油氣長輸管道工程水工保護(hù)設(shè)計(jì)淺談

祁會(huì)芳 王世宇 孫東曉

榆林—濮陽—濟(jì)南輸氣管道工程屬新建大型輸氣管道工程,工程等級(jí)為Ⅰ級(jí)。本工程管線起點(diǎn)為陜西榆林市,途經(jīng)陜西、山西、河南、山東4省27個(gè)縣,止于山東濟(jì)南末站。本工程自西向東經(jīng)過黃河、海河兩大流域,有風(fēng)沙區(qū)、黃土丘陵區(qū)、土石山區(qū)、平原區(qū)四大地貌單元,管線總長1 072 km,其中風(fēng)沙區(qū)占 39 km,黃土丘陵區(qū)占281 km,土石山區(qū)占295 km,平原區(qū)占457 km。本文就油氣長輸管線水工保護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討,請同行指正。

1 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》,管道所經(jīng)地區(qū)土壤容許流失量為 1 000 t/(km2·年)和200 t/(km2·年)。

陜西省榆陽區(qū)屬省級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)和重點(diǎn)監(jiān)督區(qū),也屬國家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)和重點(diǎn)監(jiān)督區(qū);佳縣屬國家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)。山西省的臨縣、方山、離石、武鄉(xiāng)、沁縣、襄垣、平順、黎城屬省級(jí)重點(diǎn)治理區(qū),也屬國家級(jí)重點(diǎn)治理區(qū)。河南省的林州市屬省級(jí)重點(diǎn)監(jiān)督區(qū),安陽市屬省級(jí)重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū),湯陰和內(nèi)黃屬省級(jí)重點(diǎn)治理區(qū),清豐、華龍、濮陽屬省級(jí)預(yù)防保護(hù)區(qū)。

2 水工保護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1 溝谷單元水工保護(hù)

溝谷地段大多地形平緩,較為開闊,工程地質(zhì)條件較好。但這些溝谷多有彎曲,管道敷設(shè)將多次穿越這些河流、谷地。同時(shí),通過近河床的低漫灘地段的線路也較長,汛期出現(xiàn)稀有頻率的大洪水時(shí),洪水將對谷地和岸坡產(chǎn)生大的沖刷和侵蝕危害,局部甚至?xí)a(chǎn)生泥石流,增大了管道采取穩(wěn)管措施段的長度和受沖刷侵蝕的不安全因素。因此必須做好這些河谷的水文調(diào)查和分析工作,給設(shè)計(jì)工作提供準(zhǔn)確的相關(guān)數(shù)據(jù),做好管道的防沖刷和穩(wěn)管措施以確保管道的安全。河谷川臺(tái)地帶的水工保護(hù)設(shè)計(jì)主要是河谷岸坡的防護(hù)治理,工程措施主要采取砌石護(hù)岸、錨桿加固和混凝土灌漿等防護(hù)形式。

2.2 山地單元水工保護(hù)

1)山地單元水工保護(hù)設(shè)計(jì)防護(hù)采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2)垂直等高線水工保護(hù):垂直等高線水工保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體測量、工程地質(zhì)資料、管線埋設(shè)情況及現(xiàn)場踏勘情況確定。垂直等高線水工保護(hù)形式主要有以下幾種:a.截水墻:根據(jù)山地地形、地質(zhì)情況及沖溝、山啞口匯流情況等確定截水墻形式、截水墻斷面和截水墻設(shè)置的間距。截水墻材料一般采用漿砌塊石。b.實(shí)體護(hù)坡:坡度小于45°的山坡,采用漿砌塊石或預(yù)制混凝土框格等形式護(hù)坡。c.重力式擋土墻:坡度大于45°的山坡,采用重力式擋土墻結(jié)構(gòu)防護(hù),材料可根據(jù)山坡的具體情況采用漿砌塊石、漿砌混凝土預(yù)制塊、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)以及灰土草袋擋土墻等。d.本項(xiàng)目護(hù)坡工程主要有植物護(hù)坡、工程護(hù)坡和綜合護(hù)坡3種類型。e.排水溝:對于山坡坡度較陡、洪水渲泄較集中的部位,可適當(dāng)在管溝護(hù)面兩側(cè)設(shè)置排水溝導(dǎo)水形式。排水溝包括臨時(shí)排水溝和永久排水溝兩種。f.其他:若是風(fēng)化帶巖石陡坡、陡坎,可采用現(xiàn)澆混凝土噴護(hù)、錨桿加固等方式防護(hù)。

