延长气田集输干线管道水害及治理方法.doc

延长气田集输干线管道水害及治理方法闫庆华，付超，廖绍华，贾春磊，张茂磊，王孝兵（中石化石油工程设计有限公司 海洋工程设计所 山东东营 257026）摘要：延长气田集输干线输气管道主要敷设于黄土高原地区，地形起伏较大，沟壑发育，延河及支流、支沟纵横交错。管道在该类地区易遭受沟头前进、崩塌、岸坡冲毁等灾害的威胁，严重影响管道安全运行。文章在分析该类地区常见水害的基础上，结合近年来水害治理的经验，提出了针对黄土冲沟、黄土崾岘、高陡坎、河流等特殊地段的水害治理方法，供其它黄土地区管道的设计、建设借鉴和参考。关键词：输气管道；黄土地区；水害；治理方法Flood Damage on Gathering and Distribution Pipeline of the Yanchang Gas Field and Its Management Measures (Sinopec Petroleum Engineering Corporation, Dongying Shandong 257026, China)Abstract：The gathering and distribution pipeline in the Yanchang Gas Field lays loess plateau region where there are many ditches and rivers, the terrain of this region is undulate. Pipeline in the areas is vulnerable to flood threat. The matters such as ditch eclipsing, collapse, slope erosion and so on are threatening the safe operation of pipeline. Based on analyzing flood hazard, combining with experience in recent years, this paper put forwards some measures for flood problem in special area such as gully, strictured loess section, high escarpment and river. The proposed methods are available for reference in piping design and construction in other loess area.Key words：Gas transmission pipeline; Loess area; Flood damage; Management measure1 工程概况延长气田集输干线管道包含一干两支，位于宝塔区和延长县境内，全长130.0km。其中输气干线103.0km，延2首站-姚店阀室支线17.0km，方桥清管站-姚店末站支线10km。管道沿线主要地貌单元为黄土梁峁、黄土斜坡、崾岘和河流阶地。黄土山区段地形起伏较大，沟壑非常发育，黄土梁峁多为斜坡过渡，局部为崾岘连接。管道敷设境内以延河为骨干，支流支沟纵横交错。2 自然环境2.1 地形地貌特征延长气田所在区域为典型的黄土高原区，海拔900m1600m。地势总体是西高东低。黄土覆盖几十米至300米，沧海桑田，长期受自然力的侵蚀，形成复杂的山高、坡陡、塬、梁、峁、沟等最具高原特征的地形地貌。2.2 区域地质、气象及水文特点管道沿线地层主要为第四系全新统冲洪积黄土状土、粉（砂）土、粉质黏土、卵石、第四系晚更新统风积黄土、第三系红粘土、侏罗系强中风化砂质泥岩和砂岩。冲沟、崾岘段多为非自重、自重湿陷性黄土，湿陷等级达到级级。管道沿线所经之地平均年降雨量为562.1mm ， 69月平均降水量占全年降水量的70%左右。工程水系均为延河支流，主要为山谷之间常年形成的冲水沟，其形态蛇曲蜿蜒，河道大多处很狭窄，河道中间水深较浅，河水补给主要靠降雨及泉水，雨季水量大，冲刷能力很强。河床表层岩性为淤积土、冲积砂质卵石层和砂岩，河床内多处露出基岩。3 沿线水害类型延长气田管道水害从工程类型上可归为黄土坡面土壤侵蚀1和河流侵蚀两大类型。3.1 黄土坡面土壤侵蚀对管道及管道周边环境构成危害的主要是由降雨所造成的水力侵蚀和重力侵蚀。对管道形成危害的水力侵蚀主要是沟蚀，它主要表现为沟床下切、谷坡扩展和沟头前进；重力侵蚀主要表现为滑坡、滑塌和崩塌等，若管道埋地敷设或跨越工程基础处坡体发生重力侵蚀现象，将危及管道。3.2 河流侵蚀河岸侧蚀和河床下切是河流侵蚀的两种方式。河岸侧蚀对管道的安全威胁主要反映在两个方面：对于穿河管道，河道发生摆动，原管道暴露于新的河槽内；与河道走向同向的管道，当河岸不断侵蚀而后退后，导致管道外露。河岸侧蚀问题在游荡性河流表现较为严重。若河流穿越段管道埋深达不到冲刷要求，护底措施不当，河床冲刷下切极易造成管道悬空，导致管道冲刷破坏。4 水害的治理方法对于黄土地区管道工程的水害治理，应根据管道所经地区的地形地貌、水文地质、黄土理化特性等进行具体分析，制定有效措施。