山西煤層氣開發(fā)調整項目水土保持方案要點淺析

呂明波

(中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

引言

在山西省的“十三五”規(guī)劃中，“以氣化山西為引領，全力發(fā)展煤層氣產業(yè)，推進地面煤層氣與煤礦井下瓦斯抽采，實施煤礦瓦斯抽采全覆蓋工程，積極探索煤層氣多樣式利用”是推進創(chuàng)新發(fā)展，著力加快轉型升級的重要內容。目前，山西省已將煤層氣產業(yè)列入首要的新興產業(yè)之一，加速煤層氣資源開發(fā)對于維護能源安全、改善能源主體結構、保護生態(tài)環(huán)境、加快經濟又好又快發(fā)展具有重要意義。煤層氣采氣管線工程線路跨度大，線路比較長，管徑粗，臨時占地面積大，堆棄土方不集中且數量大，涉及范圍廣，如果不實施有效的防護手段，將會給沿線造成水土流失，并對生態(tài)環(huán)境造成破壞[1]。水土保持是人與自然活動形成的水土流失所采取的預防和有效治理措施[2]，是我國生態(tài)環(huán)境建設中的不可缺少的一部分。

因此，在項目動工之前，科學有效地編制水土保持方案，使水土保持工程和主體工程保持“三同時”，對保護煤層氣采氣管線沿線水土資源、維護地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要作用。

1 項目及項目區(qū)概況

山西省某煤層氣開發(fā)調整工程項目涉及4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。采氣管線長125.68km，管溝采用倒退式開挖，施工便道利用管線占地，以機械施工為主，開挖斷面呈矩形，開挖頂寬1.2m，管線做保溫處理后，利用機械下放管線，進行直埋敷設。采氣管線共穿越河流12次、穿越沖溝23次、穿越S331省道1次、穿越高速公路1次、穿越水泥路51次、穿越鄉(xiāng)村土路36次。穿越河流和沖溝采用大開挖方式，穿越省道和高速公路采用頂管方式，穿越水泥路、鄉(xiāng)村土路采用大開挖方式。當管線通過>10°斜坡時，分段設置了擋土墻、護坡進行防護。一般在坡度10°～25°，每隔10～15m設置1處；對于坡度在25°以上的斜坡，每隔8～10m裝置1處。采氣管線全線共設擋土墻226處、護坡26處。此外，項目還包括井場165座(利用原有井場7座)、新建井場道路30.0km、新建10kV供電線路52.50km。本工程總占地面積為131.37hm2，包括永久占地39.60hm2，臨時占地91.77hm2。

采氣管線所經過的區(qū)域地貌類型為中低山丘陵地貌，位于太行山西麓沁水盆地，地處山地丘陵地帶，溝谷切割，基巖出露。地形較復雜，相對高差600m，海拔高度700～1300m。項目區(qū)主要土壤類型為褐土，褐土厚度一般25～30cm，項目區(qū)土壤質地屬壤土。項目區(qū)植被類型為暖溫帶落葉闊葉林帶，其中喬木以溫性針葉林、溫性針闊葉林為主；灌木以溫性落葉灌木為主。根據項目區(qū)的地形地貌、土地利用現狀、水土流失狀況等，結合實地調查綜合分析，項目區(qū)以輕度侵蝕為主。

2 采氣管線施工工藝

管道施工采用人機相結合的方式，開挖的土、石、渣料暫時堆存在管溝作業(yè)帶一旁，分層堆放，待管道裝置完成后填平，先回填底層土，再回填表層土；另一側放置管道和施工機械。管道采用汽車運輸，管道堆放于管溝一側，經焊接后用調管機整體鋪設于管溝內，部分地段采用地下焊接，拐彎地段采取多樣鋪設、現場冷卻、熱煨彎頭3種樣式，達到管道靈活裝置的條件。管溝開挖、堆土、管道施工裝置的器具和施工人員現場活動，均在施工作業(yè)帶范圍內進行。

