深圳地區天然氣管道水土流失特點及機理探討

戴 錦 程

(深圳金棟建工科技有限公司，廣東 深圳 518026)

1 概述

天然氣管道的敷設擾動和破壞了原始地形地貌，造成管道沿線土壤的松動和裸露，加速了管道沿線的水土流失，對管道沿線的生態環境及管道安全運行造成了不利影響。因此，加強對管道工程水土流失特點的分析和水土流失產生機理的研究，有利于開展針對性的水土流失防護，科學合理的控制水土流失[1]。

2 工程簡介

本工程是深圳市燃氣集團股份有限公司高壓天然氣管道從求雨嶺至安托山總長約30 km的八個標段(詳見圖1)。整個管道(求雨嶺—安托山)從北往南鋪設，沿線地形地貌復雜，地貌單元主要有低丘陵、殘丘、沖洪積平地及溝谷地貌，其中，丘陵、殘丘地段屬地質災害易發區。整個調查段潛在的地質災害類型主要為崩塌、滑坡及水土流失等。

3 工程施工及防治措施

3.1 工程施工

整個管道的埋設采用了埋地敷設、定向鉆穿越、頂管穿越等施工方式。由于定向鉆穿越和頂管穿越均是在不擾動管線上部原狀土的基礎上開展的埋設，一般不考慮水土流失的影響。所以，本文主要探討埋地敷設段的管道，其施工如圖2所示[2]。

3.2 工程防治措施

管道在丘陵、殘丘等地貌埋地敷設時，其開挖回填形成了大量松散土邊坡。根據管道與邊坡相交方式的不同，管道敷設防治方式可分為沿坡體橫向敷設防治和縱向敷設防治兩種情況，具體的防治方案見圖3～圖6。

管道沿坡體橫向敷設時，削坡修建了作業帶，土石方堆放在作業帶外側的坡面上，并在邊坡堆放側修建了擋土墻。管道回填土上方則設置了固定松散回填土的生物磚，并進行了植草。

管道沿坡體縱向敷設時，采用坡改梯的方式對開挖面進行了防護，產生的棄渣填于梯田中，回填土上方則采取生物磚、植草等措施固定土體。

4 水土流失特點及機理分析

在調查發現的105處災害點中，水土流失點共55處，占整個災害點的52%，是天然氣管道地質災害的主要類型。各水土流失點區間分布情況詳見表1。

表1 水土流失統計表

4.1 水土流失特點

1)水土流失呈線狀分布，局部水土流失量不大，但總量較大。總的水土流失面積達到58 049 m2。

2)管道埋地敷設段通過六套不同地層，巖土體組成較復雜，但從水土流失發育情況來看，55個水土流失點均發育在花崗巖風化區。

3)通過考察水土流失災害點發育的地形，可以發現水土流失點大多發育在坡度10°以上的斜坡地段，且一般處于斜坡中下段。進一步統計分析表1可以得出圖7所示水土流失區間分布圖，從圖可以發現，調查段管線水土流失主要集中在15°～19°和25°～29°的區間。

4)55個水土流失點中，溝蝕點40個，占據了63%，說明整個管線段以溝蝕為主。

5)水土流失沿管線埋設方向發育，且集中在開挖區及生物磚與土體接觸帶。

6)管線水土流失主要發生在管道建設期及建成初期，這兩個時期的水土流失占據了整個水土流失的60%以上。

4.2 水土流失機理分析

1)整個管線區“熱島”效應顯著，年平均氣溫23.1 ℃，極端最高氣溫38.7 ℃，極端最低氣溫0.2 ℃。年降水量多達1 925 mm，且主要集中在夏季，以臺風暴雨居多[3]。夏季，梅雨持久，暴雨頻繁，臺風雨強降水，是管線區水土流失的頻發期。

2)管線水土流失區成土母巖主要為粗中粒云母花崗巖、中粒云母花崗巖。風化物具有晶粒粗大，礦物組成復雜，物理崩解作用極易進行，進一步分解作用較為緩慢的特點。巖石風化崩解后主要為礫土質或粗砂土質，其中含多量的石英和長石顆粒，粘結力差，容易發生溜瀉現象。此種粗粘母質進一步風化，長石、云母、角閃石等礦物分解成粘粒，分解時間較長，由于石英等礦物難以風化，粗粒較多，土壤粘結力不強，在雨水的沖刷作用下，極易發生侵蝕。

3)受區域構造的影響，管道沿線整體山勢多呈北西向～北東向展布，與構造線走向近于一致，丘陵區構造切割侵蝕作用強烈，造成管線區巖體較破碎，地形起伏較大，多形成20°～30°的較陡斜坡。管線經過的丘陵、殘丘地貌占線路總長79%。

4)管道施工建設中，土石方臨時堆放、管道敷設、管溝回填等作業，對土體的擾動，是水土流失發生的主要誘發因素。

總結以上各方面可以得出，求雨嶺—安托山段天然氣管道水土流失的形成機理如圖8所示。

5 結論及建議

1)管線區水土流失主要是沿管線上方回填松散土體發育，且極大程度上取決于植被的恢復效果。因此，加固回填區土體，采用生長速度較快的植被有利于管線區的水土保持。

2)已采用截水擋墻支護及生物磚固化的管線區，水土流失嚴重部位一般是在擋墻墻肩、墻腳中部地基，生物磚與土體接觸帶。因此，對墻肩和墻腳中部地基以及生物磚與土體接觸帶在設計階段可以考慮做適當加強處理。

3)針對管線區水土流失呈現的溯源侵蝕特點，可以考慮采用溝頭防護治理措施。

4)針對不同巖土組成和坡度的斜坡段采用差別水土保持措施，提高工程設計的適用性和經濟性。