加蓬AKONDO 油田輸油管道水土保持處理方法

許 豪

1.中石化河南石油工程設(shè)計有限公司 河南鄭州 450047；2.中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院 上海 201208

隨著環(huán)境問題全球化，工程建設(shè)中的環(huán)保問題也越來越受到重視。油氣田地面建設(shè)工程中，輸油管道的水土保持是其中一個重要的環(huán)節(jié)。由于輸油管道線路長且采用管溝埋設(shè)，沿途經(jīng)過的地貌類型多，特別是在山區(qū)、丘陵、黃土高原等地域，管道施工容易造成水土流失等環(huán)境問題。加蓬是非洲撒哈拉以南第三大產(chǎn)油國，加蓬AKONDO 油田項目是中國石化大力實施走出去戰(zhàn)略，在海外找油找氣的重要項目。該油田采用氣舉采油，原油生產(chǎn)規(guī)模為20.75×104t/ a，伴生氣處理規(guī)模為9.99×104m3/ d，氣舉規(guī)模為26×104m3/ d。本工程共建設(shè)7 個井組（PAD），1 座集中處理站（CPF），1座交油站（CMS），1 座生產(chǎn)管理區(qū)（PMF），以及集輸、外輸管網(wǎng)56.8km。

加蓬AKONDO 油田位于Salsich 區(qū)塊東北部，Salsich 區(qū)塊位于加蓬共和國濱海奧果韋省，加蓬西部第二大城市讓蒂爾港市東北。Salsich 區(qū)塊位于赤道，其西、北面臨大西洋幾內(nèi)亞灣，沿海地區(qū)為平原和丘陵，平均海拔不到200m，河流眾多、河網(wǎng)密布。年降雨量1600～3000mm，年平均氣溫26℃。地表為森林、瀉湖、沼澤，屬于熱帶雨林氣候，森林茂盛，覆蓋程度高，地表植被以棕櫚林為主。

本工程地質(zhì)勘察委托加蓬當?shù)氐目辈旃荆數(shù)匾罁?jù)的是法國規(guī)范，與國內(nèi)略有差別，但是大體一致。通過對比地勘報告的數(shù)據(jù)，對應(yīng)國內(nèi)的標準，本工程集輸管道經(jīng)過的地區(qū)全部為粉土質(zhì)砂覆蓋區(qū)域。粉土質(zhì)砂是一種常見的土質(zhì)。此前，本課題組已經(jīng)對南寧膨脹土和甘肅濕陷性黃土等特殊土進行了一系列科學研究和工程實踐，得出了很多有意義的結(jié)論[1-7]。加蓬AKONDO 油田地基土的物理性質(zhì)指標見表1。

1 常用水土保持處理方法

1.1 擋土墻

1.1.1 漿砌石擋土墻

漿砌石擋土墻屬于剛性重力式結(jié)構(gòu)，應(yīng)依據(jù)管道水工保護結(jié)構(gòu)特點，進行穩(wěn)定性驗算；依據(jù)公路部門擋土墻設(shè)計計算以確定結(jié)構(gòu)斷面，亦可按圖集（04J008）《擋土墻—重力式、衡重式、懸臂式》中相關(guān)內(nèi)容確定斷面結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)擋土墻墻背滲水量合理布置排水構(gòu)造物，并設(shè)置伸縮縫和沉降縫。還需要進行強度、抗傾覆、抗滑移等計算。

表1 AKONDO油田地基土的物理性質(zhì)指標

一般地區(qū)漿砌石重力式擋土墻的基礎(chǔ)埋深不小于1m，且應(yīng)置于凍深線以下不小于0.3m、沖刷線以下不小于1m 處。擋土墻墻背填料宜用滲水性強的砂性土、砂礫、碎（礫）石等材料，嚴禁采用淤泥、腐殖土、膨脹土，不宜采用粘性土。在季節(jié)性凍土地區(qū)，不應(yīng)采用凍脹性材料做填料。1.1.2 草袋擋土墻

