柔性復合水工保護材料在油氣管道水工保護中的適用性研究

中圖分類號：TE973 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0083-05

Abstract：Duringtheconstructionoflongdistanceoilandgaspipelineprojects，thestabilityof theoriginalenvironmentwill inevitablybechanged.Inordertoensurelong-termsafeandstableoperationofthepipelineandtherestorationoftheecological environmnt，thereasonableuseofhydraulicprotectiontypesandmaterialsduringtheconstructionprocessisparticularly important.Traditionalhydraulicprotectionmaterialssuchasmortarmasonry，concrete，etc.canplayacertainrole，whileflexible compositematerials，asanewmaterial，havebeenusedinvariousengineeringconstructioninrecentyearsduetoitseconomic priceandenvironmentalfriendlinessItalsoplaysgreatvalue.Thispapertakesflexiblecompositematerials（geosynthetics）asan exampletoanalyzetheirapplicabilityinhydraulicprotectionofoilandgaspipelines，providingreferenceforothersimilar engineering projects.

Keywords：long-distanceoil and gas pipeline;hydraulicprotection；flexible compositematerial;applicability

我國地形復雜多樣，平原、高原、山地、丘陵、盆地等地形在我國大面積分布，長輸油氣管道工程作為典型線路工程，在建設過程中無法避免對沿途地形地貌進行破壞。一直以來，粗放式建設水工保護工程使得我國的油氣管道在某種程度上處于高成本、低效率的運行狀態，在整個管道系統中不必要的資源浪費情況普遍存在。傳統的剛性水工保護結構在長久以來的水工保護中發揮了巨大的價值。隨著國家對工程建設和環境保護要求的日益提高，一種新的柔性復合材料在油氣管道水工保護中的優勢日益體現，本文主要分析探討柔性復合材料在管道水工保護中的適用性，為將來工程建設中水工保護提供一定的借鑒意義。

1傳統水工保護型式現狀

1.1 漿砌石水工結構

漿砌石水工結構是管道設計中最常見的結構形式，漿砌石是使用膠結材料的塊石砌體，石塊依靠膠結材料的黏結力、摩擦力和石塊本身重量，保持建筑物穩定。漿砌石水工型式包括漿砌石擋土墻、截水墻、堡坎、護坡和過面水等，由于石塊間空隙被充塞密實，因而具有更好的整體性、密實性和強度，可以防止滲水漏水，增強抵抗侵蝕的能力，適用于巖（王）質山區、石方地區和河流穿越等工況（圖1）。

1.2干砌石、水泥土和草袋水工結構

干砌石在長輸管道水工保護中主要用于干砌石堡坎或護坡的制作，對管道邊坡上的地坎或緩坡進行恢復。十砌石是不用膠結材料的塊石砌體，依靠石塊自身重量及摩擦力在外力作用下保持穩定，適用于山區坡面地坎恢復、河床護底工程等情形。

水泥土在長輸管道水工保護中主要用于水泥土截水墻的制作，主要作用為防止管溝內水土流失及穩管。水泥土在黃土地區應用廣泛，水泥與素土比一般為2：8，水泥土也適用于黃土失陷坑及高陡邊坡管溝回填等情況。

草袋在長輸管道的水工設計中普遍用于土方地區的截水墻、護坡、擋墻以及堡坎等水工型式，但其力學性質及老化能力相較其他水工保護型措施較差，由于其施工簡單、造價低廉，在土方地區的陡坡陡坎地形使用較為普遍（圖2）。

2柔性復合材料概述及工程中的普適性應用

2.1 土工合成材料的定義與功能

土工合成材料是工程建設中應用的與土、巖石或其他材料接觸的聚合物材料（含天然的）的總稱，見表1。土工合成材料包括土工織物、土工膜、土工復合材料和土工特種材料。土工合成材料在工程中有如下功能。 ① 隔離功能：將其置于不同材料間，可保持和改善不同材料的完整性和功能，常應用于道路或鐵路基礎； ② 加筋功能：將土工格柵等嵌入王體等材料中，實現系統整體強度提高，常應用于軟地基加固等； ③ 反濾和排水功能：土工織物可實現在無土壤損失情況下有足夠延性，常應用于公路的排水系統及水庫建設等； ④ 包容和保護功能：土工膜及土工復合材料可起到氣液體的屏障作用，常用于填埋場的襯墊和覆蓋，