以下就延长气田集输干线管道遇到的困难问题、积累的经验和研究成果作一归纳总结，以期进一步重视黄土地区管道水害的基本问题，供其它黄土地区管道的设计和建设借鉴和参考。4.1 黄土冲沟的治理方法（a）现状地貌 （b）桁架跨越图1 清水沟冲沟由于黄土具有湿陷性、垂直节理发育、渗透系数极低的特性1，雨水极易造成冲沟发育，危及工程安全。集输干线管道穿越冲沟2处，沟头深度较深、沟头有前进趋势。鉴于沟较深、沟坡稳定，管道采用桁架跨越方式通过冲沟：图1(a)是集输干线管道穿越的清水沟冲沟现状地貌。跨越采用桩基础，穿透湿陷性黄土，进入稳定地层内；沟顶部边缘设置截水沟，抑止冲沟继续发育；在桁架基础外围设置截水沟和集水池，将两侧山体汇水引导至远离冲沟山体处。图1(b)是清水沟冲沟管道桁架跨越结构。4.2 黄土崾岘的治理方法集输干线管道沿途经过需要处理的崾岘约20处，大型崾岘为4处。管道路由确定从崾岘的一边通过，靠近沟头较浅、沟坡稳定的冲沟，远离沟深、坡陡、沟头发育、沟坡易垮塌的冲沟。治理时根据崾岘的顶部宽度、 崾岘的高度、 两侧边坡坡度，以及边坡的稳定情况确定通过崾岘的工程措施，具体有：（1）对于边沟头部较宽、沟较深的大型崾岘，采用桁架跨越和梁式直跨方式。下面以干线崾岘YZ156-YZ157和延2首站-姚店阀室支线崾岘YY081-YY082为例详细描述。（a）现状地貌 （b）桁架跨越图2 崾岘YZ156-YZ157干线崾岘YZ156-YZ157，东西两侧冲沟由于溯源侵蚀几乎将梁脊切穿，管道穿越一侧边沟沟头宽约25m，沟深超过60m，沟坡坡度超过70，场地为级自重湿陷性黄土。现状地貌见图2(a)。若采用护坡加固处理方法23，工程量巨大，施工周期长，投资较大。经安全性、经济性及可实施性综合分析比较，最后确定对大型崾岘采用桁架跨越形式。跨度48m，基础采用桩基，并在沟头部及两侧山梁设置截排水沟，将汇水引至安全地域。桁架跨越见图2(b)。 （a）现状地貌 （b）梁式直跨图3崾岘YY081-YY082延2首站-姚店阀室支线崾岘YY081-YY082，管道靠近沥青路一侧敷设，在公路与边沟之间穿越，边沟沟头宽约20m，沟深约30m；场地为级自重湿陷性黄土。现状地貌见图3(a)。采用梁式直跨方式4，管道加设套管，3墩，桩基础，跨度16m，两侧锚入土内不小于15m，跨越总长66m；对开挖扰动土坎采用灰土草袋防护。直跨方式解决了沟坡不稳定以及黄土地基湿陷性问题，提高了管道运行的安全性。梁式直跨见图3(b)。（2）对于边沟沟头稳定、深度较小、植被茂盛的崾岘，制定截、排水措施。以干线崾岘YZ488-YZ492为例，管道沿土路敷设。在两侧山梁土路上修建0.5m厚10%水泥土挡水坎，并设置排水沟将山梁汇水排走。4.3 高陡坎的治理方法在干线宝塔区青化砭镇西侧YZ640-YZ641处，遇到高度大约26 m 的高陡坎，上部为黄土，下部为风化基岩，坡面上出露基岩为中风化砂岩和强风化泥岩互层，泥岩抗风化能力差，岩体较破碎，局部存在崩塌的可能。高陡坎应根据边坡的具体条件，因地制宜地采取治坡措施，以达到稳坡的目的。具体治理措施如下：（1） 护坡。基岩管沟内浇筑C20混凝土，管沟两侧各5m范围内锚杆喷射混凝土护坡，同时陡坎底部管沟混凝土浇筑应进入稳定基岩下不小于0.5m。（2）截、排水。在锚杆砼护坡顶部设置截水沟引流排水，防止汇集水下渗引起坡体崩塌。（3）放坡。将上部黄土进行放坡，改善边坡受力条件， 增强边坡的稳定性。根据土质、边坡坡度、降雨强度等进行错台处理。4.4 河流侵蚀的治理方法图4 延河穿越现状地貌管道沿途经过的河流大都属于游荡性河流，岸坡为自然岸坡，岸坡稳定性较差，河床质为基岩，且基岩埋深较浅（图4是延河穿越现状地貌）。延长集输穿河管道，尽可能选择河段自然边界条件基本固定、主河槽较稳定、河道顺直、河床断面较规则的位置作为条件。穿越断面处河道进行了防洪评价，以确定河床的冲淤变幅和最大的冲刷深度。在掌握了游荡性河流河床演变的基本规律后，河流侵蚀防护措施有：（1）护底。河流穿越段管道埋深在最大冲刷线1m以下，并要求在基岩0.8m以下；管沟内自管底至管顶以上0.6m范围内浇筑C20卵石混凝土，以防止河流冲刷下切，避免管线裸露悬空。（2）护岸。采用水泥砂浆砌石，将被洪水冲刷的部位保护起来， 其基础设置在最大冲刷线1m以下，并在护岸上设置泄水孔。与河道走向同向的管道，间距在5m范围内，为防止河岸侵蚀后退，避免管道外露，均应设置护岸措施。5 结束语在环境脆弱的黄土地区，管道水毁灾害是我们应该注意和着力解决的关键问题，并应坚持以下原则：（1）自然环境是分析水害的基础资料，也是治理水害的基本依据，针对黄土地区水害，应根据管道所经地区的地形地貌、水文地质、黄土理化特性等进行具体分析，制定有效措施。（2）水害治理是一项长期的工作，要在管道建设运行全过程重视，施工上严格要求，并在管理上加强巡线工作，做到汛前预防，汛期注意观察，了解水情，汛后及时发现问题，及时补防。参考文献：1 梅云新. 马惠宁管道地质灾害类型及水工保护问题J. 油气储运，2003，22(11): 35-38.2 吴克信，付开伟，胡晓梅. 黄土崾岘拓宽处理技术J. 天然气与石油，2005，23(4): 53-57.3 黄高优，