西氣東送子洲段天然氣管道水土保持措施探析

馬 濤，文 航

（子洲縣水利局渠道庫壩管護中心，陜西 榆林 718400）

天然氣管道開挖施工因為點多線長面廣，造成水土流失量較大。西氣東送子洲段項目區(qū)的地質(zhì)復(fù)雜，開挖工程量較大，為了減少項目建設(shè)帶來的水土流失，圍繞管道水土保持方案進行探討。

1 概況

天然氣管道西四線管道工程由管道工程、站場工程、穿越工程和附屬工程組成。管道全長1 745 km，設(shè)計輸氣量150×108m3∕a，設(shè)計壓力12 MPa，管徑1 219 mm，全線設(shè)置內(nèi)涂層。其中，子洲段長73.155 km（含預(yù)埋管道14.41 km）。工程穿越河流溝渠40 次18.200 km，公路55 次3.891 km，管廊194 次5.059 km，山嶺隧道3 次4.470 km。

2 項目區(qū)基本情況

項目區(qū)地形主要為黃土高原和中低山[1]，局部為起伏剝蝕緩丘，多沿溝谷發(fā)育。由于地層的差異性風化形成地表為長條狀垅崗高地及狹長的壕溝，地勢起伏較大，相對高差5～15 m。管道沿線所經(jīng)地段西高東低，海拔高度為1 100～1 750 m。由于項目區(qū)降水量較小，植被稀疏，主要植物類型有駱駝刺、梭梭、檉柳、泡泡刺、白刺、紅砂。工程總占地面積為27.22 hm2，其中永久占地面積12.64 hm2、臨時占地面積14.58 hm2。工程占地主要類型為草地和荒地，土壤侵蝕類型兼有風力和水力侵蝕，土壤侵蝕模數(shù)為1 800 t∕（km2·a）。

3 黃土溝壑區(qū)防治措施

黃土溝壑區(qū)的水土保持措施有排水渠、生態(tài)袋素土護坡、生態(tài)袋素土堡坎，主要施工內(nèi)容為表土剝離、表土回填、土地整治和復(fù)墾以及縱坡植生袋排水溝、擋水埂、消力坎興建。

3.1 工程措施

（1）表土剝離。管溝開挖前，對施工作業(yè)帶占用的耕地等進行表土剝離，其中草地僅對表層為粉土或黏土的區(qū)域進行剝離，耕地剝離厚度30～35 cm，林地和草地根據(jù)現(xiàn)場情況確定剝離厚度。剝離的表土和管溝開挖土沿線堆放在管溝開挖一側(cè)，表土在外側(cè)，生土在內(nèi)側(cè)。表土剝離面積96.18 hm2，表土剝離量25.71萬m3。

（2）表土回填。施工結(jié)束后回填表土，耕地回填厚度為30 cm。林地和草地根據(jù)表土剩余情況確定回填厚度，但不小于剝離厚度。表土回填面積共計96.18 hm2，回填表土9.73萬m3。

（3）土地整治。根據(jù)地勘資料及現(xiàn)場調(diào)查情況，施工結(jié)束后，僅對可剝離表土的其他草地進行土地整治，整治面積14.58 hm2。

（4）土地復(fù)墾。施工結(jié)束后，對施工作業(yè)帶占用的耕地和園地進行復(fù)墾，復(fù)墾面積1.12 hm2。

（5）縱坡植生袋排水溝。根據(jù)項目建設(shè)區(qū)氣象資料及現(xiàn)場查看已建管道縱坡穿越情況，線路縱坡穿越施工作業(yè)帶兩側(cè)需設(shè)置植生袋生態(tài)排水溝，既能抑制坡面侵蝕溝的形成，又可增加植被覆蓋度。植生袋排水溝采用矩形斷面，底寬0.5 m，深0.25 m，壁厚0.3 m，植生袋尺寸為0.5 m×0.3 m×0.25 m。施工時，渠底建議錯縫擺放，以減少水流對植生袋沖刷造成的損壞。植生袋排水溝共計96 418 m，植生袋素土護坡271 m3，生態(tài)袋素土堡坎427 m3。