2.2土木合成材料在工程中的普適性應用

2.2.1土工格柵（格室）在道路工程中的應用

處理路面不均勻沉降、軟土路堤時，常用換填法、排水固結法和加筋法等。相對于其他加固方式，加筋法因其柔性材料的特性可適用軟土工況，為地基或結構提供張拉力，約束變形。當土工合成材料鋪設于不同剛度的土體或軟土路堤中，可在土體中發揮補強的作用，形成的筋土復合體能夠有效地抑制土體的變形，提高土體的整體穩定性。圖3為在道路加筋工程中常見的土工合成材料（土工格柵和土工格室）。

2.2.2 其他土工合成材料在工程中的應用

土工合成材料在排水工程、堤防加固工程、支護工程、防風固沙和巖溶塌陷治理中應用廣泛，取得了良好的經濟效益和環境恢復效果。

如圖4（a）所示，格賓網和石料構成的格賓網擋墻，適用于一般地基、浸水地基和軟弱地基的路肩路堤等，常應用于防洪岸堤、海岸和邊坡支擋工程。格賓網擋墻或護坡的主材料僅為鐵絲和石料，其自透水性及生態環保性良好，除此之外，其柔性結構和抗沖刷性較強，可較好地抵抗河床變形、基礎不均勻沉降及水流沖刷等不利因素，從而保障岸坡的穩定性。

如圖4（b）所示，半隱蔽式草方格沙障是采用麥草和稻草等材料，在平坦流沙地的松散沙面上按主帶與副帶垂直的方式扎設成方格狀而形成的防風固沙沙障。其主要原理是增大沙面粗糙度及風沙流運動的阻力，降低風速以使沙物質在工程措施附近沉積。

如圖4（c）所示，復合植生袋綠化技術是將選配好的植物種、肥料等固定在可降解的雙層紙中間，并結合編織網進行加固，經過機器的復合工序制成不同規格的綠化袋。隨著植物的生長，植生袋中植物的根系編織在一起，有效增強邊坡坡面的穩定性，可廣泛適用于公路裸露邊坡、礦山河道等邊坡的生態治理修復。

如圖4（d）所示，水土保護毯是一款以聚酰胺為原材料，采用干拉成型工藝加工而成的土工合成材料。水土保護毯通過鋪設在坡岸表面并種植植被來實現土壤表層加筋，可抵御較大的流速沖刷，達到對河道的各類干濕性邊坡的侵蝕保護效果，防止水土流失。

3柔性復合材料在管道水工保護中的適用性分析

3.1生態袋在管道防護中應用的適用性

生態袋是以聚丙烯為原材料制成的生態合成材料，既能有效防止內部填充物（土壤、營養物等）流失，又可保障植物正常生長。生態袋具有抗濕潮、抗高溫、抗紫外能力及耐腐蝕特性，在工程中使用壽命較長。生態袋之間采用連接口相連，從而形成一個整體的柔性結構，能夠適應較大的變形，自愈性強。生態袋水保結構材料可就地取材，施工效率高且無需養護，能夠快速實現管溝回填和地貌恢復，且因其能長出綠植，可與周圍環境融為一體，具有一定的環保性。因此，生態袋構件的水保型式在長輸管道防護中具有較強的適用性。

如圖5（a）和圖5（b）所示，生態袋截水墻和堡坎采用連接板堆砌，結合材料特性，生態袋截水墻和堡坎均可應用在管溝坡度小于 的土方地段，對水土保持、地貌恢復和穩管等有較佳效果

如圖5（c）所示，生態袋護坡可代替草袋護坡的應用場景，耐久性和抗沖刷能力遠高于草袋。也可代替漿砌石護坡應用于土質地區的無沖刷下切作用的軟土地區的邊坡，邊坡坡比不宜大于1：1且高度不大于1 0 m ，既能防止水土流失又能起到良好的綠化效果。

如圖5（d）所示，生態袋擋墻對地基承載力要求較低，可應用于一般陡坡陡坎的恢復及治理，也可應用于靜水環境下或流速小于 2 m / s 的水域的護岸，護岸基礎可以結合木樁和石籠等組合結構。

3.2新型W型平衡壓袋在管道配重中應用的適用性管道穿越高地下水位區域時需控制管道負浮力，傳統的控制方案為混凝土連續覆蓋、混凝土壓重塊及平衡壓袋等。其中混凝土連續覆蓋施工難度較大，鋼管自重劇增也會導致焊接難度增加;混凝土壓重塊屬于點荷載，需征用場地預制，且不適合地基承載力較弱的地區。