3)平行等高線水工保護(hù):根據(jù)測量、地質(zhì)資料、管線埋設(shè)情況及現(xiàn)場踏勘情況,平行等高線進(jìn)行水工保護(hù)設(shè)計(jì)主要有以下幾種方式:a.對于需要削坡開挖施工作業(yè)帶的巖質(zhì)較好的邊坡,開挖邊坡上側(cè)設(shè)漿砌石截水溝,作業(yè)帶下坡側(cè)設(shè)擋土墻;b.對于需要削坡開挖施工作業(yè)帶巖質(zhì)不好的邊坡或土質(zhì)邊坡,開挖邊坡采用漿砌塊石護(hù)坡、護(hù)面墻、擋土墻、噴射混凝土、錨桿噴射混凝土等方式支護(hù),開挖邊坡上側(cè)設(shè)漿砌石截水溝,作業(yè)帶下坡側(cè)設(shè)擋土墻;c.對于不需要削坡開挖施工作業(yè)帶的,管溝保護(hù)可根據(jù)具體地形、地貌情況分別采用植被恢復(fù)、漿砌石覆蓋、預(yù)制混凝土框格內(nèi)植草、植生帶覆蓋等方式進(jìn)行防護(hù)。

4)斜交等高線水工保護(hù):斜交等高線的水工保護(hù)設(shè)計(jì),可根據(jù)實(shí)際情況參照平行等高線和垂直等高線水工保護(hù)形式進(jìn)行防護(hù)。

2.3 河流單元水工保護(hù)

1)管線穿(跨)越大中型河流、沖溝的水工保護(hù)設(shè)計(jì):a.管線穿(跨)越大中型河流、沖溝的防護(hù)采用100年一遇洪水位設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);中型河流、沖溝的防護(hù)采用50年一遇洪水位設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。b.管線穿(跨)越大中型河流、沖溝處岸坡的防護(hù)形式:針對兩岸河流特征狀態(tài),當(dāng)岸坡較緩(傾角小于45°)、水深較淺時(shí),采用漿砌塊石護(hù)坡或空心方格植生帶護(hù)坡形式;當(dāng)岸坡較陡(傾角大于45°)、水深較深時(shí),采用漿砌塊石重力式擋土墻或鉛絲石籠、竹籠裝石形式護(hù)岸;當(dāng)河流、沖溝的岸坡情形復(fù)雜、水深變化較大時(shí),可采用重力式擋土墻與護(hù)坡相結(jié)合的復(fù)合護(hù)岸形式。c.河流岸坡護(hù)坡、擋土墻的基礎(chǔ)埋深一般不小于管線穿越岸坡處局部最大沖刷深度以下1 m;兩岸的防護(hù)寬度不小于管溝開挖最大松動(dòng)帶寬度兩側(cè)各25 m。d.管線穿越大中型河流、沖溝段河床的防護(hù)主要治理河床的下切破壞對管線的影響。對巖質(zhì)段河床,管線埋入穩(wěn)定基巖,為防止管溝回填土的流失,管線受浮力作用破壞,受卵石的撞擊作用所造成的外部變形,應(yīng)采用管溝混凝土澆筑的方式回填;對土質(zhì)段下切作用強(qiáng)烈河床,管線應(yīng)埋設(shè)在河床最大沖刷線以下,為防止大塊卵石的沖撞作用,應(yīng)考慮采取適當(dāng)?shù)暮哟沧o(hù)坦等措施。e.管線穿(跨)越大中型河流、沖溝段的水工保護(hù)設(shè)計(jì)圖見穿(跨)越部分。

2)管線穿(跨)越小型河流、沖溝的水工保護(hù)設(shè)計(jì):a.管線穿(跨)越小型河流、沖溝的防護(hù)采用20年一遇洪水位設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。水工保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)調(diào)研的基礎(chǔ)資料為:河流特征水位、水流流速、河流穿越處岸坡沖刷情況、最大沖刷深度及自然演變趨勢、河流穿越處工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況。b.管線穿(跨)越小型河流、沖溝處岸坡的防護(hù)形式:當(dāng)岸坡較緩(傾角小于45°)時(shí),采用漿砌塊石護(hù)坡或空心方格植生帶護(hù)坡形式;當(dāng)岸坡較陡(傾角大于45°)時(shí),采用漿砌塊石擋土墻形式;當(dāng)河流、沖溝的岸坡地貌特征及巖土特性許可時(shí),可適當(dāng)采用恢復(fù)兩岸植被、袋裝砂礫土、FS漿墊等柔性護(hù)岸形式。岸坡護(hù)坡、擋土墻的基礎(chǔ)埋深一般不小于管線穿越岸坡處局部最大沖刷深度;兩岸的防護(hù)寬度不小于管溝開挖最大松動(dòng)帶寬度兩側(cè)各5 m～10 m,情況特殊地段防護(hù)寬度可以適當(dāng)加寬。c.管線穿越小型河流、沖溝段河床的防護(hù):管線穿越小型河流、沖溝段河床的防護(hù),根據(jù)河床基巖性質(zhì)的不同結(jié)合管線穩(wěn)管要求綜合考慮。對于土質(zhì)河床及河床表面砂礫層較厚的河床,管溝應(yīng)埋設(shè)在沖刷線以下,管基礎(chǔ)采用中砂墊層,管線采用砂卵石回填包裹,管溝覆蓋后表面鋪設(shè)0.3 m～0.5 m的大塊卵石護(hù)面,或采用混凝土連鎖排、FS漿墊、漿砌石、石籠等護(hù)坦;對于河床表面砂礫層較淺、其下是巖基的河床,管溝位于砂礫層下面的基巖內(nèi),管基礎(chǔ)采用C20細(xì)石混凝土,管線用C20卵石混凝土澆筑穩(wěn)定,表面再用砂礫石恢復(fù)覆蓋;對于巖基河床,管溝位于巖基內(nèi),鋪管后用C20混凝土澆筑穩(wěn)定管線。

