子洲縣石化輸氣管道水土保持措施探析

劉 敏，文 潔

（1.子洲縣水保生態檢測站，陜西 榆林 718400；2.子洲縣水資源工作站，陜西 榆林 718400）

1 概況

子洲縣石化輸氣管線全長856 km，設計壓力10 MPa，年輸氣量200×108m3。子洲縣屬大陸性季風氣候，年均降雨量428.1 mm，多集中在7—8月[1]，年均風速2.8 m∕s，最大風速16 m∕s。子洲縣西高東低，大部為黃土覆蓋，溝壑密集，支離破碎，峁小梁短。項目區水土流失以水力侵蝕為主，水力侵蝕又以面蝕為主，土壤侵蝕模數為2 500～4 000 t∕（km2·a），屬中度侵蝕區，而水土流失容許值為1 000 t∕（km2·a）[2]。

2 管道敷設分析

為了減少項目建設造成的水土流失，根據《輸油（氣）管道工程設計規范》（GB50251-2003）和《開發建設項目水土保持技術規范》（GB50433-2008）、《開發建設項目水土流失防治標準》（GB50434-2008）[3]，子洲縣石化輸氣管道帶占地寬度按照30 m 設計，在敷設和施工中最大化地減少擾動和占地，減輕水土流失。

2.1 一般地段管道敷設

管道采用埋地敷設為主，特殊地段也可采用土堤、地面等形式敷設，埋深一般應大于1.0 m 和最大凍土深度。石方地段管底應超挖0.2 m，并回填細土至管頂以上0.3 m；三、四級地區管頂最小埋深為1.2 m；河流大中型穿越管道，管頂埋設為最大沖刷層以下即河床穩定層以下1.0 m，管溝斷面型式采用梯形。

2.2 特殊地段管道敷設

2.2.1 穿越經濟作物段

為減少管道施工對經濟作物的損壞，施工作業帶寬度應盡量縮窄，宜采用溝下組焊方式減小施工作業帶寬度[4]。本工程管道根據管徑不同，確定通過經濟作物區的施工作業帶寬度宜壓縮為12～16 m。

2.2.2 穿越水網及小型河流段

穿越水網及小型河流段含水量飽和、不易成溝、地基承載力小，應采取清淤、回填、打樁、壓重等相應的穩管措施，將管線必須埋到沖刷及疏浚線深度以下，并及時做好水工保護，確保管道安全。

2.2.3 經過城鎮街區及規劃區段

經過城鎮街區及規劃區段需獲得有關部門批準；在狹窄場地外組焊，溝下整體拖管就位，以縮小施工作業帶寬度；管頂埋深不小于1.5 m；在管溝的管道上方加設警示帶或混凝土蓋板保護管道，地面警示牌按100 m間距設置。

2.2.4 管道采用土堤埋設段

管道采用土堤埋設時需根據地形、工程地質、水文地質、土壤類別及性質確定土堤高度和寬度，管底以下為黏性土時壓實系數為0.94～0.97，管頂覆土厚度不小于0.6 m，土堤頂部寬度不小于0.5 m 且大于管徑的2倍，邊坡按規范要求確定。

3 管道穿跨越分析

管道穿越包括水域穿越，公路、山體隧道穿越和電纜、光纜穿越等。本項目分別采用了挖溝法穿越、定向鉆穿越、頂管法穿越等方式，盡量減少地面擾動，有利于保持水土。

3.1 大開挖穿越施工工藝

對于水流量較小、沖刷不大的區段，可采用大開挖穿越施工工藝。開挖和管道就位前，采取排水降水措施，清除基底淤泥及雜物等，遇透水性較強地基時應做好防滲處理。對于管道經過中小型河流以及一般的溝渠，施工期盡量選擇在枯水季節，采用圍堰、導流開挖方式穿越。穿越中小型河流或水域的管頂埋深應在設計洪水沖刷或規劃疏浚線以下大于0.8 m 處，若無沖刷或疏浚水域則應在河床底面以下大于2.0 m 處穿越。

3.2 頂管穿越施工工藝

頂管穿越是施加一定的壓力進行掘進后跟進保護套管，頂進完成后再穿入主管的施工方式[5]。高速公路、一二級公路以及鄉村公路均采用頂管法頂進混凝土套管進行穿越。頂管所用套管頂部距公路路面不小于1.2 m，距路邊溝底不小于0.8 m。頂管法施工不產生泥漿。施工前，首先確定工作坑的位置。工作坑布置在頂管施工段兩端，長寬深一般為4.5 m×4 m×4 m，一般布置在頂管段外側5～10 m內，施工時間安排在非雨季。工作坑開挖形成的坑壁要及時進行支護，并利用坑壁土體作后背，后背土體壁面平整并與管道頂進方向垂直。頂管施工完成后，進行工作坑土方回填。

