西氣東送子洲段天然氣管道水土保持措施探析

馬 濤，文 航

（子洲縣水利局渠道庫壩管護中心，陜西 榆林 718400）

天然氣管道開挖施工因為點多線長面廣，造成水土流失量較大。西氣東送子洲段項目區的地質復雜，開挖工程量較大，為了減少項目建設帶來的水土流失，圍繞管道水土保持方案進行探討。

1 概況

天然氣管道西四線管道工程由管道工程、站場工程、穿越工程和附屬工程組成。管道全長1 745 km，設計輸氣量150×108m3∕a，設計壓力12 MPa，管徑1 219 mm，全線設置內涂層。其中，子洲段長73.155 km（含預埋管道14.41 km）。工程穿越河流溝渠40 次18.200 km，公路55 次3.891 km，管廊194 次5.059 km，山嶺隧道3 次4.470 km。

2 項目區基本情況

項目區地形主要為黃土高原和中低山[1]，局部為起伏剝蝕緩丘，多沿溝谷發育。由于地層的差異性風化形成地表為長條狀垅崗高地及狹長的壕溝，地勢起伏較大，相對高差5～15 m。管道沿線所經地段西高東低，海拔高度為1 100～1 750 m。由于項目區降水量較小，植被稀疏，主要植物類型有駱駝刺、梭梭、檉柳、泡泡刺、白刺、紅砂。工程總占地面積為27.22 hm2，其中永久占地面積12.64 hm2、臨時占地面積14.58 hm2。工程占地主要類型為草地和荒地，土壤侵蝕類型兼有風力和水力侵蝕，土壤侵蝕模數為1 800 t∕（km2·a）。

3 黃土溝壑區防治措施

黃土溝壑區的水土保持措施有排水渠、生態袋素土護坡、生態袋素土堡坎，主要施工內容為表土剝離、表土回填、土地整治和復墾以及縱坡植生袋排水溝、擋水埂、消力坎興建。

3.1 工程措施

（1）表土剝離。管溝開挖前，對施工作業帶占用的耕地等進行表土剝離，其中草地僅對表層為粉土或黏土的區域進行剝離，耕地剝離厚度30～35 cm，林地和草地根據現場情況確定剝離厚度。剝離的表土和管溝開挖土沿線堆放在管溝開挖一側，表土在外側，生土在內側。表土剝離面積96.18 hm2，表土剝離量25.71萬m3。

（2）表土回填。施工結束后回填表土，耕地回填厚度為30 cm。林地和草地根據表土剩余情況確定回填厚度，但不小于剝離厚度。表土回填面積共計96.18 hm2，回填表土9.73萬m3。

（3）土地整治。根據地勘資料及現場調查情況，施工結束后，僅對可剝離表土的其他草地進行土地整治，整治面積14.58 hm2。

（4）土地復墾。施工結束后，對施工作業帶占用的耕地和園地進行復墾，復墾面積1.12 hm2。

（5）縱坡植生袋排水溝。根據項目建設區氣象資料及現場查看已建管道縱坡穿越情況，線路縱坡穿越施工作業帶兩側需設置植生袋生態排水溝，既能抑制坡面侵蝕溝的形成，又可增加植被覆蓋度。植生袋排水溝采用矩形斷面，底寬0.5 m，深0.25 m，壁厚0.3 m，植生袋尺寸為0.5 m×0.3 m×0.25 m。施工時，渠底建議錯縫擺放，以減少水流對植生袋沖刷造成的損壞。植生袋排水溝共計96 418 m，植生袋素土護坡271 m3，生態袋素土堡坎427 m3。

