磧口-白文輸氣管線水毀風險原因及控制措施

郭偉 王少華（山西臨縣國新燃氣有限公司山西呂梁03300太原燃氣集團有限公司山西太原030000）

磧口-白文輸氣管線水毀風險原因及控制措施

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磧口-白文輸氣管線工程，是臨縣境內重要的輸氣管線，承擔著向臨縣縣城及周邊村莊居民和企業的供氣任務。該管線所經過地區地形地貌復雜多樣，多為湫水河河床、漫灘、階地等地貌形態，且湫水河地處晉西北黃土高原，夏季雨水多集中，常發生洪水，這增大了該管線的水毀風險。針對這鐘情況，采取了一系列行之有效的措施，有效降低了水毀的風險。

長輸管道；水工保護；水毀風險

引言

磧口-白文輸氣管線建于山西省呂梁市臨縣，位于山西省域的西部，地處呂梁山區西側，黃土高原黃河中游晉陜峽谷東側。屬于晉西北黃土高原地貌，屬暖溫帶大陸性季風半干旱氣候。臨縣地區四季分明，春季干旱多風少雨，風向多為西北，夏季炎熱多暴雨且雨量集中，秋季較為溫涼濕潤，冬季寒冷干燥。年平均降水量464.2mm。雨水多集中在6～9月份，尤其以7月最多。臨縣境內的湫水河是黃河一級支流，發源于山西省興縣黑茶山東北麓的大坪頭，流經興縣、臨縣，于磧口鎮匯人黃河。干流全長125 km，流域平均寬度為16 km，總面積1989 km，河道縱坡為6.5‰。流域內溝壑眾多，主要由土石山和黃土丘陵區組成，其溝壑密度分別為4km/km2和5km/km2，呈樹枝狀分布[1]。多年平均徑流量1.05億立方米，年平均輸沙量2400萬噸，1967年實測，最大洪峰流量3670立方米/秒。磧口-白文線工程區域湫水河河谷發育河床、漫灘、階地等地貌形態，堆積砂卵礫石、次生黃土。

1 管道水毀的危害

水毀災害過程中由于露管，泥砂石對管道的摩擦刮蹭和撞擊會造成外防腐層損傷，增加了管道發生腐蝕的風險。如有巖塊或其他硬物隨水流嚴重撞擊，會是管道母材產生不可修復的凹坑或塌陷，導致管道產生應力集中，凹坑處也有可能造成清管器卡堵。最嚴重的是在洪水到來時，管道自身配重小于其所承受的浮力，造成漂管，漂管可能引發管道斷裂的事件，會導致管道輸氣中斷，影響下游用戶正常用氣。

2 磧口-白文線水毀風險原因

常見河道水毀的主要原因為沖刷、河床下切、堤岸垮塌、堤岸侵蝕、河流改道[2]。河道中敷設的管道在運行過程中，水毀風險影響極大，水土流失引起的滑坡、泥石流等水毀現象以及水體本身對管道的沖刷侵蝕都影響著管道的安全運行。需要根據具體情況制定具體的保護治理措施和解決方案，如果方案不適合所在地區的具體情況，則該方案將不能起到保護管道的作用，不僅浪費人力物力，甚至可能適得其反，對管道的安全運行造成更大的損傷。磧口-白文線面臨的水毀原因則主要為沖刷、河床下切及堤岸侵蝕。

2.1 沖刷

沖刷（見圖1）是由于河中水流在流動過程中遇到障礙物，如大塊石等，水流因受到障礙物的阻擋，導致在障礙物附近發生水流改向或水流局部集中沖刷，在水流對河床的沖蝕淘刷過程中，形成沖刷坑，如果管道在此敷設，就可能會導致管道外露。在露管處，管道外防腐層易受泥砂石摩擦、刮蹭和撞擊從而發生損傷，增加了管道發生腐蝕的風險，影響管道使用壽命，嚴重時還有可能由于撞擊產生管道凹坑等現象。

2.2 河床下切

河床下切（見圖2）是由于水流速度過大或沉積物源的減少，造成河床大幅降低。由于河床降低，敷設的管道會因沖刷而造成露出及懸空，暴露的管道受到河流攜帶的塊石撞擊，造成防腐層損傷，甚至管體損傷以及渦激振動，導致管道使用壽命縮短。湫水河為季節性河流，強降雨后易發生洪水，水流挾帶泥沙的能力強，加之湫水河流域水土流失嚴重，極易形成水石流，對敷設的管道危害很大。

