穿越滞洪区油气管道埋深设计优化

尚 谨， 刘玉杰， 何振平， 朱伟锋， 郭健健

（河南省天然气管网濮鹤有限公司， 河南 濮阳 457000）

PH 天然气输气管道工程项目 （以下简称“PH 线”） 是河南省规划3 206 km “三纵六横”省级天然气干线网中“豫北一横” 的重要组成部分， 该管线途经濮阳市濮阳县、 濮阳市经开区、安阳市滑县和鹤壁市浚县， 全长约178 km， 管线共设有5 个场站、 4 个阀室， 管线规格为DN700 mm， 压力为6.3 MPa， 概算12.9 亿元人民币。 管线项目于2021 年1 月14 日由河南省发改委核准（豫发改油气〔2021〕 33 号）， 于2022年2 月15 日初步设计批复， 并于2022 年3 月正式开工建设。

1 滞洪区管道埋深起初设计方案

PH 线途经濮阳市濮阳县、 经开区， 穿越北金堤河滞洪区。 金堤河为季节性河流， 河水来源除流域降水外， 还有引黄灌溉区弃水、 退水和黄河干流侧渗补水等， 金堤河中下游于1951 年被划为防御黄河特大洪水的滞洪区。 PH 线干线和两条支线穿越滞洪区， 合计长度为55.79 km， 占线路总长度的31.3%。 根据工程设计经验， 在评审通过的可行性研究报告中， 北金堤河滞洪区管道埋深方案为管顶埋深达到冲刷线以下1.5 m。

勘察设计单位根据GB 50423—2013 《油气输送管道穿越工程设计规范》[1]中4.1.2 规定“挖沟法穿越管段的最小埋深， 应根据工程等级与相应设计洪水冲刷深度或疏浚深度要求确定， 并应符合相应埋深的界定范围。 当河流深泓线反复摆动时，穿越管段在深泓线摆动范围内埋深均应满足设计冲刷深度或疏浚深度要求”， 并根据挖沟法穿越管段的最小埋深表（见表1）， 将滞洪区认定为有冲刷或疏浚的水域， 且为大型水域， 提出管顶埋深达到冲刷线以下1.5 m 的滞洪区管道埋深设计方案。

表1 挖沟法穿越管段的最小埋深

基于上述设计方案， 勘察设计单位通过踏勘现场确定穿越滞洪区的管道长度合计为55.79 km，根据调研成果及相关防洪、 水文资料， 初步将滞洪区的冲刷线按照百年一遇设计洪峰流量计算，定为自然地平以下3 m 的位置， 按照管顶埋深设在冲刷线以下1.5 m， 则初步确定干线管道挖深5.3 m、 支线管道挖深5.1 m。 通过设计标准及演算， 按照分台阶开挖管沟的方式， 初步设计通过滞洪区段施工作业带宽度最高达55 m （如图1 所示）， 滞洪区段征用土地面积达3.039 km2。

图1 滞洪区段管沟断面及施工作业带布置示意图

同时， 非滞洪区段的干线管道（DN700 mm）一般地段施工作业带宽度初步设计18 m， 支线管道（DN500 mm） 一般地段施工作业带宽度16 m。

相较于一般地段， 滞洪区段施工作业带宽度增加幅度较大， 同时又采用分台阶方式开挖管沟，需大量的钢板桩支护和降水措施工程量， 造成滞洪区段整体工程造价较高且征地和施工难度较大。

2 滞洪区管道埋深修订方案

滞洪区管道埋深初步设计方案拟定后， 考虑到施工作业带宽度55 m， 工程投资较多， 施工及征地协调难度太大。 为节约工程投资， 加快推进项目建设， 建设单位与设计单位、 滞洪区防洪评价单位对管线通过滞洪区段设计方案进行重新研判。

初步设计方案中， 设计单位根据GB 50423—2013 《油气输送管道穿越工程设计规范》 4.1.2条规定， 将管顶覆土埋深设置为冲刷深度1.5 m以下。 建设单位研判后认为设计单位引用该规范存在不当之处， 具体意见如下：

一是GB 50423—2013 中4.1.2 条规定适用范围为水域， 2.3.0 中对水域的定义为 “天然形成或人工建造的河流、 湖泊、 水库、 沼泽、 水塘、 养殖塘、 水渠区域”， 不包含蓄滞洪区， 采用该规范作为管道埋深的设计依据有待商榷。

二是GB 50201—2014 《防洪标准》[2]6.5.4 要求， “经过行、 蓄、 滞洪区的管道工程的防洪标准， 应结合所在河段、 地区的行、 蓄、 滞洪区的要求确定， 不得影响行、 蓄、 滞洪区的正常运用”， PH 管线防洪标准应采用北金堤滞洪区主管部门相关规定， 而主管部门的穿越北金堤滞洪区及金堤河建设项目洪水影响评价审批准予行政许可决定书[3]（黄许可决[2022] 60 号） 中明确指出，“为保证管道自身的安全， 应考虑水流冲刷因素，采用最大冲刷水深， 管顶埋深位于最大冲刷水深相应冲刷线高程以下”。

