穿越滯洪區(qū)油氣管道埋深設(shè)計(jì)優(yōu)化

尚 謹(jǐn)， 劉玉杰， 何振平， 朱偉鋒， 郭健健

（河南省天然氣管網(wǎng)濮鶴有限公司， 河南 濮陽(yáng) 457000）

PH 天然氣輸氣管道工程項(xiàng)目 （以下簡(jiǎn)稱“PH 線”） 是河南省規(guī)劃3 206 km “三縱六橫”省級(jí)天然氣干線網(wǎng)中“豫北一橫” 的重要組成部分， 該管線途經(jīng)濮陽(yáng)市濮陽(yáng)縣、 濮陽(yáng)市經(jīng)開(kāi)區(qū)、安陽(yáng)市滑縣和鶴壁市浚縣， 全長(zhǎng)約178 km， 管線共設(shè)有5 個(gè)場(chǎng)站、 4 個(gè)閥室， 管線規(guī)格為DN700 mm， 壓力為6.3 MPa， 概算12.9 億元人民幣。 管線項(xiàng)目于2021 年1 月14 日由河南省發(fā)改委核準(zhǔn)（豫發(fā)改油氣〔2021〕 33 號(hào)）， 于2022年2 月15 日初步設(shè)計(jì)批復(fù)， 并于2022 年3 月正式開(kāi)工建設(shè)。

1 滯洪區(qū)管道埋深起初設(shè)計(jì)方案

PH 線途經(jīng)濮陽(yáng)市濮陽(yáng)縣、 經(jīng)開(kāi)區(qū)， 穿越北金堤河滯洪區(qū)。 金堤河為季節(jié)性河流， 河水來(lái)源除流域降水外， 還有引黃灌溉區(qū)棄水、 退水和黃河干流側(cè)滲補(bǔ)水等， 金堤河中下游于1951 年被劃為防御黃河特大洪水的滯洪區(qū)。 PH 線干線和兩條支線穿越滯洪區(qū)， 合計(jì)長(zhǎng)度為55.79 km， 占線路總長(zhǎng)度的31.3%。 根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 在評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)的可行性研究報(bào)告中， 北金堤河滯洪區(qū)管道埋深方案為管頂埋深達(dá)到?jīng)_刷線以下1.5 m。

勘察設(shè)計(jì)單位根據(jù)GB 50423—2013 《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中4.1.2 規(guī)定“挖溝法穿越管段的最小埋深， 應(yīng)根據(jù)工程等級(jí)與相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水沖刷深度或疏浚深度要求確定， 并應(yīng)符合相應(yīng)埋深的界定范圍。 當(dāng)河流深泓線反復(fù)擺動(dòng)時(shí)，穿越管段在深泓線擺動(dòng)范圍內(nèi)埋深均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)沖刷深度或疏浚深度要求”， 并根據(jù)挖溝法穿越管段的最小埋深表（見(jiàn)表1）， 將滯洪區(qū)認(rèn)定為有沖刷或疏浚的水域， 且為大型水域， 提出管頂埋深達(dá)到?jīng)_刷線以下1.5 m 的滯洪區(qū)管道埋深設(shè)計(jì)方案。

表1 挖溝法穿越管段的最小埋深

基于上述設(shè)計(jì)方案， 勘察設(shè)計(jì)單位通過(guò)踏勘現(xiàn)場(chǎng)確定穿越滯洪區(qū)的管道長(zhǎng)度合計(jì)為55.79 km，根據(jù)調(diào)研成果及相關(guān)防洪、 水文資料， 初步將滯洪區(qū)的沖刷線按照百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算，定為自然地平以下3 m 的位置， 按照管頂埋深設(shè)在沖刷線以下1.5 m， 則初步確定干線管道挖深5.3 m、 支線管道挖深5.1 m。 通過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及演算， 按照分臺(tái)階開(kāi)挖管溝的方式， 初步設(shè)計(jì)通過(guò)滯洪區(qū)段施工作業(yè)帶寬度最高達(dá)55 m （如圖1 所示）， 滯洪區(qū)段征用土地面積達(dá)3.039 km2。

圖1 滯洪區(qū)段管溝斷面及施工作業(yè)帶布置示意圖

同時(shí)， 非滯洪區(qū)段的干線管道（DN700 mm）一般地段施工作業(yè)帶寬度初步設(shè)計(jì)18 m， 支線管道（DN500 mm） 一般地段施工作業(yè)帶寬度16 m。