（6）消力坎。排水溝消能采用渠底加糙法[2]，設(shè)置消力坎，既能消能，又有利于阻止植生袋的滑塌。在植生袋生態(tài)排水溝內(nèi)每隔10 m 設(shè)置1 道消力坎，消力坎采用C20 混凝土澆筑，上部為梯形斷面，下部為矩形斷面，梯形斷面上頂寬10 cm、高10 cm、下底寬50 cm，迎水坡和背水坡坡比分別為1∶1和1∶3，矩形斷面寬度與上部梯形斷面下底寬度相同，高50 cm，長為排水渠底寬。消力坎既能減少水流沖刷的動力，又起到固定植生袋的作用。消力坎共計9 642 m，C20混凝土澆筑2 700 m3。

（7）擋水埂。對于縱坡穿越管道作業(yè)帶每隔20 m設(shè)置擋水埂1 道，每道擋水埂長度為作業(yè)帶寬度減去兩側(cè)排水溝頂寬。擋水埂采用梯形斷面，底50 cm，高50 cm，坡比為1∶1。擋水埂共計124 379 m，土方夯實62 190 m3。

3.2 植物措施

一方面采用生態(tài)袋素土護坡和生態(tài)袋素土堡坎，另一方面進行草地恢復(fù)、林地恢復(fù)和植生袋排水溝內(nèi)植草等。

（1）林地恢復(fù)。對管線穿越的林地在施工結(jié)束后進行恢復(fù)，管道中心線兩側(cè)5 m 范圍內(nèi)不種植喬木，僅撒播種草，其余擾動區(qū)域采用喬灌草結(jié)合的方式恢復(fù)植被。喬木、灌木栽植株距和行距分別為3、0.5 m，共栽植沙棗3 105 株、沙棘5 175株，撒播披堿草和堿蓬各129 kg。

（2）草地恢復(fù)。施工結(jié)束后對天然牧草地、人工牧草地可剝離表土的所有草地采用人工促進恢復(fù)模式進行植被恢復(fù)，草種選擇堿蓬、披堿草混播，其中管線穿越濕地段時草種選擇堿蓬和蘆葦，播種量均為80 kg∕hm2。草地恢復(fù)面積共計5.31 hm2。

（3）生態(tài)袋素土護坡植草。根據(jù)護坡方量和地勘資料，估算低山丘陵段管道作業(yè)帶生態(tài)袋素土護坡植草面積0.36 hm2。設(shè)計生態(tài)袋內(nèi)草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量為80 kg∕hm2，共需草籽量29.20 kg。

（4）生態(tài)袋素土堡坎植草。根據(jù)堡坎方量和地勘資料，估算低山丘陵段管道作業(yè)帶生態(tài)袋素土堡坎植草面積0.63 hm2。設(shè)計生態(tài)袋內(nèi)草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量為80 kg∕hm2，共需草籽量50.34 kg。

（5）植生袋排水溝內(nèi)植草。植生袋排水溝內(nèi)植草面積為1.6 m2∕m，共計4 269 m2，草種選擇堿蓬、披堿草混播，考慮到植物生長環(huán)境生態(tài)袋內(nèi)不拌和草籽，共需草籽量34 kg。

（6）對于植被蓋度小于10%的流動沙地、沙丘或沙丘鏈，可以采用草方格沙障[3]。沙障材料為稻草、麥秸等，長度≥40 cm；沙障規(guī)格一般為1 m×1 m；沙障地面以上高度為15～20 cm，入土深度不小于10 cm；沙障孔隙度為20%～30%；沙障鋪設(shè)部位為固定或半固定沙丘迎風側(cè)，實行全部鋪設(shè)。

3.3 臨時措施

（1）臨時攔擋。該區(qū)管道作業(yè)帶范圍內(nèi)表土和生土均堆放在管溝開挖一側(cè)，外側(cè)采用編織袋臨時攔擋，編織袋裝土優(yōu)先考慮表土，剩余表土堆放在生土外側(cè)。臨時攔擋采用直角梯形斷面，斷面尺寸為頂寬0.5 m、高0.6 m、坡比1∶0.5。根據(jù)該區(qū)管道敷設(shè)長度，臨時攔擋共36.78 km。

（2）臨時苫蓋。管溝開挖臨時堆土除外側(cè)編織袋擋護外，臨時堆土頂部采用彩條布或密目網(wǎng)苫蓋。考慮到風力，臨時苫蓋采用彩條布，用編織袋裝土壓實固定，其余部分苫蓋采用密目網(wǎng)，其中彩條布以重復(fù)利用3次計，密目網(wǎng)以重復(fù)利用5次計。臨時苫蓋共23.91 萬m2，其中彩條布苫蓋16.80 萬m2、密目網(wǎng)苫蓋7.11萬m2。