（6）消力坎。排水溝消能采用渠底加糙法[2]，設置消力坎，既能消能，又有利于阻止植生袋的滑塌。在植生袋生態排水溝內每隔10 m 設置1 道消力坎，消力坎采用C20 混凝土澆筑，上部為梯形斷面，下部為矩形斷面，梯形斷面上頂寬10 cm、高10 cm、下底寬50 cm，迎水坡和背水坡坡比分別為1∶1和1∶3，矩形斷面寬度與上部梯形斷面下底寬度相同，高50 cm，長為排水渠底寬。消力坎既能減少水流沖刷的動力，又起到固定植生袋的作用。消力坎共計9 642 m，C20混凝土澆筑2 700 m3。

（7）擋水埂。對于縱坡穿越管道作業帶每隔20 m設置擋水埂1 道，每道擋水埂長度為作業帶寬度減去兩側排水溝頂寬。擋水埂采用梯形斷面，底50 cm，高50 cm，坡比為1∶1。擋水埂共計124 379 m，土方夯實62 190 m3。

3.2 植物措施

一方面采用生態袋素土護坡和生態袋素土堡坎，另一方面進行草地恢復、林地恢復和植生袋排水溝內植草等。

（1）林地恢復。對管線穿越的林地在施工結束后進行恢復，管道中心線兩側5 m 范圍內不種植喬木，僅撒播種草，其余擾動區域采用喬灌草結合的方式恢復植被。喬木、灌木栽植株距和行距分別為3、0.5 m，共栽植沙棗3 105 株、沙棘5 175株，撒播披堿草和堿蓬各129 kg。

（2）草地恢復。施工結束后對天然牧草地、人工牧草地可剝離表土的所有草地采用人工促進恢復模式進行植被恢復，草種選擇堿蓬、披堿草混播，其中管線穿越濕地段時草種選擇堿蓬和蘆葦，播種量均為80 kg∕hm2。草地恢復面積共計5.31 hm2。

（3）生態袋素土護坡植草。根據護坡方量和地勘資料，估算低山丘陵段管道作業帶生態袋素土護坡植草面積0.36 hm2。設計生態袋內草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量為80 kg∕hm2，共需草籽量29.20 kg。

（4）生態袋素土堡坎植草。根據堡坎方量和地勘資料，估算低山丘陵段管道作業帶生態袋素土堡坎植草面積0.63 hm2。設計生態袋內草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量為80 kg∕hm2，共需草籽量50.34 kg。

（5）植生袋排水溝內植草。植生袋排水溝內植草面積為1.6 m2∕m，共計4 269 m2，草種選擇堿蓬、披堿草混播，考慮到植物生長環境生態袋內不拌和草籽，共需草籽量34 kg。

（6）對于植被蓋度小于10%的流動沙地、沙丘或沙丘鏈，可以采用草方格沙障[3]。沙障材料為稻草、麥秸等，長度≥40 cm；沙障規格一般為1 m×1 m；沙障地面以上高度為15～20 cm，入土深度不小于10 cm；沙障孔隙度為20%～30%；沙障鋪設部位為固定或半固定沙丘迎風側，實行全部鋪設。

3.3 臨時措施

（1）臨時攔擋。該區管道作業帶范圍內表土和生土均堆放在管溝開挖一側，外側采用編織袋臨時攔擋，編織袋裝土優先考慮表土，剩余表土堆放在生土外側。臨時攔擋采用直角梯形斷面，斷面尺寸為頂寬0.5 m、高0.6 m、坡比1∶0.5。根據該區管道敷設長度，臨時攔擋共36.78 km。

（2）臨時苫蓋。管溝開挖臨時堆土除外側編織袋擋護外，臨時堆土頂部采用彩條布或密目網苫蓋。考慮到風力，臨時苫蓋采用彩條布，用編織袋裝土壓實固定，其余部分苫蓋采用密目網，其中彩條布以重復利用3次計，密目網以重復利用5次計。臨時苫蓋共23.91 萬m2，其中彩條布苫蓋16.80 萬m2、密目網苫蓋7.11萬m2。

