論黃土塬地區油氣長輸管道的地質災害防治措施

屈 銳，馬宏宇，王 林

（中國石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718001）

論黃土塬地區油氣長輸管道的地質災害防治措施

屈 銳*，馬宏宇，王 林

（中國石油管道公司西安輸油氣分公司，陜西西安718001）

地質災害是影響管道運營安全與使用壽命、破壞管道的重要因素。黃土塬是洪水、地質災害高發地區，油氣長輸管道在建設過程中對途徑的黃土產生擾動，導致管道更易遭受水毀、滑坡、坍塌等災害的威脅與破壞，嚴重影響管道運營安全。通過深入分析黃土塬地區的地質災害類別，總結近幾年在蘭—鄭—長成品油管道慶陽支線地質災害治理工程中的成功經驗，結合地形地貌、土體條件，提出了黃土塬地區各種易發性地質災害的防治措施,以有效避免災害發生及防止災害擴大，保證管道安全運營、減少經濟損失、保護生態環境，并可為其它同類地區油氣長輸管道的地質災害防治提供參考與指導。

油氣；管道；黃土塬；地質災害；防治措施

為實現油氣資源供需平衡、降低油氣運輸成本，長輸管道得以迅猛發展，形成縱橫南北、橫跨東西的管道網絡大動脈。基于安全性、經濟性、合理性的管道復雜走向，給管道后期的日常管理與安全運營帶來了前所未有的挑戰，尤其是管道途徑地區的地質災害防治。黃土塬地區具有海拔分布高、厚度大、易沖刷、濕陷性強、穩定土層被擾動后恢復期較長等鮮明的地質地貌特性，因大氣環流在地面低壓系統內活動頻繁而造成的多暴雨天氣，導致水土流失嚴重，且對水工保護措施破壞性極強，致使該地區的水工保護及地質災害治理極其困難，嚴重威脅管道運營安全，后果不堪設想[1-2]。本文針對近幾年在蘭—鄭—長成品油管道慶陽支線的水工保護工程及地質災害治理中取得的成功經驗，結合黃土塬的地質特性，對黃土塬地區可能發生的地質災害類型及其防治技術進行系統研究，以期指導該地區的地質災害防治，保障管道安全運營，并為其它地區管道保護中的地質災害防治提供參考依據與成功經驗。

1 地質災害對長輸管道的影響

黃土塬地區生態環境脆弱，嚴重的水土流失導致洪水、質災害頻繁發生，途徑黃土塬惡劣環境的長輸油氣管道[3-5]。在施工期間及工程竣工投產運行后，常遭受水毀、滑坡、崩塌等災害的威脅，造成管道裸露、懸空、甚至斷管、斷光纜等事件發生，造成環境污染、起火爆炸等重大事故發生。

2 地質災害的常見類型

根據表現形式，地質災害類型分為滑坡、崩塌、泥石流、采空區地面塌陷、巖溶地面塌陷、管溝嚴重沉陷、地裂縫、沙埋和風蝕災害、鹽漬土和濕陷性黃土及特殊巖土導致的地質災害等[6-7]。

2.1 黃土腰峴崩塌

腰峴通常為梁峁之連接部,位于2條深切沖溝之溝頭,兩側陡峭壁立、狹窄[6]。管道在修建時，在特殊地段依托腰峴通過較為常見，但不穩定的濕陷性黃土腰峴在日后容易發生崩塌，造成管道及光纜裸露懸空，嚴重影響管道的安全運行。

2.2 沖溝下切、邊坡側蝕

沖溝在黃土塬地區分布廣泛，具有坡降大、兩岸陡峭、植被在施工破壞后恢復困難的特點。在水流的作用下，沖溝的下切、側蝕、溯源侵蝕作用強烈，容易引起沖溝邊坡失穩,產生滑坡、滑塌等地質災害，危及管道安全。溝底管道彎頭處沖刷最為劇烈，管道及光纜裸露懸空可能性極大，且管道在彎頭處所受應力較為集中，加劇了高陡邊坡對管道的危害。

2.3 地表下沿管道發育的暗溝

地表下沿管道發育的暗溝多位于連續斜坡上，其源頭位于斜坡上部管線附近的黃土漏斗、陷穴、落水洞等下方，水從源頭流入，沿管道侵蝕管道周邊及下方黃土，至斜坡下方管線附近的出水口流出。暗溝具有隱蔽性，致使發現這類災害的難度極大。

