秦巴山區(qū)長輸管道地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及防治對策

楊衛(wèi)濤 蘇 東

1. 陜西省天然氣股份有限公司, 陜西 西安 710016; 2. 中國石油工程建設(shè)有限公司, 北京 100120

0 前言

已建成運營的漢中至安康輸氣管道工程位于陜西省漢中市和安康市,線路全長235.1 km,設(shè)計壓力6.3 MPa,年輸氣量4.82×108m3,全線共設(shè)場站6座,閥室10座,屬重大生命線工程[1]。

該管線全部位于秦巴山區(qū),途經(jīng)漢中市漢臺區(qū)、城固縣、西鄉(xiāng)縣、石泉縣、漢陰縣及安康市漢濱區(qū)七個區(qū)(縣),沿線地貌類型主要有沖積平原區(qū)、河谷盆地區(qū)、低山丘陵區(qū)及中山區(qū)。沿線地形復雜,溝谷深切,河流縱橫,區(qū)域新構(gòu)造運動較為活躍,巖土特性復雜,由于秦巴山區(qū)獨特的地質(zhì)、地理環(huán)境,導致區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)[2]。

對該區(qū)域長輸管道工程沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進行研究,并找出相應(yīng)的防治對策,對于維護管道安全,保證管道正常運營,具有積極意義。

1 秦巴山區(qū)環(huán)境及地質(zhì)條件

秦巴山區(qū)海拔1 000～3 000 m,地形條件復雜,在低山丘陵區(qū)與中山區(qū)之間分布著大量小盆地及山間谷地。

該區(qū)域在大地構(gòu)造位置上屬于秦嶺褶皺系和揚子地臺兩個構(gòu)造單元區(qū)[3],以陽平關(guān)-洋縣深大斷裂與饒峰-麻柳壩-鐘寶區(qū)域性斷裂為界,北側(cè)屬于秦嶺褶皺系南秦嶺褶皺帶,南側(cè)為揚子地臺漢南古陸,受復雜的地質(zhì)構(gòu)造變動與內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力的長期作用,褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育,巖漿活動頻繁,變質(zhì)作用廣泛[4-5]。巖性復雜,主要出露的地層有元古代、古生代、中生代、新生代以及侵入巖體,巖土體類型有堅硬塊狀侵入巖類、較堅硬塊狀火山巖類、中～厚層堅硬碳酸巖類、堅硬～較堅硬中厚～厚層狀碳酸巖～碎屑巖類、較堅硬薄層碎屑巖類、軟弱薄層狀淺變質(zhì)巖類、軟弱中厚層狀碎屑巖類、膨脹土、黏性土以及碎石土類[6]。

該區(qū)域?qū)儆诘湫偷拇箨懶约撅L氣候,最大降雨量在 1 500 mm以上,由于獨特的地理環(huán)境和地形地貌,該區(qū)域降水在時間及空間上分布不均的現(xiàn)象非常明顯,勉縣、漢濱區(qū)降雨量大,白河、旬陽降雨量相對較少,暴雨主要集中在7～9月,7 ～9月降雨量占全年70%以上,局部地區(qū)48 h降雨量可以達到300 mm以上。

該區(qū)域人口較多,由于沒有足夠的平地用于建設(shè),因此道路建設(shè)、居民建房及城鎮(zhèn)建設(shè)等人類工程活動開挖邊坡后造成大量的高陡邊坡和危崖,對自然邊坡破壞較大。

由于秦巴山區(qū)獨特的氣象水文、地形地貌及地質(zhì)條件,加上大量的人工活動,造成該區(qū)域滑坡、崩塌及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[7]。

2 長輸管道沿線地質(zhì)災(zāi)害分布及發(fā)育特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害分布

通過野外地質(zhì)調(diào)查,漢中至安康輸氣管道沿線共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點57處,其中滑坡48處、崩塌8處、泥石流1處,分別占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的84.2%、14.0%、1.8%?；率枪艿姥鼐€的主要地質(zhì)災(zāi)害,且主要為淺層堆積體滑坡,廣泛分布于中低山及丘陵的斜坡地帶,斜坡多為上下陡、中部緩或上陡下緩的復合型斜坡,緩坡處多有村莊,附近有水田或旱地,且滑坡往往位于公路、田地上方坡體或屋后,多存在人工擾動坡腳影響[8]。漢中至安康輸氣管道沿線地質(zhì)災(zāi)害分布情況見表1。