（3）彩條布分隔表土。表土和生土在堆放時中間用彩條布進行分隔，合計隔離表土面積0.69萬m2。

（4）干砌石攔擋。對于管線穿越柏全山段，由于管溝開挖無土方，均為石方，無法進行編織袋裝土攔擋，因此對鉆爆出來的石方進行人工挑揀，選擇較為平整的作為臨時攔擋，攔擋斷面與編織袋攔擋相同，即上頂寬0.5 m、高0.6 m、坡比1∶0.5。干砌石攔擋長度共計3 400 m，干砌石2.31萬m3。

4 穿越工程區防治措施

4.1 工程措施

（1）表土剝離。管溝開挖前，對穿越工程占用的耕地、園地進行表土剝離，其中耕地剝離厚度30～35 cm、園地剝離厚度20～30 cm，剝離的表土和生土堆放在穿越工程管溝開挖兩側空地或就近堆放于管線作業帶。經合計，表土剝離面積2.11 hm2，表土剝離量0.24萬m3。

（2）表土回填。對表土剝離區域在施工結束后回填表土，回填厚度為耕地30 cm、園地20 cm，林地和草地根據表土剩余情況確定回填厚度，且不小于剝離厚度。 表土回填面積共計2.11 hm2，回填表土0.24萬m3。

（3）土地整治。施工結束后，對穿越工程占用的天然草地進行土地整治，土地整治1.57 hm2，回填表土0.24萬m3。

（4）土地復墾。施工結束后，對穿越工程占用的耕地和園地進行復墾，面積0.14 hm2。

（5）河床整平。對于河流開挖穿越占用的灘涂，施工結束后全部進行場地平整壓實以保障河流行洪，河床整平壓實面積共計1.68 hm2。

（6）邊坡防護。施工結束后，對河道兩岸施工作業帶開挖形成的邊坡采用植生袋內填草籽進行防護，邊坡坡比為1∶2，植生袋防護厚度為0.5 m。邊坡防護面積1 130 m2，植生袋565 m3。

4.2 植物措施

對穿越工程防治區設計的植物措施為草地恢復和邊坡防護植草。

（1）草地恢復。施工結束后，對天然地和荒地采用人工促進恢復模式進行植被恢復，草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量均為80 kg∕hm2。草地恢復面積共計0.08 hm2。

（2）邊坡防護植草。邊坡防護面積為400 m2，植生袋內草種選擇堿蓬、披堿草混播，播種量為80 kg∕hm2，共需草籽量3.2 kg。

（3）植草技術。整地、播種、撫育管理等與戈壁沙漠區相同，后期加強植物措施的養護和管理。

4.3 臨時措施

（1）臨時攔擋。該區穿越河流、溝渠、公路等管溝開挖臨時堆土和表土采取編織袋臨時攔擋進行防護。臨時攔擋與管溝開挖同步進行，編織袋裝土優先考慮表土，剩余表土堆放在生土外側。攔擋設置在臨時堆土四周，高1 m，頂寬0.5 m，內外坡比為1∶0.5。施工時，先用管溝開挖土石裝入草袋，碼砌成梯形攔擋，施工結束后拆除填入管溝并整平，臨時攔擋長度共計1 068 m。

（2）臨時苫蓋。臨時堆土除外側編織袋臨時攔擋外，設計對頂部和裸露邊坡采用密目網或彩條布苫蓋，考慮到風力和土壤類型，臨時苫蓋采用彩條布，并用編織袋裝土壓實固定，其余部分苫蓋采用密目網。彩條布以重復利用3 次計，密目網以重復利用5次計，臨時苫蓋面積為4 295 m2。

（3）彩條布分隔表土。表土和生土在堆放時中間用彩條布進行分隔，合計彩條布隔離表土面積770 m2。

（4）臨時排水溝。穿越大中型河流開挖時，針對河床開挖含水量較高段，需在平臺和開挖邊坡布設臨時排水溝。臨時排水溝采用梯形斷面，尺寸為30 cm×30 cm，坡比為1∶1，長度為1 455 m。

