延長氣田集輸干線管道水害及治理方法.doc

延長氣田集輸干線管道水害及治理方法閆慶華，付超，廖紹華，賈春磊，張茂磊，王孝兵（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司 海洋工程設(shè)計(jì)所 山東東營 257026）摘要：延長氣田集輸干線輸氣管道主要敷設(shè)于黃土高原地區(qū)，地形起伏較大，溝壑發(fā)育，延河及支流、支溝縱橫交錯(cuò)。管道在該類地區(qū)易遭受溝頭前進(jìn)、崩塌、岸坡沖毀等災(zāi)害的威脅，嚴(yán)重影響管道安全運(yùn)行。文章在分析該類地區(qū)常見水害的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來水害治理的經(jīng)驗(yàn)，提出了針對黃土沖溝、黃土崾峴、高陡坎、河流等特殊地段的水害治理方法，供其它黃土地區(qū)管道的設(shè)計(jì)、建設(shè)借鑒和參考。關(guān)鍵詞：輸氣管道；黃土地區(qū)；水害；治理方法Flood Damage on Gathering and Distribution Pipeline of the Yanchang Gas Field and Its Management Measures (Sinopec Petroleum Engineering Corporation, Dongying Shandong 257026, China)Abstract：The gathering and distribution pipeline in the Yanchang Gas Field lays loess plateau region where there are many ditches and rivers, the terrain of this region is undulate. Pipeline in the areas is vulnerable to flood threat. The matters such as ditch eclipsing, collapse, slope erosion and so on are threatening the safe operation of pipeline. Based on analyzing flood hazard, combining with experience in recent years, this paper put forwards some measures for flood problem in special area such as gully, strictured loess section, high escarpment and river. The proposed methods are available for reference in piping design and construction in other loess area.Key words：Gas transmission pipeline; Loess area; Flood damage; Management measure1 工程概況延長氣田集輸干線管道包含一干兩支，位于寶塔區(qū)和延長縣境內(nèi)，全長130.0km。其中輸氣干線103.0km，延2首站-姚店閥室支線17.0km，方橋清管站-姚店末站支線10km。管道沿線主要地貌單元為黃土梁峁、黃土斜坡、崾峴和河流階地。黃土山區(qū)段地形起伏較大，溝壑非常發(fā)育，黃土梁峁多為斜坡過渡，局部為崾峴連接。管道敷設(shè)境內(nèi)以延河為骨干，支流支溝縱橫交錯(cuò)。2 自然環(huán)境2.1 地形地貌特征延長氣田所在區(qū)域?yàn)榈湫偷狞S土高原區(qū)，海拔900m1600m。地勢總體是西高東低。黃土覆蓋幾十米至300米，滄海桑田，長期受自然力的侵蝕，形成復(fù)雜的山高、坡陡、塬、梁、峁、溝等最具高原特征的地形地貌。2.2 區(qū)域地質(zhì)、氣象及水文特點(diǎn)管道沿線地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積黃土狀土、粉（砂）土、粉質(zhì)黏土、卵石、第四系晚更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、第三系紅粘土、侏羅系強(qiáng)中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖和砂巖。