油氣管道穿越泥石流溝道的防治措施

黃芳漁，周 函

（1.中國石油工程建設有限公司西南分公司，四川成都 610017；2.四川石達能源發展有限公司，四川成都 610093）

泥石流是山區常見的一種地質災害現象，它是暴雨、洪水將含有沙石且松軟的土質山體經飽和稀釋后在重力作用下形成的洪流，多發于溝谷上游區域，具有突發性、流速快、流量大、物質容量大和破壞力強等特點。如果油氣管道與泥石流溝并行或交叉，爆發泥石流后會導致油氣管道達不到設計埋深或出現露管等現象，嚴重情況下會使油氣管道處于懸空、受力甚至扭曲變形等問題[1]。某油氣管道通過泥石流溝段位于其中下游，該泥石流溝連續發生了三次規模較大的稀性泥石流災害，對管道帶來較大威脅，因此，在油氣管道穿越泥石流溝時，應結合泥石流溝的特征采取適宜的防治措施，避免因泥石流的爆發造成油氣管道損壞。

1 某河流區域泥石流基本特征

1.1 稀性泥石流的發育特點

與普通的泥石流溝進行對比來看，該河流區域的泥石流產生地段、流經地段、堆積地段具有極為特殊的組合特點。從地表匯水徑流、溝谷形態、物質來源等泥石流生成要素進行分析，油氣管道穿越地段位于不規則的樹葉形流域內，上游和附近山區是泥石流形成區域，溝谷坡降比較大，存在著數量較多的松散物質，匯流后會使水與固體物質混合，形成泥石流后會經過流通區段。流通區段基巖為裸露狀態，溝床坡降在3%～4%，為泥石流物質流向堆積區段提供了通道。堆積區段在主溝區域以外，為寬緩的沖積扇區域，受泥石流物質的沖刷已對側岸產生較強的侵蝕。由于附近區域興建水利工程，通過人為方式的引導和防護，雖然主溝道區域已經被固定，但該堆積區段溝床高度每年都在增長，局部會受到更為劇烈地沖刷，時常會發生塌岸問題，而下游區域主溝槽已經被人為固定，改變了泥石流沖淤的自然規律，給油氣管道穿越區域的安全帶來影響。

1.2 泥石流的運移特點

1.2.1 泥石流持續時間

泥石流持續時間為泥石流龍頭流出溝口到堆積區停止流動所需時間，對該河流歷史上發生泥石流時間數據進行統計分析，發現泥石流可持續20～50min，是一種單峰型泥石流。

1.2.2 泥石流重度

對堆積顆粒進行分析，觀察泥石流的堆放積形態，結合以往的溝壁泥膜數據資料，再參考不同重度拌合實驗數據，查找該區域相近溝道研究文獻，通過經驗公式法進行計算，該河流稀性泥石流重度在14～15kN/m3。

1.2.3 泥石流流量

為準確體現出該河流區域泥石流形成真實狀況，對油氣管道穿越工程沿線的14km溝道進行了全面的水文和地質調查研究，結合該年度泥石流已經爆發的現狀情況，確定3個泥膜清楚、斷面規則的溝槽過流斷面，并對其進行了準確的測量與計算，可以確定出泥石流真實流量。第一斷面位置點在下游k251+520，該斷斷面寬41m，平均泥深1.2m，本段溝床坡降為4.6%，計算泥石流流量為223m3/s；第二斷面位置下游k244+621，該斷面寬26.5m，平均泥深1.7m，溝床坡降為5.7%，計算泥石流流量為226m3/s；第三斷面為河堤檔墻下游k215+140，該斷面寬46m，平均泥深2.1m，溝床降為4.2%，計算泥石流流量為313m3/s。通過對三個不同河段位置的過流斷面泥石流量進行計算，可用于校正理論流量的參考數據。

1.2.4 流態特點

該河段泥石流形成時具有較強能量的龍頭，呈現出高陡寬大的特點，龍頭可將高度為6.2m的水泵房沖走，具有直進特點；可經過右岸3m高的河堤擋墻，泥膜會高出地面1.2～1.5m；龍頭經過區域的樹木、莊稼和建筑物等均被沖毀。橫斷面部位的泥石流呈現出中間部位高兩側低的特征。龍頭經過以后，溝道內的泥石流呈現出持續流動狀態，由于支溝匯流因素的影響，持續的流量并不穩定，體現出陣發性變化的特點。

