從打鐵鄉段水毀看山區河谷段管道易出現的問題及解決方案

何明華

簡? 介：輸油管道鋪設在山區、河谷、沖溝段，穿越問題比較突出，普遍都存在管道地質災害問題，尤其是水毀危害問題，以西南成品油管道黔南作業區都勻站轄區打鐵鄉段河谷為例：臨近汛期以過去10年的維護實踐，對該山區河谷段管道水毀情況進行總結和分類。河谷水流的沖刷侵蝕及河道改變、人類建設工程活動等是管道在該河谷段水毀的主要因素，災害表現形式分為漂管危害、懸空危害、推移危害和撞擊危害4類。以實際經驗總結出各水毀類型的形成條件及危害特征，并以此提出有針對性的解決方法。針對各種方案提出了簡明的示圖及適用條件，以期對類似山區河、溝谷段地形鋪設的管道在運營中的安全維護提供參考。

一、 打鐵鄉山區河谷段水毀現狀

西南成品油管道沿線經過的區域地形地貌特征是山區河谷多樣，特別是貴州省黔南州貴定境內的打鐵鄉河谷段特征明顯。管道在河谷中鋪設長度約9公里（2.1公里沿河中順直鋪設），穿越河道共36 處，運行近11年，截至2015年8月，各類型水毀點共計45處，河道段水毀約占91％；共造成損失及后期整改投資約千萬元。典型水毀如：2015年6月，打鐵鄉段管道DG023+100米處洪水沖刷露管并致防腐層嚴重破損（圖1、圖6），形成漂管。因此，河谷段水毀是輸油管道水毀危害的主要部分，如何有效防治河谷段水毀災害對管道的安全運營至關重要。

二、 河谷段水毀作用方式

洪水湍急的沖刷、侵蝕及河道擺動是造成輸油管道在河谷段水毀的主要動力因素。河谷段水毀的主要作用方式包括：河床下切、河岸側蝕、泥石流以及人類工程建設活動4類。

1 、河床下切作用

河床下切易引起河勢不穩定，導致河床的容砂和容水空間加大，沖刷河底可能出現深槽現象，造成管道懸空。同時，在洪水水流作用下，穿越河道的管道覆蓋層被明顯沖刷減薄，甚至使管道發生外露。管道一旦外露，不僅受山洪水流的沖擊，而且受水流攜帶的大量石砂和礫石的撞擊和沖刷，易損壞防腐層，并可能導致管道彎曲甚至斷裂，嚴重威脅管道運行安全（圖2）。

2 、河岸侵蝕作用

河流拐彎處凸岸最易受到水流的側向沖刷和侵蝕作用，常引起河岸坍塌，導致岸坡不穩。這是河道發生擺動的主要原因，侵蝕嚴重威脅沿岸鋪設輸油管道的安全（圖4）。

3、 泥石流作用

泥石流是一種由液相和固相構成的特殊流體。液相（直徑d<2 mm 的細顆粒與水流）以紊流運動為主； 固相（直徑d ≥2 mm 的粗顆粒）以推移質形式存在，推移質在流體中以滾動、滑動及跳躍的形式運動，運動過程中不斷與地面泥沙發生交換。泥石流爆發時，會對沿途河谷產生強烈的侵蝕作用，在運動過程中液相部分對溝岸進行劇烈沖刷，固相部分對溝岸進行強烈撞擊，最終導致溝岸邊坡失穩破壞。泥石流對河溝段侵蝕作用的基本形式仍為下切作用和侵蝕作用，只是強度更大。

4、 人類工程活動作用

貴定縣昌明鎮打鐵鄉段至今各項建設施工工程接踵而至，首先是黔桂鐵路、貴廣高鐵、夏蓉貴都高速、風力發電、礦資源開采、村民建房、旅游開發等。河道內開采砂石、建造建筑物、修砌水工等人工建設活動都會改變河溝道原始徑流環境，人為直接或間接打破了自然條件下的平衡狀態，導致原順直河道發生彎曲變道、過水斷面狹窄、通水不暢，加劇水流的沖刷下切和縱橫向侵蝕作用，雨季一旦來臨，很容易形成新的水毀危害。