2.4 管溝塌陷

管溝塌陷是黃土塬地區發生最為頻繁的災害類型。沿線原黃土層和植被在管道建設中造成的擾動，是導致管溝塌陷的主要因素。其中，溝蝕對管溝的危害最為嚴重,主要表現在溝底下切、溝岸擴展和溝頭前進。嚴重時造成地面沉陷,管道裸露懸空，嚴重影響管道安全。

2.5 河堤岸側蝕

管道在河流呈月牙處的地帶展開大開挖穿越，致使“月牙”外側穿越處修建的護堤工程在河水離心力的作用下，出現十分嚴重的堤腳掏蝕、堤岸沖刷現象。在黃土塬地區，管道穿越均為季節性河流，護堤受河水沖刷、掏蝕更為嚴重。

2.6 滑坡

黃土高原的滑坡多發生在黃土與紅粘土（隔水層）接觸面以上地層中。滑坡易導致隨管道同溝鋪設的光纜受牽引力而被拉斷。

2.7 水工護坡垮塌

黃土粘結性較差，土壤貧瘠，植被不能及時生長，造成新建管道在投產運行后的幾年內，受雨水沖刷、水毀相當嚴重，造成管道及光纜裸露。

3 地質災害的防治措施

黃土塬管道建成投產初期，主要借鑒蘭—鄭—長成品油管道慶陽支線的地質災害防治經驗，通過公路、鐵路工程的防治技術開展地質災害治理，雖取得了一定效果，亦明顯存在一些不足。隨后，結合黃土特性與經驗積累，對地質災害進行深入分析，將當地壘筑土墻上的干打壘技術引入地質災害防治領域，進一步完善了黃土塬地區濕陷性黃土的防治措施。

3.1 地質災害的預防措施

定期對管道開展完整的高后果區評價工作，對管道上可能遭受地質災害的點建立臺賬，加強巡查，并動用科技手段，對管道途經的大型坡體采用地質數據實時監控的手段，對坡體的滑坡趨勢進行預判，未雨綢繆。且及時治理黃土塬地區的小地質災害點，以防止災害發生及影響擴大。

3.2 地質災害的治理措施

3.2.1 抗滑樁

抗滑樁是穿過滑坡體深入于滑床的樁柱，用以支擋滑體的滑動力，起穩定邊坡的作用，適用于淺層和中厚層的滑坡，是抗滑處理的主要措施。抗滑樁主要為樁柱、鎖口和擋板3部分，經實踐證明，該措施對于管道穿越腰峴的地段治理效果明顯，但造價較高。

3.2.2 排水溝、擋水埝

排水溝、擋水埝主要是將水引至它處，避免水流向管道上方低洼處或沖刷管道水工保護工程主體，造成黃土發生濕陷或護坡損壞。排水溝可用混凝土制作或者預制，擋水埝可用三七灰土夯筑。該措施投資小，治理效果好。

3.2.3 管溝翻夯

管溝翻夯適用于管溝塌陷和地表下管道存在暗溝的地質災害治理。其方式和措施為：管溝回填高于地面100～200mm,超出管溝外300mm左右,回填土應分層夯實,在管道上方0.5m以下應仔細回填,壓實系數不低于0.93。回填料根據實際情況可選用黃土、灰土或者水泥土,并保證最優的含水量。

3.2.4 鉛絲石籠

鉛絲石籠指用重型六角網制作的箱型網籠，在施工現場經石頭填充，構成具有柔性、透水性及整體性的結構，具有控制和引導河流及洪水、防止水土流失的作用，主要用于管道穿越河流的“月牙”外側受河水沖刷較為嚴重的部位和受一定高落差的水流沖蝕部位。

3.2.5 擋土墻與淤土壩

擋土墻是一種防治土坡滑坍的構筑物，種類較多。長輸管道水工保護最常用的是重力式擋土墻。重力式擋土墻一般用漿砌石構筑而成，主要依靠自身重量以維持穩定。

淤土壩與擋土墻結構類似，主要設置在“口小肚大”、坡降較緩的溝道內，起攔洪淤地、抬高侵蝕基點、增加管道上方覆土厚度、淤積后穩定溝坡作用。

擋土墻和淤土壩對水土保持穩定具有良好的效果。

3.2.6 消力池

消力池是促使在泄水建筑物下游產生底流式水躍的設施，主要靠水躍產生的表面旋滾及旋滾與底流間的強烈紊動、剪切和摻混作用實現消能，以避免水流對黃土直接沖刷造成較大的濕陷后果，是管道水工保護工程的有效技術措施。