表1 漢中至安康輸氣管道沿線地質(zhì)災(zāi)害分布情況表

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

漢中至安康輸氣管道沿線滑坡地質(zhì)災(zāi)害多分布于中低山區(qū)斜坡緩坡帶、江河兩側(cè)及溝谷出口。主要為淺層堆積層滑坡和巖質(zhì)滑坡,厚度一般小于6 m,有少數(shù)6～20 m的中層滑坡。在溝谷陡坡和中低山山麓緩坡帶多分布堆積層滑坡;在安康盆地、漢中盆地邊緣山前地帶斜坡位置多分布膨脹土滑坡;在千枚巖、片巖、板巖分布區(qū)域多為基巖滑坡[9]。

漢中至安康輸氣管道沿線崩塌地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育于坡度大于60°的斜坡地帶,多為巖質(zhì)崩塌,規(guī)模一般不大,以小型為主。

漢中至安康輸氣管道沿線泥石流地質(zhì)災(zāi)害溝不發(fā)育,在石泉縣發(fā)育一條流石流溝,溝道平緩處淤積嚴重,沖洪積物厚度較大;溝道陡降段溝床基巖出露,溝壁光滑。

3 典型地質(zhì)災(zāi)害對管道的影響分析

3.1 典型淺層滑坡對管道的影響

漢中至安康輸氣管道沿線滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要為淺層滑坡,天然氣管道管溝開挖深度一般2 m左右,管道本體整體基本處于滑體內(nèi)?；麦w的下滑會對管道產(chǎn)生巨大的拖拽力和沖擊力,從而導致管道發(fā)生彎曲變形、拉裂甚至整體斷裂等破壞,在管道走向和滑坡方向垂直地段,其破壞尤為明顯,危害極大。根據(jù)滑坡作用下輸氣管道受力分析可知,管道本體一般無法承受滑坡的推力,因此當管道位于滑坡體內(nèi)部時均應(yīng)采取工程措施[10-12]。

漢陰縣平梁鎮(zhèn)西嶺村H 39淺層堆積體滑坡隱患點滑坡體長50 m、寬60 m、厚2 m、體積6 000 m3、坡度30°、坡向243°[13]。坡體后緣為田地,前緣有寬約0.4～0.6 m 的錯動,坡體雨水沖刷痕跡明顯,中部坡體有多處串珠狀小型落水洞?；马敳繛樘萏?地形較緩,土質(zhì)疏松有利于地表降雨下滲浸入土體;坡腳修建村道,開挖坡腳,增加坡體臨空面;雨水浸入使土層處于飽和狀態(tài),自重增大,抗剪強度降低,同時該處場地土具微膨脹性,增加了坡體的不穩(wěn)定性,現(xiàn)狀穩(wěn)定性較差。管道緊鄰滑坡體西側(cè)邊界埋設(shè),管頂埋深1 m,在該滑坡發(fā)生時可能使天然氣管道露管、埋深不足甚至損毀[14-16]。H 39淺層堆積體滑坡影像和剖面見圖1～2。