三是根据《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》[4]中附《关于蓄滞洪区安全与建设指导纲要》[5]对土地利用和产业活动的限制的规定， “蓄滞洪区土地利用、 开发和各项建设必须符合防洪的要求， 保护蓄洪能力， 实现土地的合理利用， 减少洪灾损失”。 根据文献[6-9]， 新建瓦日铁路穿越北金堤滞洪区需要设置低路基段、 桥梁和涵洞来保证泄洪能力， 而对于锦郑成品油管道工程项目穿越滞洪区主流区， 防洪评价报告明确“由于其管道埋于地下， 建设项目对滞洪区分蓄滞洪运用等均不产生影响， 而滞洪区分蓄洪运用时对于成品油管道处会产生一定的冲刷影响”。 因此认为PH 线管顶埋深只要在冲刷线以下就不妨碍滞洪区蓄洪行洪， 且符合文件规定。

基于此， 建设单位提出应依照《关于蓄滞洪区安全与建设指导纲要》[4]规定重新确定设计方案的意见。 经沟通探讨， 设计单位认可上述说法并按照滞洪区段管顶埋深达到冲刷线标准进行了设计修改。

同时， 建设单位积极争取将防洪评价报告中滞洪区按照50 年一遇设计洪峰流量计算， 冲刷线平均值降至约2 m， 管顶埋深达到冲刷线以下，则平均管道挖深为干线2.7 m （DN700 mm）、 支线2.5 m （DN500 mm）； 滞 洪 区 内 干 线 管 道（DN700 mm） 一般地段施工作业带宽度为22 m；支线管道 （DN500 mm） 一般地段施工作业带宽度为20 m。 修改后的设计方案得到了滞洪区主管部门的批复认可[3]。

3 设计方案修订的效果分析

相较于原设计方案两种不同规格管道埋深5.3 m （DN700 mm）、 5.1 m （DN500 mm）， 方案修订后管道埋深有较大幅度缩减， 项目在投资、 安全、 质量、 后期运维等方面都取得较好的效果。

投资方面， 埋深减小后， 一是土方量从324.59 万m3减为74.5 万m3， 按土方开挖、 回填9 元/m3计算， 节省投资约2 250.81 万元人民币；二是减少钢板桩9 752 t， 节省投资约1 582 万元人民币； 三是征地从3.039 km2减少为1.517 km2， 整体减少1.522 km2， 节省投资约4 564 万元人民币；合计节省投资约8 396.81 万元人民币。

安全方面， 原设计方案管道埋深达到5 m以上属于危险性较大的分部分项工程（深基坑工程）， 深基坑工程将产生以下安全风险： ①基坑开挖过程中， 由于临边防护缺失， 造成人员高处坠落； ②基坑开挖过程中， 因基坑边缘堆载、 放坡过陡及支护、 降排水不到位引起的基坑坍塌事故； ③深基坑开挖等过程中， 因违反操作规程造成的机械伤害事故； ④因为深基坑开挖施工难度大， 临电设施复杂且保护措施不完善导致的触电事故。 埋深减小至5 m 内， 管沟开挖、 下沟、回填不再属于危险性较大的分部分项工程（深基坑工程）， 将大幅度减少上述安全风险。

工期方面， 埋深减小后， 土方工程量减少近80%， 同时不需再采取钢板桩支护及降水措施进行管沟开挖、 下沟和回填， 综上计算， 管道埋深调整后共计节约工期约70 天。

质量方面， 按照原设计埋深进行管沟开挖、 下沟、 回填， 因地下水位较高需用到钢板桩支护及降水措施， 施工难度较大， 工人操作吊管机进行管线下沟时易出现管道碰撞及防护层划损等质量问题，同时沟下焊作业因沟底潮湿容易造成焊接质量隐患； 埋深减小后， 管道碰撞、 防护层划损、 潮湿引起的焊口不过关等质量问题将大幅度减少。

后期运行方面， 管道运维会进行开挖检验、漏磁检测、 改线改管等作业， 由于管道埋深降低， 后期运行维护成本、 工作难度将显著降低。

4 结束语

按照修订后的滞洪区埋深设计方案， PH 线已经全面开工， 滞洪区段水位很浅， 挖深约1 m就出水， 由于管道挖深大幅度降低， 在相应的降水措施下， 管道安装顺利， 投资、 用地减少， 安全、 质量可控， 也有利于管道后期维护， 主体线路将于2022 年底贯通并于2023 年按期投产。 PH线滞洪区段管道设计埋深研判案例， 对类似油气管道项目穿越滞洪区设计方案以及修订设计规范有一定的指导意义。