3.2.7 干打壘

將西北人民實用的筑房干打壘技術運用于管道水工護坡損毀的治理，具有治理效果好、就地可取材、經濟造價低、結實耐用的特性。對此，慶陽站特此引入了干打壘技術，并通過實踐應用加以改進，形成了適用于管道水工保護及地質災害治理的非常有效，且非常經濟的施工措施。其具體施工工藝為：用木樁固定木椽，每椽高度控制在15～20cm，填料采用比例為7∶3的黃土與消石灰，并在最優的含水率條件下，采用人工或者打夯機進行層層夯實。可廣泛用于田地陡坎、腰峴、大型護坡滑坡等綜合治理。

3.2.8 截水墻

截水墻指用來防止地下水流動的阻礙物，是防止地下水流動、杜絕地表下沿管道形成暗溝的有效措施。綜合考慮黃土塬地區土地的復墾性和經濟學，一般采用按3∶7的消石灰和黃土進行分層夯實而主體修筑。截水墻基礎應設置在管底以下至少0.5m處，且距離地表0.5m處應采用素土進行夯實。

3.2.9 過水面

采用一些表層硬覆蓋結構對管道穿越的河床或常年流水的區段進行連續防護，以消除水對管道上方覆土的沖刷。

3.2.10 斜井井腔灌注

斜井作為黃土塬地區管道穿越大型沖溝的比較新型的施工措施，具有投資省、施工方便、不破壞黃土塬結構的特點，目前被廣泛應用。但是，由于施工質量問題，導致斜井上井口密封不嚴，雨水灌入后導致斜井內填充泥土被沖蝕，造成管道及光纜在井腔內懸空，給管道運行安全帶來隱患。對此，采用腐植酸鈉、黃土、水玻璃和水按照一定的比例進行充分拌合后向井腔內灌注，灌注時應保證一定灌速，使井腔內被充分灌實，灌注完畢后，上井口封堵時應充分夯實，并設置防滲膜，以防止水流進入斜井內。

4 災害防治措施中需進一步解決的問題

（1）消力池于實際應用中雖有效減小了水流的沖擊力，由于黃土塬地區黃土濕陷的特性，從消力池溢出的水仍會掏蝕消力池周邊和下方的黃土，造成消力池懸空，并在自身重力的作用下發生損毀。需采取有效措施穩固消力池。

（2）管道在修建及地質災害整治時期，上方的植被破壞后恢復極其困難，給管道穿越邊坡位置的水土保持帶來了極大的挑戰，亟需新的植被恢復技術。

（3）鑒于抗滑樁造價較高、施工技術要求較高，對于不能使用干打壘進行治理的點，尋求更經濟簡便的高陡邊坡、腰峴處理替代措施尤為重要。

（4）需建立邊坡穩定性的有效評價措施，以根據大型護坡地質實時監測的數據，通過分析、計算得出邊坡是否穩定。

5 結論

長輸管道經過黃土塬地區濕陷性黃土的地質災害治理的防治措施，不僅關系到管道的安全平穩運行，也關系到周邊群眾生命財產安全及生態環境保護。由于長輸管道途經跨度大，地質水文情況相對復雜，一種災害治理措施往往不能完全滿足災害治理需要達到的效果，因此，實際應用中需將幾種措施聯合使用，以達預期目的。黃土塬地區有效的災害治理經驗可為其它類同地區提供參考性或指導性作用，并積極推動我國長輸管道綜合技術水平的發展。

[1]黃土高原地區長輸管道水工保護[E].中石油內部資料.

[2]李萍，薛振年，王治軍，等.隴東地區黃土工程地質特征[J].地球科學與環境學報，2004，26（2）.

[3]王國強,劉宏杰,吳道祥.黃土的工程地質特性研究[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2005，5（1）.

[4]畢令嫻，邱本仁.寶雞黃土塬區馬蘭黃土濕陷特性探討[J].巖土工程師，2003，15（3）.

[5]趙曉光.黃土塬區坡面水蝕作用過程[J].水土保持學報，2000（3）：122.

[6]楊曉秋,宋德琦.濕陷性黃土地區長輸管道工程災害治理研究[J].天然氣與石油，2004，22（1）.

[7]王衛民，張文偉.黃土地區長輸管道地質災害分析及治理[J].油氣儲運，2001，20(4)：28-31.

TE973

B

1004-5716(2016)12-0044-03

2015-12-18

2015-12-18

屈銳（1984-），男（漢族），陜西漢中人，工程師，現從事管道管理及陰極保護工作。