2.4 黃土塬單元水工保護(hù)

對于以上兩種形式的侵蝕,針對管線通過的主要地形地貌特征,采取以下處理措施:

1)濕陷性的治理措施。a.導(dǎo):設(shè)置擋水土埂、截排水溝,將匯水排離危險(xiǎn)區(qū);b.堵:采用灰土砌筑淤土壩,堵塞黃土蝶形洼地、盲溝的出水口;c.填:采用經(jīng)夯實(shí)處理的黃土、灰土,填塞規(guī)模較大的黃土洞穴、天生橋等易崩塌的危險(xiǎn)段;d.阻水墻、魚鱗坑:在管線遭受水力沖刷的上游位置,設(shè)置阻水墻、魚鱗坑使雨水就地下滲從而大大減緩水力對管道的破壞,也可以利用管溝自身位置設(shè)置阻水墻,可采取漿砌石或夯實(shí)灰土的方法;e.管線深埋:將管線埋入相對穩(wěn)定的隔水層內(nèi),有效地減緩地表徑流的沖刷。

2)高陡邊坡的治理。高陡坡高在40 m～80 m之間,坡度均在45°以上,要結(jié)合具體的地形、地貌和地質(zhì)條件,采取削方降坡設(shè)置垂直堡坎、護(hù)坡等綜合治理措施,使其坡腳坡度小于 30°,從而保證斜坡的穩(wěn)定,減少崩滑災(zāi)害的發(fā)生;同時(shí),應(yīng)做好導(dǎo)水排水措施,在坡面每隔50 m左右設(shè)置一道截水溝,以防止水力侵蝕造成土坡的滑坡、滑塌和崩塌。

3 綜合結(jié)論及以后工作建議

1)水土保持方案的編制立足于項(xiàng)目區(qū)的自然環(huán)境條件和當(dāng)?shù)刂卫硭亮魇У慕?jīng)驗(yàn),以實(shí)地調(diào)查為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì),技術(shù)可靠,具有顯著的防治水土流失、改善生態(tài)環(huán)境的效益。2)本工程建設(shè)產(chǎn)生的水土流失主要發(fā)生在工程建設(shè)期,方案雖然對施工過程中水土流失的防治提出了預(yù)防和防治措施,但主要還靠施工單位合理的施工工藝和完善的組織保證體系,才能有效控制施工過程中的水土流失。

為有效控制工程建設(shè)期水土流失,提出以下建議:1)在施工中落實(shí)各項(xiàng)管道保護(hù)措施,如護(hù)坡、排水溝、擋土墻等,使其充分發(fā)揮水土保持功能,并與水土保持方案措施緊密結(jié)合,形成綜合防護(hù)體系,同時(shí)節(jié)省工程水土保持投資;2)施工工藝和施工程序是影響施工期水土流失的重要因素之一,因此在管道施工過程中,應(yīng)做到嚴(yán)格控制施工擾動(dòng)地表面積,管溝開挖、管道敷設(shè)、管溝回填壓實(shí)、復(fù)耕和綠化等各道工序依次緊密銜接實(shí)施,以減少疏松地面的裸露時(shí)間;3)工程施工占用大量農(nóng)田、林地、草地等,施工過程中要嚴(yán)格按照施工方法,對表層水土集中堆放并防護(hù),以保證農(nóng)地、林地及草地的恢復(fù)和綠化;4)由于工程跨四個(gè)省,在水土保持監(jiān)督執(zhí)法、水土保持設(shè)施補(bǔ)償費(fèi)的收繳及各項(xiàng)水土保持措施的實(shí)施與監(jiān)理等方面應(yīng)統(tǒng)一協(xié)調(diào),以利于各項(xiàng)工作的開展。