3.3 箱涵穿越施工工藝

管道穿越鐵路或與鐵路交叉時，可采用頂進箱涵穿越、頂進鋼筋混凝土套管穿越或橋下開挖穿越的方式。管道與鐵路宜垂直交叉，在特殊情況下交叉角不宜小于30°。管道與鐵路橋梁交叉時，對管道采取防護措施后其交叉角可小于30°，防護長度應滿足鐵路用地范圍外3 m 的要求。本項目穿越工程量按箱涵或橋下開挖穿越考慮。沿線穿越鐵路共計3次，穿越長度60 m。

4 管道作業區水土保持措施

依據實地踏勘及1∶50 000 管道敷設總斷面圖，經調查量測統計，管線在該區敷設于平坦地段的長度約占總長的1∕3，橫、順坡長度比例為1∶2。依據管道在山地丘陵區布設情況分析可知，該區可能發生水土流失的環節和部位主要是施工期作業帶表土剝離、橫坡段管溝開挖與回填、開挖土方臨時堆放、占壓土地、擾動地表等。

4.1 工程措施設計

4.1.1 表土剝離與回覆

為了保護表土資源，表土剝離厚度控制在20～30 cm。橫坡段作業帶表土剝離寬度約為作業帶寬度的1∕2（即上坡面開挖寬度），剝離的表土暫時先行堆放在橫坡未開挖段，最終倒回作業帶開挖回填區頂部備用，剝離長度共計24.52 km，表土方量88 254 m3；順坡段按管溝開挖頂部最大寬度進行表土剝離，剝離長度共計19.03 km，表土方量40 748 m3。管溝開挖的表層土與深層土分開堆放，表層土堆放于外側，深層土堆放于內側。

4.1.2 土地平整與復耕

管道敷設施工結束后疏松作業帶硬化表層，按照征占地類型，除各類耕地實施復耕外，其余全部實施土地平整，以利植被恢復。共平整土地19.35 hm2，復耕6.11 hm2。

4.1.3 護坡

該區管道敷設經橫坡段因上坡面開挖邊坡裸露，為預防水土流失，設計了邊坡防護措施：開挖邊坡陡于1∶1.5的實施工程護坡（邊坡開挖高度大于8 m的采用拱形骨架護坡，小于8 m 的采用菱形骨架護坡），骨架以漿砌石修筑；緩于1∶1.5的直接采取植物護坡。依據現場踏勘，陡、緩邊坡比例分別為30%和70%。其中，拱形骨架護坡長度10.2 km，挖土方51 024 m3，漿砌石15 307 m3，C20 混凝土1 531 m3；菱形骨架護坡長度2.94 km，挖土方14 709 m3，漿砌石4 413 m3，C20混凝土441 m3。

4.1.4 橫、順坡截排水工程

管道在橫坡段敷設時，上坡面3 m 以外布設截水溝，攔截坡面雨季產生的徑流，并在上坡面坡腳處布設排水溝排泄坡面水，最終分段排向與管線相交的天然溝道內，局部設計排洪明渠或消能順接工程。截排水工程長12.26 km，挖土方31 686 m3，漿砌石22 186 m3。

管道在順坡段敷設時，在每級橫向擋墻頂內側設計1 道橫向排水溝，另沿作業帶兩側或一側設計縱向排水溝，最終各級橫向排水溝匯入縱向排水溝并與天然溝道銜接，局部增設排洪明渠或消能順接工程。截排水工程長2.45 km，挖土方9 316 m3，漿砌石6 570 m3。

4.1.5 管道水工保護

管道沿途經過山地、丘陵區較多，極易產生水土流失。根據沿線地形地貌和地質條件，按照各自特點分區域進行水工保護設計。

（1）順坡敷設防護。管線順坡敷設防護主要是對作業帶范圍內坡面進行防護，避免邊坡、管溝遭受雨水沖刷，保持邊坡整體穩定性和防止水土流失，保護管線安全，如圖1 所示。主要的工程防護措施包括素土草袋護坡、植生帶護坡、骨架護坡、噴漿護面、漿砌石護坡、截水墻、坡腳擋墻等。

圖1 管線順坡敷設防護

（2）橫坡敷設防護。在橫坡敷設防護中，要注意以下4點：①為減小坡面匯水對管溝的沖刷，橫坡敷設一般在削坡坡頂及坡腳設置截排水溝，截排水溝可采用漿砌石、混凝土等形式；②開挖作業帶上方坡面根據坡面地質情況，采用漿砌石護坡、護面墻、擋土墻、錨噴混凝土等方式進行防護，作業帶下方一般設置漿砌石擋墻對堆棄的土石方進行防護，如圖2 所示；③對于非巖石削方作業帶，可采用預制混凝土框格、砌石骨架護坡內植草方式進行防護，對于順管溝方向作業帶在縱坡坡腳的截水溝應設置橫向排水溝，將匯水排至作業帶下方，沿管溝縱向參照順坡敷設形式設置截水墻，并在作業帶低洼處設置干砌石、漿砌石過水面，保護管溝及作業帶；④若坡體較破碎或土質條件較差，為防止削方引起坡面坍塌或削方后出現局部垮塌，管線敷設可采用“淺挖深埋”的敷設方式，并在坡體上部進行坡面防護處理。主要防護形式可采用漿砌石護坡、擋墻等。