（5）沉砂池。平臺臨時排水溝兩端封閉，排水溝內積水用水泵抽排進入沉砂池[4]；臨時堆土排水采用自流進入沉砂池。沉砂池位于管溝開挖和臨時堆土之間，尺寸為6.0 m×3.0 m×1.6 m（長×寬×深），共布設2 座。后期施工時，穿越河流建議在枯水期施工，減小擾動范圍，減少河流淤積。

5 特殊地段管道敷設防治措施

本工程特殊地段主要為并行敷設段、農田段、低山丘陵段和規劃區段，分別采取相應措施進行水土保持防護。

5.1 并行敷設段

本工程與西氣東輸一線、西氣東輸二線、西氣東輸三線等多條管道長距離并行敷設，長度243.5 km。在地形開闊段，與已建管道并行間距不小于30 m；局部受限地段，與已建管道并行間距不小于20 m；對于避讓高壓鐵塔、敏感區等特殊位置，與已建管道并行間距不小于10 m；開挖穿越小型河流、溝渠等地段，與已建管道并行間距應根據新建管道的埋深進行計算，使已建管道位于施工影響范圍以外。作業帶寬度根據地形和地質情況確定。

5.2 農田段

管溝開挖前，首先進行表土剝離，厚度為30～35 cm，對于地表以下30 cm 厚的生根層耕植土（熟）要分層開挖、分別埋放、分層復原。管溝應當在管道安裝完畢后及時進行分層回填，地表30 cm 以下的回填土層應分層壓實，經過坡地起伏段時應設置草袋裝土攔擋，以避免將來農田灌溉大量順管溝滲漏的情況發生。生土回填處理完畢后，再將30 cm 厚的熟土回填，不得摻雜其他回填材料（如碎石、硬質土塊等）。盡量避免冬季回填，如必須在冬季回填，回填土中嚴禁夾有冰雪，凍土回填前應進行粉碎，回填細土所用粉碎凍土塊最大粒徑不應超過20 mm，回填土不得含有凍結的腐殖土或泥炭質及大塊冰雪。回填細土后，上部回填土用的凍土塊或原土石方粒徑不應超過250 mm。

5.3 低山丘陵段

管道為順坡敷設，無橫坡敷設。當管道與已建管道并行間距較小時，拓寬原有管道作業帶；當管道并行間距過大時，重新開辟作業帶。管溝爬坡坡度較緩時，管溝敷設采用溝下焊接[5]，管溝土石方直接堆放于管溝一側，并進行適當攔擋即可；對于坡度較陡的山坡地段，管溝一側堆土，另一側挖機設備通行，管道采用溝下焊接，使用卷揚機或運管小車進行溝下布管。吊管機等設備無法停放的斜坡采用整體預制吊裝法、牽引法等。管溝回填要求采用編織袋裝原土回填至管頂0.5 m，然后回填原土；石方、碎石、卵礫石管溝在溝下布管前應首先鋪墊0.3 m厚的細土，袋裝細土應壓實、平整，管道兩側及管頂以上0.5 m范圍內均采用袋裝細土回填，然后回填原土。回填的原土石方石塊的最大粒徑不得超過250 mm。

5.4 規劃區段

本工程個別地段受地形、建構筑物及其他在建工程的限制，從城鎮規劃區或民房密集處（特別是一二級公路的兩側）通過。施工中，在狹窄場地外組焊，于溝下整體拖管就位，以減小施工作業帶寬度。

6 結語

西氣東送子洲段天然氣管道穿越區生態環境脆弱，管道施工開挖面和工程量大，易造成大量水土流失，且工程跨越黃土溝壑區和眾多已建工程區。通過分析探討，針對不同區域分別采取工程、植物和臨時措施，可有效減少項目建設帶來的水土流失，為工程建設提供了科學支撐。