（3）彩條布分隔表土。表土和生土在堆放時中間用彩條布進行分隔，合計隔離表土面積0.69萬m2。

（4）干砌石攔擋。對于管線穿越柏全山段，由于管溝開挖無土方，均為石方，無法進行編織袋裝土攔擋，因此對鉆爆出來的石方進行人工挑揀，選擇較為平整的作為臨時攔擋，攔擋斷面與編織袋攔擋相同，即上頂寬0.5 m、高0.6 m、坡比1∶0.5。干砌石攔擋長度共計3 400 m，干砌石2.31萬m3。

4 穿越工程區(qū)防治措施

4.1 工程措施

（1）表土剝離。管溝開挖前，對穿越工程占用的耕地、園地進行表土剝離，其中耕地剝離厚度30～35 cm、園地剝離厚度20～30 cm，剝離的表土和生土堆放在穿越工程管溝開挖兩側(cè)空地或就近堆放于管線作業(yè)帶。經(jīng)合計，表土剝離面積2.11 hm2，表土剝離量0.24萬m3。

（2）表土回填。對表土剝離區(qū)域在施工結(jié)束后回填表土，回填厚度為耕地30 cm、園地20 cm，林地和草地根據(jù)表土剩余情況確定回填厚度，且不小于剝離厚度。 表土回填面積共計2.11 hm2，回填表土0.24萬m3。

（3）土地整治。施工結(jié)束后，對穿越工程占用的天然草地進行土地整治，土地整治1.57 hm2，回填表土0.24萬m3。

（4）土地復(fù)墾。施工結(jié)束后，對穿越工程占用的耕地和園地進行復(fù)墾，面積0.14 hm2。

（5）河床整平。對于河流開挖穿越占用的灘涂，施工結(jié)束后全部進行場地平整壓實以保障河流行洪，河床整平壓實面積共計1.68 hm2。

（6）邊坡防護。施工結(jié)束后，對河道兩岸施工作業(yè)帶開挖形成的邊坡采用植生袋內(nèi)填草籽進行防護，邊坡坡比為1∶2，植生袋防護厚度為0.5 m。邊坡防護面積1 130 m2，植生袋565 m3。

4.2 植物措施

對穿越工程防治區(qū)設(shè)計的植物措施為草地恢復(fù)和邊坡防護植草。

（1）草地恢復(fù)。施工結(jié)束后，對天然地和荒地采用人工促進恢復(fù)模式進行植被恢復(fù)，草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量均為80 kg∕hm2。草地恢復(fù)面積共計0.08 hm2。

（2）邊坡防護植草。邊坡防護面積為400 m2，植生袋內(nèi)草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量為80 kg∕hm2，共需草籽量3.2 kg。

（3）植草技術(shù)。整地、播種、撫育管理等與戈壁沙漠區(qū)相同，后期加強植物措施的養(yǎng)護和管理。

4.3 臨時措施

（1）臨時攔擋。該區(qū)穿越河流、溝渠、公路等管溝開挖臨時堆土和表土采取編織袋臨時攔擋進行防護。臨時攔擋與管溝開挖同步進行，編織袋裝土優(yōu)先考慮表土，剩余表土堆放在生土外側(cè)。攔擋設(shè)置在臨時堆土四周，高1 m，頂寬0.5 m，內(nèi)外坡比為1∶0.5。施工時，先用管溝開挖土石裝入草袋，碼砌成梯形攔擋，施工結(jié)束后拆除填入管溝并整平，臨時攔擋長度共計1 068 m。

（2）臨時苫蓋。臨時堆土除外側(cè)編織袋臨時攔擋外，設(shè)計對頂部和裸露邊坡采用密目網(wǎng)或彩條布苫蓋，考慮到風力和土壤類型，臨時苫蓋采用彩條布，并用編織袋裝土壓實固定，其余部分苫蓋采用密目網(wǎng)。彩條布以重復(fù)利用3 次計，密目網(wǎng)以重復(fù)利用5次計，臨時苫蓋面積為4 295 m2。

（3）彩條布分隔表土。表土和生土在堆放時中間用彩條布進行分隔，合計彩條布隔離表土面積770 m2。

（4）臨時排水溝。穿越大中型河流開挖時，針對河床開挖含水量較高段，需在平臺和開挖邊坡布設(shè)臨時排水溝。臨時排水溝采用梯形斷面，尺寸為30 cm×30 cm，坡比為1∶1，長度為1 455 m。