作業(yè)帶開拓原則是能滿足車輛和施工機械作業(yè)要求，所有施工作業(yè)都嚴格控制在作業(yè)帶以內。作業(yè)帶施工時間較短，管道焊接完成、管溝回填土之后，作業(yè)帶就可以恢復治理，但是由于作業(yè)帶被施工器械反復碾壓，對原地貌和植被破壞非常嚴重，所以作業(yè)帶是本工程主要防護水土流失的地域。

管溝采用單斗挖掘機挖掘，管溝分為土質管溝和土石質管溝。根據管道建設規(guī)定，土質管溝可利用開挖料回填，對石質管溝可通過機械將碎石破碎回填。管道穿越斜坡、陡坎和溝谷時，由于回填后的管溝已屬于擾動土，易被沖刷，因此管道鋪設完畢后，需增設水土保持措施。

3 項目水土流失特點

項目為線性工程，通過河道、道路等工程多，施工形式比較復雜。采氣管線工程線路較長，沿途所經區(qū)域的地貌類型主要為丘陵，共穿越河流12次，包括穿越固縣河10次、沁水縣河2次；穿越沖溝23次；穿越S331省道1次；穿越高速公路1次；穿越水泥路51次；穿越鄉(xiāng)村土路36次，特別是管道穿過丘陵區(qū)的高陡斜坡時，施工過程難題多，需布設施工臨時便道。

管線分段動工，施工期很短。采氣管線鋪設采取分段落式施工方式，通常在完成100～300m的管線鋪設后即進行管槽填平、地面整平，隨后再開始下一階段管槽的開挖工作，有些動工難度容易的地段，管溝回覆能在短時間內結束，開挖土石方臨時堆存的時間很短。在局部地勢起伏較大的地區(qū)、穿越溝道，動工非常難且危險，管溝開挖深度時間較長，開挖土石方暫時堆存時間較短。

項目臨時占地大于永久占地面積。項目總占地面積為131.37hm2，臨時占地91.77hm2，主要包括管線的施工作業(yè)帶范圍、穿過施工過程中的施工場地及施工道路等占地。

項目施工作業(yè)帶范圍大，暫時堆土量面積大，水土流失呈條形分布。采氣管線長度為125.68km，管溝采用倒退式開挖，施工便道利用管線占地，以機械施工為主，開挖斷面呈矩形，開挖頂寬1.2m，管線做保溫處理后，利用機械下放管線，進行直埋鋪設。施工前先將管線運至管線一側，施工總占地寬度為8.0m。采氣管線有4種布設方式：沿本項目新建井場道路布設，長度為30.0km，地下埋深1.0m，與新建井場道路重合，占地面積已經計入道路占地，不重復計算；沿原有道路布設，長度為76.55km，地下埋深1.0m，占地面積61.24hm2；沿山坡布設，長度為11.48km，地下埋深2.0m，占地面積9.18m2；沿河道布設，長度為7.65km，地下埋深2.5m，占地面積6.12hm2。

4 水土流失防治措施布局

根據工程所在地區(qū)生態(tài)環(huán)境條件及工程建設和生產特點，在分析主體工程設計中具有水土保持功能工程的基礎上，通過現場勘查，提出防治分區(qū)措施布局，加強預防保護措施，形成完整、科學的水土流失防治體系。

4.1 擋土墻及護坡

擋土墻墻身采用M5水泥砂漿砌筑，M5水泥砂漿勾縫，毛石強度等級不小于MU40。擋土墻頂寬0.45m，坡比1∶0.4，墻高2.77m，基礎埋深0.67m。護坡以M5砂漿砌MU20塊石，護坡厚度0.25～0.3m，碎石墊層0.1m。

當管線通過>10°斜坡時，需要設置擋土墻、護坡進行防護。一般在坡度10°～25°，每隔10～15m設置1處；坡度>25°的斜坡，每隔8～10m設置1處。采氣管線全線共設擋土墻226處、護坡26處。

4.2 土地整治及植被恢復工程

管線竣工后，對管線施工范圍內等臨時用地恢復原有地貌類型，原有占地類型為耕地的，恢復為耕地；原地貌占地類型為林地的，恢復為林地。恢復林地時，應需考慮管線中心線各一側2m之內，不能栽植根系生長快的喬灌木，對于管線中心線2m之外的可以栽植喬灌木和種植草籽，使水土保持效果更佳顯著。