圖1 H 39淺層堆積體滑坡影像圖Fig.1 Landslide image of H 39 shallow accumulation

圖2 H 39淺層堆積體滑坡剖面圖Fig.2 Landslide profile H 39 shallow accumulation

3.2 典型崩塌對管道的影響

該區(qū)域崩塌對管道的危害程度相對滑坡較小,主要為崩塌落石對淺層埋設(shè)的管道沖擊破壞,或者局部崩塌導致后方埋設(shè)管道暴露甚至失穩(wěn)。

西鄉(xiāng)縣茶鎮(zhèn)鎮(zhèn)茶鎮(zhèn)村三組B 06崩塌坡高30 m、寬50 m、厚1～2 m、體積 3 000 m3、崩向30°。坡體自上而下分5級臺階,平均坡度70°,臺階寬度1.5～2.0 m。巖性為凝灰?guī)r,風化程度中等,坡頂為自然原始地貌,坡度10～15°,覆蓋層厚約1.5 ～2.0 m,巖性為含礫粉質(zhì)黏土,植被覆蓋茂密,坡腳緊鄰316國道。該崩塌體處于中低山丘陵前緣,具有明顯的土巖二元結(jié)構(gòu),上部覆蓋層為殘坡積含礫粉質(zhì)黏土及腐殖土,下部為中風化的凝灰?guī)r。該邊坡分級刷坡時已對原風化層進行清理,現(xiàn)狀坡體大部分巖體整體完整性較好,但局部風化坡頂?shù)谒南蹈采w層臨空條件好,穩(wěn)定性較差,已出現(xiàn)局部滑塌,坡面臺階有小面積崩塌堆積物。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,在降雨作用下裂隙水壓力增大,同時人工開挖造成坡體臨空,巖體穩(wěn)定性降低,形成危巖,引發(fā)崩塌。天然氣管線橫向從坡體頂部埋設(shè)通過,距離坡頂最小水平距離3 m,管線埋深1.5 m,崩塌對管道危害程度大[17]。B 06崩塌影像和剖面圖見圖3～4。

圖3 B 06崩塌影像圖Fig.3 B 06 collapse image

圖4 B 06崩塌影像剖面圖Fig.4 Profile of B 06 collapse image

當管道上方有落石時,崩塌落石的沖擊力可按式(1)計算。

(1)

Z=VR

(2)

4 典型地質(zhì)災(zāi)害的預防措施

1)秦巴山區(qū)長輸管道工程的選址及線路規(guī)劃尤為重要,實施前對路線經(jīng)過區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害展開詳細排查,盡量避開地質(zhì)災(zāi)害影響區(qū)域。

2)穿越不穩(wěn)定斜坡線路段需根據(jù)管道施工擾動的破壞預先采取必要的巖土工程措施,達到避免事故、減輕管道破壞的目的。如削坡減載、支檔結(jié)構(gòu)(擋土墻、抗滑樁、錨拉梁等)、滑動面加固(灌漿等)及必要的截排水設(shè)施。其中邊坡工程中截排水設(shè)置最為普遍和有效,如導流防止地表水浸入滑坡體,滲溝排水疏導滑坡體中的地下水等,顯著改善邊坡土體力學性質(zhì),有利于破體的穩(wěn)定性[18-20]。

3)管道設(shè)計應(yīng)結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害破壞影響,在局部不利地段,選用延性大的管材,并適當增加管道厚壁,使管道能有一定的抵抗土體移動的能力。管道敷設(shè)時,避免與滑坡方向垂直以減小滑坡對管道的拖曳力,或結(jié)合淺層堆積體滑坡的特點,增加埋深使管道低于滑動面位置。

5 結(jié)論

本文通過對秦巴山區(qū)長輸管道工程沿線地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征以及典型地質(zhì)災(zāi)害影響的研究,結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害特點提出了防治對策。通過分析和論述得出以下主要結(jié)論:

1)秦巴山區(qū)長輸管道工程沿線地質(zhì)環(huán)境條件復雜,滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)和多發(fā),其中以淺層堆積體滑坡地質(zhì)災(zāi)害對管線破壞威脅為主。淺層堆積層滑坡多分布于中低山區(qū)斜坡緩坡帶、江河兩側(cè)及溝谷出口位置,其發(fā)育受地形地貌、降雨、巖土體性質(zhì)及人類工程活動影響。巖質(zhì)崩塌主要分布于中低山及丘陵地帶高陡邊坡地段,其發(fā)育受巖土體性質(zhì)、風化作用及人類工程活動的影響。

2)管道敷設(shè)走向與滑坡滑動方向垂直或斜交布設(shè)的管道受滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅大,可通過局部調(diào)整線路規(guī)劃、實施巖土工程治理(擋土墻、抗滑樁、錨拉梁、灌漿、截排水等)、加強局部管道材質(zhì),以及適當調(diào)整管道埋深及布設(shè)方式等措施進行避災(zāi)、防災(zāi)、減災(zāi)。