论黄土塬地区油气长输管道的地质灾害防治措施

屈 锐，马宏宇，王 林

（中国石油管道公司西安输油气分公司，陕西西安718001）

论黄土塬地区油气长输管道的地质灾害防治措施

屈 锐*，马宏宇，王 林

（中国石油管道公司西安输油气分公司，陕西西安718001）

地质灾害是影响管道运营安全与使用寿命、破坏管道的重要因素。黄土塬是洪水、地质灾害高发地区，油气长输管道在建设过程中对途径的黄土产生扰动，导致管道更易遭受水毁、滑坡、坍塌等灾害的威胁与破坏，严重影响管道运营安全。通过深入分析黄土塬地区的地质灾害类别，总结近几年在兰—郑—长成品油管道庆阳支线地质灾害治理工程中的成功经验，结合地形地貌、土体条件，提出了黄土塬地区各种易发性地质灾害的防治措施,以有效避免灾害发生及防止灾害扩大，保证管道安全运营、减少经济损失、保护生态环境，并可为其它同类地区油气长输管道的地质灾害防治提供参考与指导。

油气；管道；黄土塬；地质灾害；防治措施

为实现油气资源供需平衡、降低油气运输成本，长输管道得以迅猛发展，形成纵横南北、横跨东西的管道网络大动脉。基于安全性、经济性、合理性的管道复杂走向，给管道后期的日常管理与安全运营带来了前所未有的挑战，尤其是管道途径地区的地质灾害防治。黄土塬地区具有海拔分布高、厚度大、易冲刷、湿陷性强、稳定土层被扰动后恢复期较长等鲜明的地质地貌特性，因大气环流在地面低压系统内活动频繁而造成的多暴雨天气，导致水土流失严重，且对水工保护措施破坏性极强，致使该地区的水工保护及地质灾害治理极其困难，严重威胁管道运营安全，后果不堪设想[1-2]。本文针对近几年在兰—郑—长成品油管道庆阳支线的水工保护工程及地质灾害治理中取得的成功经验，结合黄土塬的地质特性，对黄土塬地区可能发生的地质灾害类型及其防治技术进行系统研究，以期指导该地区的地质灾害防治，保障管道安全运营，并为其它地区管道保护中的地质灾害防治提供参考依据与成功经验。

1 地质灾害对长输管道的影响

黄土塬地区生态环境脆弱，严重的水土流失导致洪水、质灾害频繁发生，途径黄土塬恶劣环境的长输油气管道[3-5]。在施工期间及工程竣工投产运行后，常遭受水毁、滑坡、崩塌等灾害的威胁，造成管道裸露、悬空、甚至断管、断光缆等事件发生，造成环境污染、起火爆炸等重大事故发生。

2 地质灾害的常见类型

根据表现形式，地质灾害类型分为滑坡、崩塌、泥石流、采空区地面塌陷、岩溶地面塌陷、管沟严重沉陷、地裂缝、沙埋和风蚀灾害、盐渍土和湿陷性黄土及特殊岩土导致的地质灾害等[6-7]。

2.1 黄土腰岘崩塌

腰岘通常为梁峁之连接部,位于2条深切冲沟之沟头,两侧陡峭壁立、狭窄[6]。管道在修建时，在特殊地段依托腰岘通过较为常见，但不稳定的湿陷性黄土腰岘在日后容易发生崩塌，造成管道及光缆裸露悬空，严重影响管道的安全运行。

2.2 冲沟下切、边坡侧蚀

冲沟在黄土塬地区分布广泛，具有坡降大、两岸陡峭、植被在施工破坏后恢复困难的特点。在水流的作用下，冲沟的下切、侧蚀、溯源侵蚀作用强烈，容易引起冲沟边坡失稳,产生滑坡、滑塌等地质灾害，危及管道安全。沟底管道弯头处冲刷最为剧烈，管道及光缆裸露悬空可能性极大，且管道在弯头处所受应力较为集中，加剧了高陡边坡对管道的危害。

2.3 地表下沿管道发育的暗沟

地表下沿管道发育的暗沟多位于连续斜坡上，其源头位于斜坡上部管线附近的黄土漏斗、陷穴、落水洞等下方，水从源头流入，沿管道侵蚀管道周边及下方黄土，至斜坡下方管线附近的出水口流出。暗沟具有隐蔽性，致使发现这类灾害的难度极大。

