)構(gòu)形式，將管道緊緊嵌固在基巖內(nèi)。施工時(shí)，應(yīng)將管溝周圍的松動(dòng)塊石清除干凈，保證混凝土與基巖的緊密接觸。鋼混凝土護(hù)面應(yīng)與原有河床面保持齊平，并平滑連接，確保水流順暢。

2.3 防沖墻

采用防沖墻主要是為了阻止溝谷與河道的持續(xù)下切，使堤上游河道挾沙淤積起來(lái)，保證管道埋深。河道基礎(chǔ)比較軟時(shí)，防沖墻采用柔性結(jié)構(gòu)的鋼筋石籠，以適應(yīng)不均勻沉降；對(duì)于巖石或卵礫石河道中采用漿砌石或者現(xiàn)澆混凝土，墻體基礎(chǔ)設(shè)置在穩(wěn)定層上，其位置在管道下游一定距離，不能壓在管道上。由于這種水工保護(hù)設(shè)施抬高了原有河床面，在其下游坡腳跟處形成跌水，勢(shì)必對(duì)坡腳形成沖刷，因此要求對(duì)坡腳部位做消能處理，如設(shè)置消能池、鋼筋石籠護(hù)腳等，另外河道縱向受到約束，其側(cè)蝕相應(yīng)加強(qiáng)，故應(yīng)對(duì)河道兩側(cè)岸坡進(jìn)行防護(hù)。

2.4 岸坡防護(hù)

岸坡防護(hù)主要是對(duì)河溝道的兩岸施工擾動(dòng)面進(jìn)行工程防護(hù)，防止水流沖刷造成岸坡垮塌，進(jìn)而危及管道安全，其主要形式有漿砌石護(hù)岸、石籠護(hù)坡、漿砌石（混凝土）擋土墻和植生袋坡等幾種形式。漿砌石護(hù)岸、漿砌石（混凝土）擋土墻適用于基礎(chǔ)比較堅(jiān)硬、常年受水沖刷的部位；石籠護(hù)坡柔性大，可適應(yīng)不均勻沉降，適用于軟土地基；植生袋護(hù)坡可用在水流沖刷不大、岸坡較緩的岸坡防護(hù)，草皮一旦長(zhǎng)成，可以減緩地表徑流速度，起到攔沙固土的作用，環(huán)保效果好。具體形式需結(jié)合泥石流溝道的實(shí)際狀況進(jìn)行選擇。本泥石流溝道因沖刷較為嚴(yán)重，因此主要采用漿砌石護(hù)岸、漿砌石擋土墻。

3 結(jié)束語(yǔ)

泥石流作為一種規(guī)模大、危害性強(qiáng)和防治難度大的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，已成為油氣管道運(yùn)行過(guò)程中較為常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，油氣長(zhǎng)輸管道關(guān)系到能源安全，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活息息相關(guān)，一旦因泥石流遭受損壞不能正常運(yùn)行，將給社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)環(huán)境造成重要影響。在油氣管道的建設(shè)期，應(yīng)盡早識(shí)別發(fā)現(xiàn)并繞避有泥石流風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域；對(duì)于油氣管道運(yùn)行過(guò)程中新發(fā)育的泥石流溝道應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)結(jié)合油氣管道經(jīng)過(guò)區(qū)域泥石流溝道的發(fā)育狀況，制定切實(shí)有效的綜合防治措施，確保油氣管道的安全運(yùn)行。