相較于一般地段， 滯洪區(qū)段施工作業(yè)帶寬度增加幅度較大， 同時(shí)又采用分臺(tái)階方式開(kāi)挖管溝，需大量的鋼板樁支護(hù)和降水措施工程量， 造成滯洪區(qū)段整體工程造價(jià)較高且征地和施工難度較大。

2 滯洪區(qū)管道埋深修訂方案

滯洪區(qū)管道埋深初步設(shè)計(jì)方案擬定后， 考慮到施工作業(yè)帶寬度55 m， 工程投資較多， 施工及征地協(xié)調(diào)難度太大。 為節(jié)約工程投資， 加快推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)， 建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位、 滯洪區(qū)防洪評(píng)價(jià)單位對(duì)管線通過(guò)滯洪區(qū)段設(shè)計(jì)方案進(jìn)行重新研判。

初步設(shè)計(jì)方案中， 設(shè)計(jì)單位根據(jù)GB 50423—2013 《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 4.1.2條規(guī)定， 將管頂覆土埋深設(shè)置為沖刷深度1.5 m以下。 建設(shè)單位研判后認(rèn)為設(shè)計(jì)單位引用該規(guī)范存在不當(dāng)之處， 具體意見(jiàn)如下：

一是GB 50423—2013 中4.1.2 條規(guī)定適用范圍為水域， 2.3.0 中對(duì)水域的定義為 “天然形成或人工建造的河流、 湖泊、 水庫(kù)、 沼澤、 水塘、 養(yǎng)殖塘、 水渠區(qū)域”， 不包含蓄滯洪區(qū)， 采用該規(guī)范作為管道埋深的設(shè)計(jì)依據(jù)有待商榷。

二是GB 50201—2014 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》[2]6.5.4 要求， “經(jīng)過(guò)行、 蓄、 滯洪區(qū)的管道工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)， 應(yīng)結(jié)合所在河段、 地區(qū)的行、 蓄、 滯洪區(qū)的要求確定， 不得影響行、 蓄、 滯洪區(qū)的正常運(yùn)用”， PH 管線防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用北金堤滯洪區(qū)主管部門相關(guān)規(guī)定， 而主管部門的穿越北金堤滯洪區(qū)及金堤河建設(shè)項(xiàng)目洪水影響評(píng)價(jià)審批準(zhǔn)予行政許可決定書(shū)[3]（黃許可決[2022] 60 號(hào)） 中明確指出，“為保證管道自身的安全， 應(yīng)考慮水流沖刷因素，采用最大沖刷水深， 管頂埋深位于最大沖刷水深相應(yīng)沖刷線高程以下”。

三是根據(jù)《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》[4]中附《關(guān)于蓄滯洪區(qū)安全與建設(shè)指導(dǎo)綱要》[5]對(duì)土地利用和產(chǎn)業(yè)活動(dòng)的限制的規(guī)定， “蓄滯洪區(qū)土地利用、 開(kāi)發(fā)和各項(xiàng)建設(shè)必須符合防洪的要求， 保護(hù)蓄洪能力， 實(shí)現(xiàn)土地的合理利用， 減少洪災(zāi)損失”。 根據(jù)文獻(xiàn)[6-9]， 新建瓦日鐵路穿越北金堤滯洪區(qū)需要設(shè)置低路基段、 橋梁和涵洞來(lái)保證泄洪能力， 而對(duì)于錦鄭成品油管道工程項(xiàng)目穿越滯洪區(qū)主流區(qū)， 防洪評(píng)價(jià)報(bào)告明確“由于其管道埋于地下， 建設(shè)項(xiàng)目對(duì)滯洪區(qū)分蓄滯洪運(yùn)用等均不產(chǎn)生影響， 而滯洪區(qū)分蓄洪運(yùn)用時(shí)對(duì)于成品油管道處會(huì)產(chǎn)生一定的沖刷影響”。 因此認(rèn)為PH 線管頂埋深只要在沖刷線以下就不妨礙滯洪區(qū)蓄洪行洪， 且符合文件規(guī)定。

基于此， 建設(shè)單位提出應(yīng)依照《關(guān)于蓄滯洪區(qū)安全與建設(shè)指導(dǎo)綱要》[4]規(guī)定重新確定設(shè)計(jì)方案的意見(jiàn)。 經(jīng)溝通探討， 設(shè)計(jì)單位認(rèn)可上述說(shuō)法并按照滯洪區(qū)段管頂埋深達(dá)到?jīng)_刷線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)修改。