2.3 堤岸侵蝕

堤岸侵蝕（見圖3）主要發生在河流彎道的迎水面，由于水流不斷沖刷迎水面，使該處堤岸逐漸后退，在洪水期間，水流量大且夾雜大量砂石，迎水面沖刷更加嚴重。當管道在該側堤岸或外側敷設時，由于堤岸侵蝕容易被暴露。磧口-白文線沿河敷設距離長，且湫水河彎道較多，堤岸侵蝕危害很大。

圖2

圖1

圖3

3 磧口-白文線水毀風險的控制措施

長輸管道施工過程中，水工保護工程十分重要，對沿河敷設的磧口-白文線更是如此，它是管道保護和水土保持的重要措施。由于管道施工破壞了原來的河床等地形地貌，因此在管道施工的同時，必須采取水工保護措施并恢復和改善原有地形地貌，以保護管線的安全運行。

3.1 基巖開槽澆筑

湫水河河道部分區域河床淺層有基巖地形，遇到此類地形則在基巖上開鑿管槽后敷設管道，最后溝槽用滿槽混凝土覆蓋封頂，并達到基巖標高，此方法不僅能夠防止沖刷露管，還能起到一定的穩管作用。

3.2 過水面護底

過水面護底是采用鋼筋砼等修建成硬覆蓋結構，對管道上方的河床進行連續防護，通過在管道上方修建過水面護底，可以有效防止水流沖刷河床形成的沖刷坑，并且可以防止河床下切。過水面護底屬于面層防護措施，不占據河道斷面，河道水流可以從其上方自由通過，且不改變水流特性。此外，過水面結構簡單、施工方便、防護效果也較好。

3.3 漿砌石擋墻和護岸

漿砌石擋墻和護岸可以防止河流側向侵蝕及因河道局部沖刷而造成引起的堤岸侵蝕及堤岸垮塌等災害，有效防止此類災害造成的露管。漿砌石擋墻和護岸具有施工簡易靈活、適應河床變形、能分期實施、逐步加固等優點，此外，工程的護坡、護腳及墻體均可采用塊石，材料能夠做到就地取材，有效控制成本。需要注意的是，在修建此類工程時，需根據工程墻體頂部地形、地貌及水體浸入情況，修建截水溝、排水溝或封閉地表等措施，防止水體浸入到破裂土體內；如有地下水，應設置排水盲溝，為防積水滲入基礎，須在最低排泄孔下部夯填一定厚度的粘土隔水層。

3.4 增加配重塊

在夏季時，臨縣地區強降雨時有發生，強降雨后，湫水河易發生洪水，水量大、流速急，且部分河道狹窄、多急彎，水工保護工程承受極大風險，一旦因水毀導致露管，露管處將由于浮力和水動力作用，僅依靠管道自身重力，不能保持管道沉降深度和穩定，有可能引起管道漂浮，這時需采取有效經濟的穩管措施，才能將管道穩定的固定在管溝內。增加配重塊可以有效解決漂管問題，將雨季水毀導致的后果降到最低。

4 建議

通過對磧口-白文線水毀風險原因及相應控制措施的分析，可為該管線及其他管線的水工保護設置提供建議：

（1）堅定防范優先于治理的理念，在設計前及施工過程中，應多觀察實際水文形勢，了解實際情況，設計與施工緊密結合，因地制宜的制定合理的水工保護措施。

（2）影響水工保護工程效能的重要環節是水工保護工程的設計水平，提高水工保護工程設計水平。設計水平直接決定防治效果及經濟成本。再具體的實施中贏從依靠經驗的定性設計做到因地制宜的定量設計，確保水工保護工程的防治效果及經濟成本。

（3）加強施工質量管理，提高工程質量。工程存在的質量問題，主要是混凝土工程混凝土強度達不到設計要求，漿砌石基礎不牢、塊石強度不合格、砂漿不飽滿等現象。為了避免這些現象，必須提高業主管理水平、監理人員素質、施工單位素質，同時加強施工質量控制，加強監理管理，嚴把各驗收環節的管理。

（4）加強后期維護，提高對水毀災害點以及水工保護工程的管理水平，定期排查工程的局部損毀情況，發現局部損毀后及時組織人員進行維修，有效防止工程損毀的進一步擴大，延長水工保護工程的使用壽命。

[1]范堆相．山西水資源評價[M]．北京：中國水利水電出版社，2005

[2]Mark Leir,Michael Reed,Eugene Yaremko.Field Inspection Module for Hydrotechnical Hazards,Proc.5th IPC 2004,ASME,Calgary,Canada

郭偉（1985.6-）男，籍貫河南開封，2014年7月畢業于西安石油大學油氣田開發工程專業，全日制碩士學位。