圖2 管線橫坡敷設防護

4.1.6 河流沖溝單元防護

（1）岸坡防護。管線穿跨越大中型河流、沖溝的防護采用100 a 一遇洪水設計標準，穿跨越大中型水域的防護在穿跨越單體中考慮，穿跨越小型河流、沖溝的防護采用50 a 一遇洪水設計標準。巖質段管溝回填土在水流沖刷作用下大量流失，所以對管溝岸坡采用漿砌石、現澆混凝土等護岸、擋墻結構進行防護，護岸高度按照設計防洪標準執行。土質段岸坡受水力侵蝕易垮塌，受河流態勢影響較大，穩定性差；特別是河床條件差的地段，由于岸坡坡腳的沖刷容易造成護岸工程的失穩垮塌。河床較穩定段，可采用漿砌石、混凝土預制板進行護岸，護岸基礎設置在局部最大沖刷深度以下不小于1 m 或嵌入基巖內；河床不穩定段，護岸結構可采用自身調節能力較好的草袋、模袋混凝土、石籠等形式，沖刷嚴重處護岸基礎可采用石籠、混凝土聯鎖板護腳。兩岸岸坡的防護寬度應在管溝開挖最大松動帶的2 m 外，特殊情況地段防護寬度可適當加寬。

（2）河床防護。管道在河流灘地范圍內敷設時，埋設深度要根據河流穿越位置的沖刷深度及河流防洪等級等綜合確定。巖質河床防護時，管線埋入穩定基巖，采用混凝土澆筑管溝，既可以避免管溝受到沖刷，又可以避免管線受浮力、水流作用破壞；對于卵石、土質河床及河床表面砂礫層較厚的河床，管線應埋設在最大沖刷線1 m 以下，并設置混凝土配重塊或配重壓袋；對于流速較大的河流、沖溝，應考慮采取混凝土護管或采用大塊石、干砌石、漿砌石、石籠進行護坦；對于沖刷嚴重的河床、溝床，在管線下游一定位置可考慮設置漿砌石、石籠重力式地下防沖墻。

（3）水網單元。對于管道施工破壞的水網地區的湖、塘、溝、渠堤岸可按照原結構恢復，對于土質岸坡可采用漿砌石護岸、混凝土預制板護岸、石籠護岸或木樁+草袋護岸等方式進行加強防護。對于溝、渠尤其是人工渠或帶有人工護岸的溝、塘，可考慮加大管道埋深，同時為防止水網地帶管線上浮，采用混凝土塊穩管或配重壓袋壓載。山區長陡坡段由于管道管徑較大，施工困難，線路設計時已盡量避讓，無法避讓的根據地質條件、坡度確定合適的截水墻結構、截水墻間距、坡面防護及合理布設橫向、縱向截排水溝。

4.2 植物措施設計

4.2.1 作業帶林草恢復

管道作業帶原占地類型為林草地的，施工結束后管道中心線兩側各5 m 范圍內植草，以外范圍植灌種草恢復植被。作業帶草種撒播，品種選用白三葉、早熟禾、狗牙根等，用量60 kg∕hm2；灌木配置品種為紫穗槐，栽植密度5 000 株∕hm2。作業帶林草恢復面積79.46 hm2，草種4 768 kg，灌木39.73萬株。

4.2.2 骨架植草護坡

該區管道敷設橫坡段因上坡面開挖邊坡裸露，開挖邊坡陡于1∶1.5 的實施拱形骨架護坡，骨架護坡內植草，品種選用龍須草、早熟禾、三葉草等。植草面積8.83 hm2，草種530 kg。

4.2.3 坡面植草護坡

該區管道敷設橫坡段上坡面開挖邊坡裸露，為預防水土流失，開挖邊坡緩于1∶1.5 的直接采取植草護坡，植草量60 kg∕hm2，品種選用狗牙根。植草面積13.24 hm2，草種794 kg。

4.3 臨時措施設計

4.3.1 袋裝土擋護

該區管道作業帶范圍內管溝開挖臨時堆土采取袋裝土擋護措施。其中，橫坡段袋裝土擋護布設于臨時堆土的外側坡腳處；順坡段除外側擋護外，還應在臨時堆土底部增設橫向袋裝土擋護。袋裝土擋護與管溝開挖同步進行，袋裝土就地利用開挖表土，最終回填到管頂之上。袋裝土尺寸80 cm×40 cm×30 cm（長×寬×高），作業帶長度14 709 m，草袋土方量10 591 m3，草袋170 190個。

4.3.2 彩條布苫蓋

管溝開挖臨時堆放土方除外側袋裝土擋護外，設計臨時堆土頂部采用彩條布臨時苫蓋。彩條布重復利用按5 次考慮，作業帶長度14 709 m，彩條布41 185 m2。

5 結語

為了最大化減少項目建設帶來的水土流失，通過分析探討，在子洲縣石化管道項目建設中，分別采用挖溝法、定向鉆法、頂管法等進行管道穿越敷設，并采取護坡、護岸、水工防護工程以及植物和臨時措施，可以有效減少項目建設帶來的水土流失。