2.4 管沟塌陷

管沟塌陷是黄土塬地区发生最为频繁的灾害类型。沿线原黄土层和植被在管道建设中造成的扰动，是导致管沟塌陷的主要因素。其中，沟蚀对管沟的危害最为严重,主要表现在沟底下切、沟岸扩展和沟头前进。严重时造成地面沉陷,管道裸露悬空，严重影响管道安全。

2.5 河堤岸侧蚀

管道在河流呈月牙处的地带展开大开挖穿越，致使“月牙”外侧穿越处修建的护堤工程在河水离心力的作用下，出现十分严重的堤脚掏蚀、堤岸冲刷现象。在黄土塬地区，管道穿越均为季节性河流，护堤受河水冲刷、掏蚀更为严重。

2.6 滑坡

黄土高原的滑坡多发生在黄土与红粘土（隔水层）接触面以上地层中。滑坡易导致随管道同沟铺设的光缆受牵引力而被拉断。

2.7 水工护坡垮塌

黄土粘结性较差，土壤贫瘠，植被不能及时生长，造成新建管道在投产运行后的几年内，受雨水冲刷、水毁相当严重，造成管道及光缆裸露。

3 地质灾害的防治措施

黄土塬管道建成投产初期，主要借鉴兰—郑—长成品油管道庆阳支线的地质灾害防治经验，通过公路、铁路工程的防治技术开展地质灾害治理，虽取得了一定效果，亦明显存在一些不足。随后，结合黄土特性与经验积累，对地质灾害进行深入分析，将当地垒筑土墙上的干打垒技术引入地质灾害防治领域，进一步完善了黄土塬地区湿陷性黄土的防治措施。

3.1 地质灾害的预防措施

定期对管道开展完整的高后果区评价工作，对管道上可能遭受地质灾害的点建立台账，加强巡查，并动用科技手段，对管道途经的大型坡体采用地质数据实时监控的手段，对坡体的滑坡趋势进行预判，未雨绸缪。且及时治理黄土塬地区的小地质灾害点，以防止灾害发生及影响扩大。

3.2 地质灾害的治理措施

3.2.1 抗滑桩

抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是抗滑处理的主要措施。抗滑桩主要为桩柱、锁口和挡板3部分，经实践证明，该措施对于管道穿越腰岘的地段治理效果明显，但造价较高。

3.2.2 排水沟、挡水埝

排水沟、挡水埝主要是将水引至它处，避免水流向管道上方低洼处或冲刷管道水工保护工程主体，造成黄土发生湿陷或护坡损坏。排水沟可用混凝土制作或者预制，挡水埝可用三七灰土夯筑。该措施投资小，治理效果好。

3.2.3 管沟翻夯

管沟翻夯适用于管沟塌陷和地表下管道存在暗沟的地质灾害治理。其方式和措施为：管沟回填高于地面100～200mm,超出管沟外300mm左右,回填土应分层夯实,在管道上方0.5m以下应仔细回填,压实系数不低于0.93。回填料根据实际情况可选用黄土、灰土或者水泥土,并保证最优的含水量。

3.2.4 铅丝石笼

铅丝石笼指用重型六角网制作的箱型网笼，在施工现场经石头填充，构成具有柔性、透水性及整体性的结构，具有控制和引导河流及洪水、防止水土流失的作用，主要用于管道穿越河流的“月牙”外侧受河水冲刷较为严重的部位和受一定高落差的水流冲蚀部位。

3.2.5 挡土墙与淤土坝

挡土墙是一种防治土坡滑坍的构筑物，种类较多。长输管道水工保护最常用的是重力式挡土墙。重力式挡土墙一般用浆砌石构筑而成，主要依靠自身重量以维持稳定。

淤土坝与挡土墙结构类似，主要设置在“口小肚大”、坡降较缓的沟道内，起拦洪淤地、抬高侵蚀基点、增加管道上方覆土厚度、淤积后稳定沟坡作用。

挡土墙和淤土坝对水土保持稳定具有良好的效果。

3.2.6 消力池

消力池是促使在泄水建筑物下游产生底流式水跃的设施，主要靠水跃产生的表面旋滚及旋滚与底流间的强烈紊动、剪切和掺混作用实现消能，以避免水流对黄土直接冲刷造成较大的湿陷后果，是管道水工保护工程的有效技术措施。