（5）沉砂池。平臺臨時排水溝兩端封閉，排水溝內(nèi)積水用水泵抽排進入沉砂池[4]；臨時堆土排水采用自流進入沉砂池。沉砂池位于管溝開挖和臨時堆土之間，尺寸為6.0 m×3.0 m×1.6 m（長×寬×深），共布設(shè)2 座。后期施工時，穿越河流建議在枯水期施工，減小擾動范圍，減少河流淤積。

5 特殊地段管道敷設(shè)防治措施

本工程特殊地段主要為并行敷設(shè)段、農(nóng)田段、低山丘陵段和規(guī)劃區(qū)段，分別采取相應(yīng)措施進行水土保持防護。

5.1 并行敷設(shè)段

本工程與西氣東輸一線、西氣東輸二線、西氣東輸三線等多條管道長距離并行敷設(shè)，長度243.5 km。在地形開闊段，與已建管道并行間距不小于30 m；局部受限地段，與已建管道并行間距不小于20 m；對于避讓高壓鐵塔、敏感區(qū)等特殊位置，與已建管道并行間距不小于10 m；開挖穿越小型河流、溝渠等地段，與已建管道并行間距應(yīng)根據(jù)新建管道的埋深進行計算，使已建管道位于施工影響范圍以外。作業(yè)帶寬度根據(jù)地形和地質(zhì)情況確定。

5.2 農(nóng)田段

管溝開挖前，首先進行表土剝離，厚度為30～35 cm，對于地表以下30 cm 厚的生根層耕植土（熟）要分層開挖、分別埋放、分層復(fù)原。管溝應(yīng)當在管道安裝完畢后及時進行分層回填，地表30 cm 以下的回填土層應(yīng)分層壓實，經(jīng)過坡地起伏段時應(yīng)設(shè)置草袋裝土攔擋，以避免將來農(nóng)田灌溉大量順管溝滲漏的情況發(fā)生。生土回填處理完畢后，再將30 cm 厚的熟土回填，不得摻雜其他回填材料（如碎石、硬質(zhì)土塊等）。盡量避免冬季回填，如必須在冬季回填，回填土中嚴禁夾有冰雪，凍土回填前應(yīng)進行粉碎，回填細土所用粉碎凍土塊最大粒徑不應(yīng)超過20 mm，回填土不得含有凍結(jié)的腐殖土或泥炭質(zhì)及大塊冰雪?；靥罴毻梁?，上部回填土用的凍土塊或原土石方粒徑不應(yīng)超過250 mm。

5.3 低山丘陵段

管道為順坡敷設(shè)，無橫坡敷設(shè)。當管道與已建管道并行間距較小時，拓寬原有管道作業(yè)帶；當管道并行間距過大時，重新開辟作業(yè)帶。管溝爬坡坡度較緩時，管溝敷設(shè)采用溝下焊接[5]，管溝土石方直接堆放于管溝一側(cè)，并進行適當攔擋即可；對于坡度較陡的山坡地段，管溝一側(cè)堆土，另一側(cè)挖機設(shè)備通行，管道采用溝下焊接，使用卷揚機或運管小車進行溝下布管。吊管機等設(shè)備無法停放的斜坡采用整體預(yù)制吊裝法、牽引法等。管溝回填要求采用編織袋裝原土回填至管頂0.5 m，然后回填原土；石方、碎石、卵礫石管溝在溝下布管前應(yīng)首先鋪墊0.3 m厚的細土，袋裝細土應(yīng)壓實、平整，管道兩側(cè)及管頂以上0.5 m范圍內(nèi)均采用袋裝細土回填，然后回填原土。回填的原土石方石塊的最大粒徑不得超過250 mm。

5.4 規(guī)劃區(qū)段

本工程個別地段受地形、建構(gòu)筑物及其他在建工程的限制，從城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)或民房密集處（特別是一二級公路的兩側(cè)）通過。施工中，在狹窄場地外組焊，于溝下整體拖管就位，以減小施工作業(yè)帶寬度。

6 結(jié)語

西氣東送子洲段天然氣管道穿越區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，管道施工開挖面和工程量大，易造成大量水土流失，且工程跨越黃土溝壑區(qū)和眾多已建工程區(qū)。通過分析探討，針對不同區(qū)域分別采取工程、植物和臨時措施，可有效減少項目建設(shè)帶來的水土流失，為工程建設(shè)提供了科學支撐。