三、水毀危害的類型

水毀是山區河、溝谷段管道的主要危害，對管道的危害形式分為漂管、懸空、推移和洪流攜礫石撞擊4 類。

1、 漂管危害

漂管是指采用大開挖直埋方式穿越河流或湖塘的管道，由于水位暴漲、沖刷、侵蝕或人工活動等作用導致管道上方覆土厚度不足形成裸露段而產生的漂浮現象。管道為薄壁鋼管，當裸露長度達到某臨界值時，在浮力作用下，管道容易漂浮彎曲變形；若變形超過管材的屈率極限，將引起管道損壞破裂，釀成管道事故。2015年6月28日，貴定縣昌明鎮打鐵鄉段山區遭遇連續強降雨，山洪使該段輸油管道經過的打鐵河谷水位暴漲，形成長距離漂管危害。

2、 懸空危害

懸空是指采用大開挖直埋方式穿越河流的輸油管道與河床表面不發生直接接觸的懸空段。懸空改變了管道的受力狀態，尤其是管道懸空段在水流的繞流作用下，常伴有周期性的渦漩，如出現此種情況，極有可能導致管道出現疲勞扭曲損傷等，一旦河流中管道出現該情況將對管道的危害很大（圖7）。

3、 管道推移危害

山區河谷段管道若埋深不足，易受短時強水流（泥石流）的沖擊。管道與管周覆土受到沖擊向下游移動，管道不斷向下游及上方屈曲，其后砂石不斷填充管道屈曲遺留下的空隙，造成管道位移量不斷增大，若此時沖擊作用未終止或管道未得到進一步得穩管加固，極有可能因屈曲位移量較大發生管道損毀事故（圖8）。

4、撞擊危害

撞擊對管道的危害多出現在山區河谷，短時強水流夾雜大量礫石移動具有較大的沖擊力，穿越河谷、溝谷段管道一旦覆土不足甚至出現裸露情況，將受到極大的威脅，小而多的礫石可能損毀管道防腐層及光纜，大直徑的礫石可能造成管道表面凹陷、產生裂紋甚至出現擊穿管道的情況 。

四、解決辦法及方案

1、直接工程防護方案

直接工程防護的主要目標是管道本體，對其進行直接保護，避免受到直接接觸式損傷。

（1）箱涵。適用條件：山區河流溝谷，易發山洪、水（泥）石流的河溝道；結構材料：鋼筋混凝土。

（2）U形槽。適用條件：山區季節性河、溝谷，不適用于：山洪頻發及河道水流量流速較大的河道，結構材料：鋼筋混凝土預制構件。

（3）硬覆蓋。適用條件：山區河谷段，水流量和流速較大的河道；結構材料：鋼筋混凝土、漿砌石。

（4）石籠。適用條件：易發一般性洪水，山洪、水（泥）石流規模較小的河道；結構材料：鋼筋籠， 大石塊；屬于臨時性防護結構。

2、間接防護及方案

間接防護方案的主要目標是改善管道所處環境， 從而提高管道的安全性。分為穩定河床結構（如建攔沙壩、淤積壩、河底硬化等）和穩定河岸坡結構（如加固護岸擋墻、擋水墻、定期疏通河道、降低河床與河岸管道高度等）。

（1）攔沙壩、淤積壩。適用條件： 山區河谷，易發山洪、水（泥）石流的河道；結構材料：鋼筋混凝土、素混凝土、漿砌石。

（2）河底硬化。適用條件：山區河谷，水流量流速較大的河道；結構材料：混凝土預制構件、漿砌石。

（3）護岸擋墻。適用條件：存在側蝕威脅或向岸侵蝕的河道岸坡。結構材料：混凝土、漿砌石。

五、 結論

基于華南管網茂昆線西南成品油管道黔南作業區貴定縣昌明鎮打鐵鄉段河谷幾次水毀災害的現實，總結了山區河谷段水毀的作用方式、管道水毀危害的類型及解決方案，得出以下結論：

（1）山區河、溝谷段水毀的作用方式包括河床下切作用、河岸側蝕作用、泥石流作用及人類工程建設活動作用。

（2）山區河、溝谷段水毀對管道的危害形式分為漂管危害、懸跨危害、推移危害和洪流攜礫石撞擊管道4類危害。

（3）山區河、溝谷段管道水毀的解決辦法及方案可分為直接和間接兩大類，各方案均有其不同的適用條件及防護目標，應根據水毀條件因地制宜，發揮主觀想象、選取恰當的防護結構。

作者單位：國家管網集團華南分公司貴州輸油部