關于石油管道工程凍土環保技術的若干思考

劉燕寧（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

1 石油管道沿線凍土環境概述

1.1 凍土簡介

凍土，顧名思義，是指溫度在0攝氏度以下，土壤層中含有冰和巖石混合物，并對溫度變化及其敏感的土體地質層。具體來說，冬季凍土層在零下攝氏度的低溫狀態下，隨著溫度的不斷降低發生劇烈膨脹，對表層建設的路面路基產生推頂擠壓作用；夏季凍土層隨著氣溫的逐漸升高而內部的冰物質逐漸融化。土層體積逐漸縮小，路基發生向下沉降，容易導致出現路基或路面塌陷、變形甚至裂變。

總體來說，凍土可分為數小時、數日或多至半月的短時凍土、半月至數日的季節凍土、數年至數萬年及以上的多年或永久性凍土等類型。凍土具有流變的性質，其長期物理強度要遠遠低于瞬間強度的特征。因此，因其凍土的上述性質，在凍土區修建工程構建物要面臨兩大挑戰：凍脹與融沉。這是世界范圍內要解決凍土層上構建工程的永恒難題。

1.2 凍土環境及其特征

1.2.1凍土環境

是指凍土層所在區域多年形成的自然環境，凍土聚集區域隨著氣溫的變化，常年凍脹與融沉，形成了區域內獨特的自然環境。

1.2.2特征

凍土所在區域大多為地域氣候環境惡劣區域。多年凍土層分布往往呈現維度地帶分布特征。從地理學角度看，從南至北，從低緯度到高緯度，凍土層的分布呈現由零星狀到半島形狀最后過渡到片狀連續區域分布。從特征來說，維度高的地區凍土抗熱干擾能力較差，熱穩定性要好于緯度低區域的凍土。

我國凍土區域主要分布在境內的亞寒帶與寒帶區域，凍土所在區域人跡罕至，原始自然風貌保存完好，山間與河谷多發育為沼澤，森林與河流資源豐富。地質層中往往蘊含豐富石油資源。

2 石油管道工程對凍土環境影響分析

2.1 凍土區域的自然環境破壞

石油管道在凍土層施工，開挖溝槽，地表植被遭到破壞。同時，在溝槽回填過程中，要進行凍土層回填壓實作業，使得土壤空隙及水分含量減少，增加了土壤吸收的熱量，使得凍土地表水分較少、熱量較高，干燥板結，不利于植物后續演替生長。

石油管道施工現場作業人員與設備集中，凍土周圍被大型機械與材料堆壓、踩踏，會形成裸露的斑塊，加之廢物廢水及施工垃圾的堆放，造成周圍環境污染。

2.2 施工安全性問題

使得凍土層直接暴露在周圍環境之中，進行熱量交換，若施工季節溫度較高，則會出現凍土土壤吸收較大熱量，隨著施工開挖面積的增加。凍土吸收熱量越來越大，出現凍土融化面積越來越大的現象，土層內聚力降低，容易出現工程塌方危險。

石油管道施工過程中，修建的排水與側溝工程往往會出現積水，隨著積水逐漸增多并滲透在冰層中，融化冰層，會導致底層洼陷，造成施工危險。

即使石油管道成功修建并運送石油，當輸油管道中石油溫度過高時，熱量會傳遞到凍土層中，使得凍土融化，出現下沉現象。當輸油管道中石油溫度過低時，會吸收凍土層中的熱量，管道會出現凍脹現象，導致管道破裂，出現原油泄漏現象。

3 凍土環境保護技術

要實現在凍土環境中，成功建設石油管道，并保證使用過程中不出問題，就必須做好施工建設過程中對凍土層防熱干擾工作，盡量維持凍土層的原生態狀態，要用最小的影響最短的周期實現施工區域凍土環境達到新的均衡狀態。

3.1 在凍土融化范圍清除植被邊界

在凍土層環境表面因施工導致融化的范圍處進行一定的延伸，作為清除植被的邊界，其理論延伸邊界為凍土上限的1.7倍左右，大型工程及石油管道的安全防護距離要在55米以上。

3.2 積極恢復遭破壞的植被

在工程施工建設過程中，工程建設區域內凍土表層土壤與植被要進行恢復及養護，在施工結束后按照科學分層進行回填并恢復。具體來說，在小型工程取土坑回填時，可利用工程廢棄土及殘渣進行回填操作，并覆蓋以植被。在較大型取土坑回填時，當挖掘面積大于60平米時，回填時要做成與周圍地表自然過渡的坡度小于26度的緩坡，并覆蓋以植被。

3.3 對坑基開挖暴露時間控制

在施工過程中，要充分考慮凍土層所允許的融化厚度，施工季節的溫度及基坑表面凍土層受空氣對流換熱與太陽輻射的影響，通過空氣對流交換公式計算坑基開挖暴露時間機凍土層可承受施工暴露時間范圍。

3.4 要準確確定施工便道和伴行路基的臨界填筑高度

要維持路堤層下凍土的天然狀態，在凍土層冰含量低的工程路段，施工便道與伴行路段的路基填筑高度要以0.45-0.75米為最佳；在凍土層冰含量高的工程路段，伴行路與施工便道的最小臨界高度可利用計算公式算出，具體為H=1.2（1.0-0.15天），H代表凍土環境區域的天然上限，理論上計算來說，暖季施工，凍土層寒冰量低的區域，施工便道與伴行路的路基不低于0.4米，而寒冰量搞得凍土區域，施工便道與伴行路基不低于0.7米。

綜上，眾所周知，凍土層因其特殊的構造，凍土環境較為脆弱，在進行石油管道建設與鋪設過程中，不可避免的會對凍土的原生態環境造成破壞與傷害，在工程建設過程中，要通過凍土融化范圍清除植被邊界、凍土層植被的復墾、對坑基開挖暴露時間控制、確確定施工便道和伴行路基的臨界填筑高度等技術手段，實現凍土層石油管道工程建設的平穩運行。

[1]李國智.石油管道工程凍土環境保護技術研究[J].中國石油和化工標準與質量,2019(07).