水土保持措施之間彼此相協(xié)調，有時間順序實施，一般先施工工程措施，再施工植物措施，工程措施一般在非主汛期施工，植物措施應以春秋兩季施工。施工過程需植物措施在主體工程之后實施，隨著有序施工調整，在項目施工期范圍內有計劃地實施水土保持措施，植被措施在后期要加強管理，以起到發(fā)揮最大水土保持效益。

工程中所栽植的喬木等大苗，須帶土球起苗，在經過整地的栽植點挖坑，坑的大小要比苗根大，坑深要大于苗木主根尺寸，坑寬要大于苗木根幅，以使苗根舒展。挖坑時盡量將表土與心土分別堆放坑旁，苗木要求栽植在坑中央，栽植深度均要求超過根頸3～5cm，栽苗時先回填表土后回填心土，分層壓實，使土壤與根系緊密結合。穴面修整成下凹狀，以利于儲存水。壓實后，坑表面再覆上一層虛土或撒上一層枯枝落葉，以保護土壤水分。對大規(guī)格苗木填土后還需樹立支柱，以防灌水后土軟樹歪和被風吹而動搖樹根，影響成活。苗木定植后，應即刻灌水，使根系和土壤緊密相接，其后每隔3～5d連澆數遍，方可成活。

4.3 編織袋裝土圍堰及密目網苫蓋

為了減少降水沖刷導致表土損失，對開挖土四周布設編織袋裝土圍堰措施。共需編織袋裝土量為90.0m3。

施工過程中，方案新增對未開工管線開挖土料采取臨時密目網苫蓋措施進行防護，以減少臨時堆土隨風揚塵和產生侵蝕，采氣管線共需密目網苫蓋10050m2。

為縮短開挖土方的臨時占地和堆存時間，施工工藝要分階段動工，實時清理施工現場，完成一處立即清理一處；對開挖土進行密目網苫蓋及灑水降塵等措施。

5 水土保持效益分析

通過采用有效的工程措施和植物措施相結合后，本方案水土流失防治效果方案值大于指標值，效果非常明顯。管線區(qū)、施工臨時用地、施工臨時便道等均恢復了原有地貌，很大限度地恢復和改善了生態(tài)環(huán)境。

表1 水土流失防治效果表

6 結語

大力扶持利用煤層氣，加速形成從煤層氣技術研發(fā)、勘探、抽采、輸送、壓縮、液化、化工、發(fā)電、汽車用氣、民用用氣等完整的產業(yè)體系，把煤層氣綜合利用產業(yè)培育成為全市新興支柱產業(yè)。“十三五”規(guī)劃中指出，逐步降低煤炭消費比重，繼續(xù)實施“氣化晉城”戰(zhàn)略，加大地面煤層氣開采和井下瓦斯抽采力度，加快煤層氣輸配系統(tǒng)建設，擴大煤層氣在工業(yè)、交通運輸業(yè)、居民生活和農村等領域的應用是十分必要的。

水土保持方案的編制有效地執(zhí)行了《中華人民共和國水土保持法》的規(guī)定，是減少人為造成水土流失的重要方法，通過分析煤層氣項目的水土保持方案案例特點，歸納出類似項目的水土流失特點，有目的性地提出了治理水土流失的有效防治措施，將有效地控制和改善水土流失現狀，使“三大效益”發(fā)揮顯著的作用。隨著煤層氣產業(yè)的迅猛發(fā)展，采氣管線建設過程中帶來的水土流失防治問題將更加突出，所以建設項目要從施工占地面積、開挖土石方量、施工和工藝等源頭上治理好水土流失問題，同時對后期的水土保持措施的優(yōu)化，提出更加有效的治理措施。后續(xù)需要更加深入的研究，以有效的方式處理類似建設項目帶來的水土流失問題，從而維護水土資源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)利用及可持續(xù)發(fā)展。