1.2.5 粒度特點

在不同區域和地段中的粒度成分有著較大的差異，匯流區域固體物質粒度較小，呈現出塊狀結構特點，堅硬質地的砂巖也加入到泥石流，顆粒直徑為0.2～1.2m。流通區段砂巖以崩塌態加入到泥石流，在流通區段、堆積區段前半段溝床內，散落著數量較多的漂石，堆積區溝床內還存在著泥沙、礫巖等物質的沉積。泥石流主流對溝床、側岸等產生較大的沖擊，數量眾多的沙礫石進入到河流，沉積厚度可達到4～8m，最厚部位深度為10m。整體來看，溝道松散物質粒度不斷變小，呈現出漸變規律，細粒物質體現出不斷增加的特點。

2 油氣管道穿越泥石流溝道的防治措施

2.1 對管道進行配重穩管深埋

為防止靜、動水的浮力作用使管道漂浮，結合管道穿越段的地質情況選擇相應的穩管方式。對于土質、砂礫石管溝段采用鋼筋混凝土壓重塊穩管；對基巖管溝段采用現澆混凝土連續覆蓋穩管。當采用鋼筋混凝土壓重塊穩管時，由于其抗沖能力有限，在沖刷劇烈的河道中，容易出現水流掏蝕管道周邊的回填土，造成管道懸空，鋼筋混凝土壓重塊反而給管道施加了外荷載，對管道受力極為不利，這種情況在已建成的油氣管道上有過深刻的教訓。因此，需因地制宜，將管道和鋼筋混凝土壓重塊穩管埋設在穩定層內，將穩管措施與水工構筑防護措施進行有機結合。

2.2 過水面加固

當管道敷設在基巖主溝道內時，因河溝坡降大、水流沖刷嚴重，且管溝開挖破壞了基巖的原有整體性，即使在管溝回填后采用了漿砌石或混凝土護面的保護措施，但高速水流的沖刷侵蝕會造成管溝被掏空。針對這種情況，采用鋼筋混凝土護面加錨筋的結構形式，將管道緊緊嵌固在基巖內。施工時，應將管溝周圍的松動塊石清除干凈，保證混凝土與基巖的緊密接觸。鋼混凝土護面應與原有河床面保持齊平，并平滑連接，確保水流順暢。

2.3 防沖墻

采用防沖墻主要是為了阻止溝谷與河道的持續下切，使堤上游河道挾沙淤積起來，保證管道埋深。河道基礎比較軟時，防沖墻采用柔性結構的鋼筋石籠，以適應不均勻沉降；對于巖石或卵礫石河道中采用漿砌石或者現澆混凝土，墻體基礎設置在穩定層上，其位置在管道下游一定距離，不能壓在管道上。由于這種水工保護設施抬高了原有河床面，在其下游坡腳跟處形成跌水，勢必對坡腳形成沖刷，因此要求對坡腳部位做消能處理，如設置消能池、鋼筋石籠護腳等，另外河道縱向受到約束，其側蝕相應加強，故應對河道兩側岸坡進行防護。

2.4 岸坡防護

岸坡防護主要是對河溝道的兩岸施工擾動面進行工程防護，防止水流沖刷造成岸坡垮塌，進而危及管道安全，其主要形式有漿砌石護岸、石籠護坡、漿砌石（混凝土）擋土墻和植生袋坡等幾種形式。漿砌石護岸、漿砌石（混凝土）擋土墻適用于基礎比較堅硬、常年受水沖刷的部位；石籠護坡柔性大，可適應不均勻沉降，適用于軟土地基；植生袋護坡可用在水流沖刷不大、岸坡較緩的岸坡防護，草皮一旦長成，可以減緩地表徑流速度，起到攔沙固土的作用，環保效果好。具體形式需結合泥石流溝道的實際狀況進行選擇。本泥石流溝道因沖刷較為嚴重，因此主要采用漿砌石護岸、漿砌石擋土墻。

3 結束語

泥石流作為一種規模大、危害性強和防治難度大的地質災害現象，已成為油氣管道運行過程中較為常見的地質災害，油氣長輸管道關系到能源安全，與社會經濟發展、人民生活息息相關，一旦因泥石流遭受損壞不能正常運行，將給社會經濟、自然生態環境造成重要影響。在油氣管道的建設期，應盡早識別發現并繞避有泥石流風險的區域；對于油氣管道運行過程中新發育的泥石流溝道應加強監測，必要時結合油氣管道經過區域泥石流溝道的發育狀況，制定切實有效的綜合防治措施，確保油氣管道的安全運行。