深圳地區(qū)天然氣管道水土流失特點及機理探討

戴 錦 程

(深圳金棟建工科技有限公司，廣東 深圳 518026)

1 概述

天然氣管道的敷設(shè)擾動和破壞了原始地形地貌，造成管道沿線土壤的松動和裸露，加速了管道沿線的水土流失，對管道沿線的生態(tài)環(huán)境及管道安全運行造成了不利影響。因此，加強對管道工程水土流失特點的分析和水土流失產(chǎn)生機理的研究，有利于開展針對性的水土流失防護，科學(xué)合理的控制水土流失[1]。

2 工程簡介

本工程是深圳市燃?xì)饧瘓F股份有限公司高壓天然氣管道從求雨嶺至安托山總長約30 km的八個標(biāo)段(詳見圖1)。整個管道(求雨嶺—安托山)從北往南鋪設(shè)，沿線地形地貌復(fù)雜，地貌單元主要有低丘陵、殘丘、沖洪積平地及溝谷地貌，其中，丘陵、殘丘地段屬地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。整個調(diào)查段潛在的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為崩塌、滑坡及水土流失等。

3 工程施工及防治措施

3.1 工程施工

整個管道的埋設(shè)采用了埋地敷設(shè)、定向鉆穿越、頂管穿越等施工方式。由于定向鉆穿越和頂管穿越均是在不擾動管線上部原狀土的基礎(chǔ)上開展的埋設(shè)，一般不考慮水土流失的影響。所以，本文主要探討埋地敷設(shè)段的管道，其施工如圖2所示[2]。

3.2 工程防治措施

管道在丘陵、殘丘等地貌埋地敷設(shè)時，其開挖回填形成了大量松散土邊坡。根據(jù)管道與邊坡相交方式的不同，管道敷設(shè)防治方式可分為沿坡體橫向敷設(shè)防治和縱向敷設(shè)防治兩種情況，具體的防治方案見圖3～圖6。

管道沿坡體橫向敷設(shè)時，削坡修建了作業(yè)帶，土石方堆放在作業(yè)帶外側(cè)的坡面上，并在邊坡堆放側(cè)修建了擋土墻。管道回填土上方則設(shè)置了固定松散回填土的生物磚，并進行了植草。

管道沿坡體縱向敷設(shè)時，采用坡改梯的方式對開挖面進行了防護，產(chǎn)生的棄渣填于梯田中，回填土上方則采取生物磚、植草等措施固定土體。

4 水土流失特點及機理分析

在調(diào)查發(fā)現(xiàn)的105處災(zāi)害點中，水土流失點共55處，占整個災(zāi)害點的52%，是天然氣管道地質(zhì)災(zāi)害的主要類型。各水土流失點區(qū)間分布情況詳見表1。

表1 水土流失統(tǒng)計表

4.1 水土流失特點

1)水土流失呈線狀分布，局部水土流失量不大，但總量較大。總的水土流失面積達到58 049 m2。

2)管道埋地敷設(shè)段通過六套不同地層，巖土體組成較復(fù)雜，但從水土流失發(fā)育情況來看，55個水土流失點均發(fā)育在花崗巖風(fēng)化區(qū)。

3)通過考察水土流失災(zāi)害點發(fā)育的地形，可以發(fā)現(xiàn)水土流失點大多發(fā)育在坡度10°以上的斜坡地段，且一般處于斜坡中下段。進一步統(tǒng)計分析表1可以得出圖7所示水土流失區(qū)間分布圖，從圖可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)查段管線水土流失主要集中在15°～19°和25°～29°的區(qū)間。

4)55個水土流失點中，溝蝕點40個，占據(jù)了63%，說明整個管線段以溝蝕為主。

5)水土流失沿管線埋設(shè)方向發(fā)育，且集中在開挖區(qū)及生物磚與土體接觸帶。

6)管線水土流失主要發(fā)生在管道建設(shè)期及建成初期，這兩個時期的水土流失占據(jù)了整個水土流失的60%以上。

4.2 水土流失機理分析

1)整個管線區(qū)“熱島”效應(yīng)顯著，年平均氣溫23.1 ℃，極端最高氣溫38.7 ℃，極端最低氣溫0.2 ℃。年降水量多達1 925 mm，且主要集中在夏季，以臺風(fēng)暴雨居多[3]。夏季，梅雨持久，暴雨頻繁，臺風(fēng)雨強降水，是管線區(qū)水土流失的頻發(fā)期。

2)管線水土流失區(qū)成土母巖主要為粗中粒云母花崗巖、中粒云母花崗巖。風(fēng)化物具有晶粒粗大，礦物組成復(fù)雜，物理崩解作用極易進行，進一步分解作用較為緩慢的特點。巖石風(fēng)化崩解后主要為礫土質(zhì)或粗砂土質(zhì)，其中含多量的石英和長石顆粒，粘結(jié)力差，容易發(fā)生溜瀉現(xiàn)象。此種粗粘母質(zhì)進一步風(fēng)化，長石、云母、角閃石等礦物分解成粘粒，分解時間較長，由于石英等礦物難以風(fēng)化，粗粒較多，土壤粘結(jié)力不強，在雨水的沖刷作用下，極易發(fā)生侵蝕。

3)受區(qū)域構(gòu)造的影響，管道沿線整體山勢多呈北西向～北東向展布，與構(gòu)造線走向近于一致，丘陵區(qū)構(gòu)造切割侵蝕作用強烈，造成管線區(qū)巖體較破碎，地形起伏較大，多形成20°～30°的較陡斜坡。管線經(jīng)過的丘陵、殘丘地貌占線路總長79%。

4)管道施工建設(shè)中，土石方臨時堆放、管道敷設(shè)、管溝回填等作業(yè)，對土體的擾動，是水土流失發(fā)生的主要誘發(fā)因素。

總結(jié)以上各方面可以得出，求雨嶺—安托山段天然氣管道水土流失的形成機理如圖8所示。

5 結(jié)論及建議

1)管線區(qū)水土流失主要是沿管線上方回填松散土體發(fā)育，且極大程度上取決于植被的恢復(fù)效果。因此，加固回填區(qū)土體，采用生長速度較快的植被有利于管線區(qū)的水土保持。

2)已采用截水擋墻支護及生物磚固化的管線區(qū)，水土流失嚴(yán)重部位一般是在擋墻墻肩、墻腳中部地基，生物磚與土體接觸帶。因此，對墻肩和墻腳中部地基以及生物磚與土體接觸帶在設(shè)計階段可以考慮做適當(dāng)加強處理。

3)針對管線區(qū)水土流失呈現(xiàn)的溯源侵蝕特點，可以考慮采用溝頭防護治理措施。

4)針對不同巖土組成和坡度的斜坡段采用差別水土保持措施，提高工程設(shè)計的適用性和經(jīng)濟性。