草袋擋土墻屬于散體材料結(jié)構(gòu)。一般地區(qū)擋土墻高度不大于5m，用于堡坎支護時高度一般不大于3m。草袋擋土墻基礎(chǔ)埋深可不考慮凍結(jié)深度及沖刷深度的影響，一般基礎(chǔ)埋深在0.5～1.0m。草袋擋土墻設(shè)計不計算整體抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，采用就地取材填料的草袋結(jié)構(gòu)，原則上亦不進行地基承載力計算。但是，對于高度不小于2m 的草袋擋墻，應(yīng)進行墻身水平抗剪強度計算。

1.2 堡坎

根據(jù)砌體材料不同，堡坎分為漿砌石堡坎、干砌石堡坎和草袋堡坎。漿砌石堡坎一般用于田坎恢復，干砌石堡坎一般用于石料豐富的石方山區(qū)坡臺地的地坎恢復，草袋堡坎一般用于黃土等一般土質(zhì)地區(qū)地坎的恢復。

堡坎屬于簡易支擋結(jié)構(gòu)。漿砌石堡坎需進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算，包括抗滑動、抗傾覆、地基承載力和墻身抗剪強度計算。對于草袋堡坎和干砌石堡坎兩種散體材料結(jié)構(gòu)，需進行結(jié)構(gòu)抗剪強度計算。

1.3 護坡

1.3.1 漿砌石護坡

漿砌石護坡一般適用于邊坡坡度介于1∶2～1∶1的巖石或土質(zhì)邊坡的坡角防護，對于邊坡坡比介于1∶1～1∶0.5 的巖質(zhì)邊坡慎用。漿砌石護坡應(yīng)根據(jù)坡后滲水量合理布置排水構(gòu)造物，并設(shè)置伸縮縫和沉降縫。漿砌石護坡基礎(chǔ)嚴禁置于未經(jīng)處理的松散回填土和軟土地基上，一般情況下基底應(yīng)置于中密的砂土、碎（卵）石土和基巖上。漿砌石護坡應(yīng)設(shè)置沉降縫和泄水孔。漿砌石護坡單級護坡高度不宜大于6m，當防護邊坡高度大于6m 時，應(yīng)設(shè)置分級平臺，且平臺寬度不宜小于2m。

1.3.2 干砌石護坡

干砌石護坡一般適用于邊坡坡度介于1∶2～1∶1.25土質(zhì)邊坡的坡角防護，對于邊坡坡比介于1∶1.25～1∶1的土質(zhì)邊坡慎用。干砌石護坡一般用于坡角或坡面有地下水或坡面滲水情況下的防護，亦可以用于石方地區(qū)地坎的恢復。其基礎(chǔ)埋深原則上不受凍結(jié)深度的影響。

1.3.3 草袋護坡

草袋護坡一般適用于邊坡坡度介于1:2～1:1 的土質(zhì)邊坡的坡角防護，對于邊坡坡比介于1:1～1:0.5的土質(zhì)邊坡慎用。一般用于包括黃土在內(nèi)的土質(zhì)地區(qū)非浸水情況下的坡角、坡面防護，亦可以用于土質(zhì)地坎的恢復。草袋護坡基礎(chǔ)埋深原則上不受凍結(jié)深度的影響。草袋護坡的單級護坡高度不宜大于10m。當防護邊坡高度大于10m 時，應(yīng)設(shè)置分級平臺，且平臺寬度不宜小于2m。

1.4 截水墻

截水墻是管溝內(nèi)設(shè)置的一種長輸管道所特有的水工保護結(jié)構(gòu)形式，其主要目的是防止水流順管溝沖刷，造成管溝覆土的流失。其結(jié)構(gòu)形式一般包括漿砌石截水墻、灰土截水墻和草袋截水墻3 種。漿砌石截水墻一般用于卵礫石和石方地區(qū)。灰土截水墻是采用水泥或石灰與土料拌合、夯實而成的一種膠結(jié)體結(jié)構(gòu)，通?；遗c土比例為2∶8（體積比）。草袋截水墻一般用于地基承載力較低的軟土土質(zhì)地區(qū)。

根據(jù)管道敷設(shè)形式，常在以下3 種條件下設(shè)置截水墻：一是在管道順坡敷設(shè)（管線與地形等高線交叉）的條件下，坡面匯水順管溝的沖刷防護；二是管線長距離橫切坡面（平行等高線）敷設(shè)時，由于坡面匯水量較大，亦容易造成匯水順管溝的沖刷，因此應(yīng)考慮設(shè)置截水墻；三是管道順河溝、河道底部敷設(shè)，采用截水墻既可以起到防止沖刷的作用，又具有配重穩(wěn)管的作用。