沖溝、崾峴段多為非自重、自重濕陷性黃土，濕陷等級達(dá)到級級。管道沿線所經(jīng)之地平均年降雨量為562.1mm ， 69月平均降水量占全年降水量的70%左右。工程水系均為延河支流，主要為山谷之間常年形成的沖水溝，其形態(tài)蛇曲蜿蜒，河道大多處很狹窄，河道中間水深較淺，河水補(bǔ)給主要靠降雨及泉水，雨季水量大，沖刷能力很強(qiáng)。河床表層巖性為淤積土、沖積砂質(zhì)卵石層和砂巖，河床內(nèi)多處露出基巖。3 沿線水害類型延長氣田管道水害從工程類型上可歸為黃土坡面土壤侵蝕1和河流侵蝕兩大類型。3.1 黃土坡面土壤侵蝕對管道及管道周邊環(huán)境構(gòu)成危害的主要是由降雨所造成的水力侵蝕和重力侵蝕。對管道形成危害的水力侵蝕主要是溝蝕，它主要表現(xiàn)為溝床下切、谷坡擴(kuò)展和溝頭前進(jìn)；重力侵蝕主要表現(xiàn)為滑坡、滑塌和崩塌等，若管道埋地敷設(shè)或跨越工程基礎(chǔ)處坡體發(fā)生重力侵蝕現(xiàn)象，將危及管道。3.2 河流侵蝕河岸側(cè)蝕和河床下切是河流侵蝕的兩種方式。河岸側(cè)蝕對管道的安全威脅主要反映在兩個(gè)方面：對于穿河管道，河道發(fā)生擺動，原管道暴露于新的河槽內(nèi)；與河道走向同向的管道，當(dāng)河岸不斷侵蝕而后退后，導(dǎo)致管道外露。河岸側(cè)蝕問題在游蕩性河流表現(xiàn)較為嚴(yán)重。若河流穿越段管道埋深達(dá)不到?jīng)_刷要求，護(hù)底措施不當(dāng)，河床沖刷下切極易造成管道懸空，導(dǎo)致管道沖刷破壞。4 水害的治理方法對于黃土地區(qū)管道工程的水害治理，應(yīng)根據(jù)管道所經(jīng)地區(qū)的地形地貌、水文地質(zhì)、黃土理化特性等進(jìn)行具體分析，制定有效措施。以下就延長氣田集輸干線管道遇到的困難問題、積累的經(jīng)驗(yàn)和研究成果作一歸納總結(jié)，以期進(jìn)一步重視黃土地區(qū)管道水害的基本問題，供其它黃土地區(qū)管道的設(shè)計(jì)和建設(shè)借鑒和參考。4.1 黃土沖溝的治理方法（a）現(xiàn)狀地貌 （b）桁架跨越圖1 清水溝沖溝由于黃土具有濕陷性、垂直節(jié)理發(fā)育、滲透系數(shù)極低的特性1，雨水極易造成沖溝發(fā)育，危及工程安全。集輸干線管道穿越?jīng)_溝2處，溝頭深度較深、溝頭有前進(jìn)趨勢。鑒于溝較深、溝坡穩(wěn)定，管道采用桁架跨越方式通過沖溝：圖1(a)是集輸干線管道穿越的清水溝沖溝現(xiàn)狀地貌?？缭讲捎脴痘A(chǔ)，穿透濕陷性黃土，進(jìn)入穩(wěn)定地層內(nèi)；溝頂部邊緣設(shè)置截水溝，抑止沖溝繼續(xù)發(fā)育；在桁架基礎(chǔ)外圍設(shè)置截水溝和集水池，將兩側(cè)山體匯水引導(dǎo)至遠(yuǎn)離沖溝山體處。圖1(b)是清水溝沖溝管道桁架跨越結(jié)構(gòu)。4.2 黃土崾峴的治理方法集輸干線管道沿途經(jīng)過需要處理的崾峴約20處，大型崾峴為4處。管道路由確定從崾峴的一邊通過，靠近溝頭較淺、溝坡穩(wěn)定的沖溝，遠(yuǎn)離溝深、坡陡、溝頭發(fā)育、溝坡易垮塌的沖溝。治理時(shí)根據(jù)崾峴的頂部寬度、 崾峴的高度、 兩側(cè)邊坡坡度，以及邊坡的穩(wěn)定情況確定通過崾峴的工程措施，具體有：（1）對于邊溝頭部較寬、溝較深的大型崾峴，采用桁架跨越和梁式直跨方式。下面以干線崾峴YZ156-YZ157和延2首站-姚店閥室支線崾峴YY081-YY082為例詳細(xì)描述。（a）現(xiàn)狀地貌 （b）桁架跨越圖2 崾峴YZ156-YZ157干線崾峴YZ156-YZ157，東西兩側(cè)沖溝由于溯源侵蝕幾乎將梁脊切穿，管道穿越一側(cè)邊溝溝頭寬約25m，溝深超過60m，溝坡坡度超過70，場地為級自重濕陷性黃土?，F(xiàn)狀地貌見圖2(a)。若采用護(hù)坡加固處理方法23，工程量巨大，施工周期長，投資較大。經(jīng)安全性、經(jīng)濟(jì)性及可實(shí)施性綜合分析比較，最后確定對大型崾峴采用桁架跨越形式?？缍?8m，基礎(chǔ)采用樁基，并在溝頭部及兩側(cè)山梁設(shè)置截排水溝，將匯水引至安全地域。桁架跨越見圖2(b)。 （a）現(xiàn)狀地貌 （b）梁式直跨圖3崾峴YY081-YY082延2首站-姚店閥室支線崾峴YY081-YY082，管道靠近瀝青路一側(cè)敷設(shè)，在公路與邊溝之間穿越，邊溝溝頭寬約20m，溝深約30m；場地為級自重濕陷性黃土。現(xiàn)狀地貌見圖3(a)。采用梁式直跨方式4，管道加設(shè)套管，3墩，樁基礎(chǔ)，跨度16m，兩側(cè)錨入土內(nèi)不小于15m，跨越總長66m；對開挖擾動土坎采用灰土草袋防護(hù)。直跨方式解決了溝坡不穩(wěn)定以及黃土地基濕陷性問題，提高了管道運(yùn)行的安全性。梁式直跨見圖3(b)。（2）對于邊溝溝頭穩(wěn)定、深度較小、植被茂盛的崾峴，制定截、排水措施。以干線崾峴YZ488-YZ492為例，管道沿土路敷設(shè)。在兩側(cè)山梁土路上修建0.5m厚10%水泥土擋水坎，并設(shè)置排水溝將山梁匯水排走。4.3 高陡坎的治理方法在干線寶塔區(qū)青化砭鎮(zhèn)西側(cè)YZ640-YZ641處，遇到高度大約26 m 的高陡坎，上部為黃土，下部為風(fēng)化基巖，坡面上出露基巖為中風(fēng)化砂巖和強(qiáng)風(fēng)化泥巖互層，泥巖抗風(fēng)化能力差，巖體較破碎，局部存在崩塌的可能。高陡坎應(yīng)根據(jù)邊坡的具體條件，因地制宜地采取治坡措施，以達(dá)到穩(wěn)坡的目的。具體治理措施如下：（1） 護(hù)坡?；鶐r管溝內(nèi)澆筑C20混凝土，管溝兩側(cè)各5m范圍內(nèi)錨桿噴射混凝土護(hù)坡，同時(shí)陡坎底部管溝混凝土澆筑應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定基巖下不小于0.5m。（2）截、排水。在錨桿砼護(hù)坡頂部設(shè)置截水溝引流排水，防止匯集水下滲引起坡體崩塌。（3）放坡。將上部黃土進(jìn)行放坡，改善邊坡受力條件， 增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)土質(zhì)、邊坡坡度、降雨強(qiáng)度等進(jìn)行錯(cuò)臺處理。4.4 河流侵蝕的治理方法圖4 延河穿越現(xiàn)狀地貌管道沿途經(jīng)過的河流大都屬于游蕩性河流，岸坡為自然岸坡，岸坡穩(wěn)定性較差，河床質(zhì)為基巖，且基巖埋深較淺（圖4是延河穿越現(xiàn)狀地貌）。延長集輸穿河管道，盡可能選擇河段自然邊界條件基本固定、主河槽較穩(wěn)定、河道順直、河床斷面較規(guī)則的位置作為條件。穿越斷面處河道進(jìn)行了防洪評價(jià)，以確定河床的沖淤變幅和最大的沖刷深度。在掌握了游蕩性河流河床演變的基本規(guī)律后，河流侵蝕防護(hù)措施有：（1）護(hù)底。河流穿越段管道埋深在最大沖刷線1m以下，并要求在基巖0.8m以下；管溝內(nèi)自管底至管頂以上0.6m范圍內(nèi)澆筑C20卵石混凝土，以防止河流沖刷下切，避免管線裸露懸空。（2）護(hù)岸。采用水泥砂漿砌石，將被洪水沖刷的部位保護(hù)起來， 其基礎(chǔ)設(shè)置在最大沖刷線1m以下，并在護(hù)岸上設(shè)置泄水孔。與河道走向同向的管道，間距在5m范圍內(nèi)，為防止河岸侵蝕后退，避免管道外露，均應(yīng)設(shè)置護(hù)岸措施。5 結(jié)束語在環(huán)境脆弱的黃土地區(qū)，管道水毀災(zāi)害是我們應(yīng)該注意和著力解決的關(guān)鍵問題，并應(yīng)堅(jiān)持以下原則：（1）自然環(huán)境是分析水害的基礎(chǔ)資料，也是治理水害的基本依據(jù)，針對黃土地區(qū)水害，應(yīng)根據(jù)管道所經(jīng)地區(qū)的地形地貌、水文地質(zhì)、黃土理化特性等進(jìn)行具體分析，制定有效措施。（2）水害治理是一項(xiàng)長期的工作，要在管道建設(shè)運(yùn)行全過程重視，施工上嚴(yán)格要求，并在管理上加強(qiáng)巡線工作，做到汛前預(yù)防，汛期注意觀察，了解水情，汛后及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)補(bǔ)防。參考文獻(xiàn)：1 梅云新. 馬惠寧管道地質(zhì)災(zāi)害類型及水工保護(hù)問題J. 油氣儲運(yùn)，2003，22(11): 35-38.2 吳克信，付開偉，胡曉梅. 黃土崾峴拓寬處理技術(shù)J. 天然氣與石油，2005，23(4): 53-57.3 黃高優(yōu)，