同時(shí)， 建設(shè)單位積極爭(zhēng)取將防洪評(píng)價(jià)報(bào)告中滯洪區(qū)按照50 年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算， 沖刷線平均值降至約2 m， 管頂埋深達(dá)到?jīng)_刷線以下，則平均管道挖深為干線2.7 m （DN700 mm）、 支線2.5 m （DN500 mm）； 滯 洪 區(qū) 內(nèi) 干 線 管 道（DN700 mm） 一般地段施工作業(yè)帶寬度為22 m；支線管道 （DN500 mm） 一般地段施工作業(yè)帶寬度為20 m。 修改后的設(shè)計(jì)方案得到了滯洪區(qū)主管部門的批復(fù)認(rèn)可[3]。

3 設(shè)計(jì)方案修訂的效果分析

相較于原設(shè)計(jì)方案兩種不同規(guī)格管道埋深5.3 m （DN700 mm）、 5.1 m （DN500 mm）， 方案修訂后管道埋深有較大幅度縮減， 項(xiàng)目在投資、 安全、 質(zhì)量、 后期運(yùn)維等方面都取得較好的效果。

投資方面， 埋深減小后， 一是土方量從324.59 萬(wàn)m3減為74.5 萬(wàn)m3， 按土方開(kāi)挖、 回填9 元/m3計(jì)算， 節(jié)省投資約2 250.81 萬(wàn)元人民幣；二是減少鋼板樁9 752 t， 節(jié)省投資約1 582 萬(wàn)元人民幣； 三是征地從3.039 km2減少為1.517 km2， 整體減少1.522 km2， 節(jié)省投資約4 564 萬(wàn)元人民幣；合計(jì)節(jié)省投資約8 396.81 萬(wàn)元人民幣。

安全方面， 原設(shè)計(jì)方案管道埋深達(dá)到5 m以上屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程（深基坑工程）， 深基坑工程將產(chǎn)生以下安全風(fēng)險(xiǎn)： ①基坑開(kāi)挖過(guò)程中， 由于臨邊防護(hù)缺失， 造成人員高處墜落； ②基坑開(kāi)挖過(guò)程中， 因基坑邊緣堆載、 放坡過(guò)陡及支護(hù)、 降排水不到位引起的基坑坍塌事故； ③深基坑開(kāi)挖等過(guò)程中， 因違反操作規(guī)程造成的機(jī)械傷害事故； ④因?yàn)樯罨娱_(kāi)挖施工難度大， 臨電設(shè)施復(fù)雜且保護(hù)措施不完善導(dǎo)致的觸電事故。 埋深減小至5 m 內(nèi)， 管溝開(kāi)挖、 下溝、回填不再屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程（深基坑工程）， 將大幅度減少上述安全風(fēng)險(xiǎn)。

工期方面， 埋深減小后， 土方工程量減少近80%， 同時(shí)不需再采取鋼板樁支護(hù)及降水措施進(jìn)行管溝開(kāi)挖、 下溝和回填， 綜上計(jì)算， 管道埋深調(diào)整后共計(jì)節(jié)約工期約70 天。

質(zhì)量方面， 按照原設(shè)計(jì)埋深進(jìn)行管溝開(kāi)挖、 下溝、 回填， 因地下水位較高需用到鋼板樁支護(hù)及降水措施， 施工難度較大， 工人操作吊管機(jī)進(jìn)行管線下溝時(shí)易出現(xiàn)管道碰撞及防護(hù)層劃損等質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)溝下焊作業(yè)因溝底潮濕容易造成焊接質(zhì)量隱患； 埋深減小后， 管道碰撞、 防護(hù)層劃損、 潮濕引起的焊口不過(guò)關(guān)等質(zhì)量問(wèn)題將大幅度減少。

后期運(yùn)行方面， 管道運(yùn)維會(huì)進(jìn)行開(kāi)挖檢驗(yàn)、漏磁檢測(cè)、 改線改管等作業(yè)， 由于管道埋深降低， 后期運(yùn)行維護(hù)成本、 工作難度將顯著降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

按照修訂后的滯洪區(qū)埋深設(shè)計(jì)方案， PH 線已經(jīng)全面開(kāi)工， 滯洪區(qū)段水位很淺， 挖深約1 m就出水， 由于管道挖深大幅度降低， 在相應(yīng)的降水措施下， 管道安裝順利， 投資、 用地減少， 安全、 質(zhì)量可控， 也有利于管道后期維護(hù)， 主體線路將于2022 年底貫通并于2023 年按期投產(chǎn)。 PH線滯洪區(qū)段管道設(shè)計(jì)埋深研判案例， 對(duì)類似油氣管道項(xiàng)目穿越滯洪區(qū)設(shè)計(jì)方案以及修訂設(shè)計(jì)規(guī)范有一定的指導(dǎo)意義。