2 輸油管道水保處理

2.1 總體布置

根據(jù)開發(fā)方案部署及生產(chǎn)井分布情況，合理確定站場布局；再根據(jù)站場布局、已有井場路走向，合理確定管道線路的走向。本工程集輸系統(tǒng)采用一級布站方式，即井組（PAD）→集中處理站（CPF）→交油站（CMS）→法國TOTAL 集油站[8]。AKONDO 油田地面集輸管網(wǎng)布置見圖1。

圖1 AKONDO油田集輸管網(wǎng)布置圖

2.2 沿線現(xiàn)狀

由于本工程地處與世隔絕的加蓬國家原始森林地帶，缺少基礎(chǔ)設(shè)施，施工難度非常大。輸油管道經(jīng)過的地貌主要是未開發(fā)的熱帶原始森林、草原、沼澤等區(qū)域，地形主要是丘陵和平原交替。由于土質(zhì)為粉土質(zhì)砂，坡地開挖后如果處理不及時，再遇上大雨很容易造成水土流失。

2.3 水土保持處理方法

根據(jù)地勘報告，輸油管道經(jīng)過地區(qū)均為粉土質(zhì)砂覆蓋，管頂標高- 1.50m。由于本工程地處偏僻的原始森林地帶，一是運輸成本非常高，二是加蓬國家原始森林管理局要求我方采用環(huán)保材料。綜合考慮土質(zhì)、成本和環(huán)保的因素，最終決定采用草袋截水墻、護坡、擋土墻等水保處理方法。本管道線路使用最多的是截水墻（見圖2），其次是擋土墻，護坡和過水面數(shù)量不多。

圖2 截水墻縱截面

由于線路經(jīng)過地區(qū)的土質(zhì)條件差，管線縱截面角度小于2°時，截水墻每20m 設(shè)置一道；2°～3°時，每15m 設(shè)置一道；3°～5°時，每10m 設(shè)置一道；5°～8°時，每8m 設(shè)置一道；8°以上時，每5m 設(shè)置一道。

管道線路共有25 處設(shè)置草袋截水墻，共計設(shè)置草袋截水墻717 道。在管道懸空處、橋涵河道兩邊共設(shè)置草袋擋土墻8 處，橋涵兩邊堆土路基設(shè)置草袋護坡1處，最低點匯水面設(shè)置過水面2 處，共計草袋工程量4316.25m3。草袋按照500mm×800mm 考慮，裝土成型尺寸為200mm×400mm×500mm，單個體積為0.04m3，堆砌1m3需要25 個草袋。草袋交替碼砌，碼砌時不得形成通縫，袋與袋之間用細土填實。每層草袋碼砌完畢簡單壓實后，方可進行上層草袋的碼砌。草袋內(nèi)填土，不得含有粒徑大于10mm 的石塊，回填土必須壓實。建成后的效果見圖3。

3 結(jié)論

（1）水土保持應(yīng)符合環(huán)境保護的要求，避免誘發(fā)地質(zhì)災害，減少對生態(tài)環(huán)境的影響，最大程度地滿足水土保持的要求。

（2）水土保持應(yīng)從設(shè)計、施工、運營、線路優(yōu)化等多方面做全面比較，在保證管道安全的前提下，以綜合經(jīng)濟效益和社會效益為目標，通過技術(shù)經(jīng)濟比選確定。

（3）水土保持應(yīng)從防護的目的與范圍、水工設(shè)施的強度與穩(wěn)定性、地基的要求與處理、建筑材料的選擇，以及關(guān)鍵部位的施工技術(shù)等方面進行綜合設(shè)計。

（4）本工程采用的草袋截水墻、擋土墻和護坡等水土保持方法，是綜合考慮了加蓬當?shù)貙嶋H施工情況、經(jīng)濟指標和環(huán)保要求確定的，在滿足規(guī)范的前提下，技術(shù)可靠、經(jīng)濟適用。