3.2.7 干打垒

将西北人民实用的筑房干打垒技术运用于管道水工护坡损毁的治理，具有治理效果好、就地可取材、经济造价低、结实耐用的特性。对此，庆阳站特此引入了干打垒技术，并通过实践应用加以改进，形成了适用于管道水工保护及地质灾害治理的非常有效，且非常经济的施工措施。其具体施工工艺为：用木桩固定木椽，每椽高度控制在15～20cm，填料采用比例为7∶3的黄土与消石灰，并在最优的含水率条件下，采用人工或者打夯机进行层层夯实。可广泛用于田地陡坎、腰岘、大型护坡滑坡等综合治理。

3.2.8 截水墙

截水墙指用来防止地下水流动的阻碍物，是防止地下水流动、杜绝地表下沿管道形成暗沟的有效措施。综合考虑黄土塬地区土地的复垦性和经济学，一般采用按3∶7的消石灰和黄土进行分层夯实而主体修筑。截水墙基础应设置在管底以下至少0.5m处，且距离地表0.5m处应采用素土进行夯实。

3.2.9 过水面

采用一些表层硬覆盖结构对管道穿越的河床或常年流水的区段进行连续防护，以消除水对管道上方覆土的冲刷。

3.2.10 斜井井腔灌注

斜井作为黄土塬地区管道穿越大型冲沟的比较新型的施工措施，具有投资省、施工方便、不破坏黄土塬结构的特点，目前被广泛应用。但是，由于施工质量问题，导致斜井上井口密封不严，雨水灌入后导致斜井内填充泥土被冲蚀，造成管道及光缆在井腔内悬空，给管道运行安全带来隐患。对此，采用腐植酸钠、黄土、水玻璃和水按照一定的比例进行充分拌合后向井腔内灌注，灌注时应保证一定灌速，使井腔内被充分灌实，灌注完毕后，上井口封堵时应充分夯实，并设置防渗膜，以防止水流进入斜井内。

4 灾害防治措施中需进一步解决的问题

（1）消力池于实际应用中虽有效减小了水流的冲击力，由于黄土塬地区黄土湿陷的特性，从消力池溢出的水仍会掏蚀消力池周边和下方的黄土，造成消力池悬空，并在自身重力的作用下发生损毁。需采取有效措施稳固消力池。

（2）管道在修建及地质灾害整治时期，上方的植被破坏后恢复极其困难，给管道穿越边坡位置的水土保持带来了极大的挑战，亟需新的植被恢复技术。

（3）鉴于抗滑桩造价较高、施工技术要求较高，对于不能使用干打垒进行治理的点，寻求更经济简便的高陡边坡、腰岘处理替代措施尤为重要。

（4）需建立边坡稳定性的有效评价措施，以根据大型护坡地质实时监测的数据，通过分析、计算得出边坡是否稳定。

5 结论

长输管道经过黄土塬地区湿陷性黄土的地质灾害治理的防治措施，不仅关系到管道的安全平稳运行，也关系到周边群众生命财产安全及生态环境保护。由于长输管道途经跨度大，地质水文情况相对复杂，一种灾害治理措施往往不能完全满足灾害治理需要达到的效果，因此，实际应用中需将几种措施联合使用，以达预期目的。黄土塬地区有效的灾害治理经验可为其它类同地区提供参考性或指导性作用，并积极推动我国长输管道综合技术水平的发展。

[1]黄土高原地区长输管道水工保护[E].中石油内部资料.

[2]李萍，薛振年，王治军，等.陇东地区黄土工程地质特征[J].地球科学与环境学报，2004，26（2）.

[3]王国强,刘宏杰,吴道祥.黄土的工程地质特性研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2005，5（1）.

[4]毕令娴，邱本仁.宝鸡黄土塬区马兰黄土湿陷特性探讨[J].岩土工程师，2003，15（3）.

[5]赵晓光.黄土塬区坡面水蚀作用过程[J].水土保持学报，2000（3）：122.

[6]杨晓秋,宋德琦.湿陷性黄土地区长输管道工程灾害治理研究[J].天然气与石油，2004，22（1）.

[7]王卫民，张文伟.黄土地区长输管道地质灾害分析及治理[J].油气储运，2001，20(4)：28-31.

TE973

B

1004-5716(2016)12-0044-03

2015-12-18

2015-12-18

屈锐（1984-），男（汉族），陕西汉中人，工程师，现从事管道管理及阴极保护工作。