如圖6所示，新型W型平衡壓袋結構較簡單，裝填便利，適用于管道通過河流、水域、灘涂和嚴重地震液化區段敷設施工過程和運行過程中所產生的浮力，具有較好的穩管作用。與目前使用的普通壓重袋、混凝土壓重塊相比，具有就地回填土，方便快捷，施工進度快，安全環保，費用低等諸多優點。

W型平衡壓袋集各種管道壓重系統的優點，并克服了其他管道壓重系統的不足與現有缺點。其精細化的設計、高品質的選材和一流的制造，在確保質量與安全的條件下，實現了現場直接回填，為最大限度地減少施工成本奠定了堅實的基礎，在管道配重應用中展現出良好的適用性。

3.3尼龍網、土工格室沙障在風沙區管道防護中應用的適用性

尼龍網沙障是采用尼龍網材料的防沙設施，土工格室沙障是柔性復合材料的一種，是采用高強度聚合物材料制成的網格狀結構，是一類新型格狀沙障措施。在經濟效益方面上，新型格狀沙障（尼龍網、土工格室）一次鋪設造價稍高于草方格沙障固沙帶，但其壽命周期長，且在遭受嚴重風蝕或沙埋時，可以采用人工方法捍插或提升，使其繼續發揮防風固沙效益;從施工角度看，新型格狀沙障（尼龍網、土工格室）適用于各種風沙災害區段，且對施工時段沒有嚴格要求。

新型格狀沙障（尼龍網、土工格室）（圖7）防風固沙效益良好，適用于管道穿越風沙災害區段生長有稀疏的沙生植被、風沙災害區段附近缺乏扎設半隱蔽式草方格沙障的材料或施工季節選擇在冬季時間。

3.4格賓網 + 土工布防護措施在管道保護工程中應用的適用性

格賓網是一種由雙絞線或者單絞線編織而成的金屬網或者合金網，土工布是由各類高分子聚合物的合成纖維制成，屬于透水性土工合成材料。格賓結構具有較強的抗沖擊能力和抗變形能力，具有良好的生態適宜性及施工便利性。土工布作為格賓結構的濾層鋪設在結構體和土的界面，首要功能是隔離，防止沙土流失，還具有排水和反濾功能。

如圖8（a）8（b）和8（c）所示，坡式護岸的基礎和坡面防護，一般可以采用格賓石籠結構。在容許流速小于 5 m / s 的易受水流沖刷且防護工程基礎不易開挖，或魚塘的岸坡、坡面防護部分，坡度不宜陡于1：1.75。岸坡邊生態綠化較好，或施工條件較差時，宜選用賓格石籠護岸。如圖8（d）所示，格賓石籠護底適用于護底的石籠容許流速小于 5 m / s 的溝埋敷設穿越砂礫石河（溝）道，施工基本不受季節影響。

因此，格賓結構 + 土工布防護措施在管道工程水工保護護坡、護岸、擋墻和護底等方面均具有較高的推廣應用價值和適用性。

3.5土工格室（柵）在管道邊坡防護中應用的適用性

土工格室（柵）與內部充填材料可構成高彈性模量的堅固邊坡表層，一方面可以減少降雨入滲，防止坡面沖刷和侵蝕，另一方面綠化植被可以起到截留降雨、加筋、錨固和排水等作用。

土工格室邊坡生態護坡可用于坡率不陡于1：0.75的土質邊坡和強風化石質邊坡，土工格室（柵）鋪設時應平順并緊貼坡面，并用錨釘固定于坡面上。如圖9所示，土工格室用于坡面生態防護時，每級坡高不應超過 1 0 m 。當坡率緩于或等于1：0.75時，可采用平鋪式；當坡率陡于1：0.75時，宜采用疊置式。如圖10所示，土工格柵噴射混凝土邊坡防護則可用于坡率為1：0.2＼～1：1.0的強風化和中等風化、節理裂隙發育、碎裂結構的巖質邊坡。因此，長輸管道經過陡坡陡坎時，對開挖過程中破壞邊坡采用土工格室（柵）坡面生態防護具有較好的適用性和必要性。

4結論

1）長輸油氣管道穿越地形地貌復雜多樣，水工保護措施的合理選擇對管道運行安全起到關鍵作用，傳統的水工保護型式在管道水工保護中有其合理性，但柔性復合材料在管道水工保護中的適用性也很強，對生態環境更友好，經濟合理。

2）柔性復合材料在工程中應用廣泛，本文以生態袋、新型W型平衡壓袋、尼龍網、土工格室（柵）格賓網 + 土工布防護等措施為例，分析總結了其在管道水工保護中的合理性和適用性，為類似工程提供一定的借鑒意義。

參考文獻：

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