河沟谷区管道敷设方式和地质灾害的关系探析

刘小晖，张满银（通讯作者），王得楷，孙志忠

（1.中石油西南管道公司兰州输油气分公司，兰州 730000；2.甘肃省科学院 地质自然灾害防治研究所，兰州 730000；3.兰州大学 环境遥感与地质灾害研究中心，兰州 730000）

管道地质灾害是在自然地质或人为（或综合作用）作用下形成或诱发的，并对管道及其附属构筑物的安全、社会经济以及环境等造成破坏和损失的地质作用（现象）［1]。国内外对管道地质灾害的研究［2－10]，一方面集中于对埋地管线进行荷载力方面的力学分析；另一方面专注于管道风险管理和评价，倾向于事故前控制。在地质灾害防治的影响下管道地质灾害的防治随着管道的发展而发展，但直至今日仍未形成比较系统的防治体系，而是依托于传统的地质灾害防治而存在。对于管道地质灾害的发育机理以及防治措施，则主要集中于某某管线沿程地质灾害的相关研究，鲜有系统研究“河沟谷区管道地质灾害和敷设方式关系”；同时，对不同管线地质灾害危险度识别区划结果均显示，地质灾害危险度高的区段多为河沟谷地区，管道地质灾害在河沟谷区呈现出发育密度高、对管道的威胁较大、灾害后果较为严重等特征，藉此，本文对管线穿越河沟谷地带时不同敷设方式与地质灾害发育程度间的响应机制进行初步探讨，以期对管道地质灾害发育分布机制有更深入、系统的认识，也将对管道穿越河沟谷阶地带时建设期的选线和运营期地质灾害的防治等工作产生一定指导意义。

1 河沟谷区的定义和主要敷设方式

根据相关文献对河谷和沟谷概念的界定［1－15]，结合我国油气长输管道所处的特殊地质地貌、地层岩性、气象环境条件和管道地质灾害发育及其对管线安全影响的风险等级等情况，作者本着以管道及其附属设施的完整性和最大安全性为原则，将河沟谷区定义为管线穿越于构造侵蚀山丘区、黄土沟壑区的天然河道、沟道以及排洪道，以及管线穿越冲洪积、湖积等山前倾斜平原区、戈壁荒漠区和湖相沉积的各种盆地中以及高山草甸（冻土）区、人工灌溉农田区现状水力侵蚀最大下切宽度大于50 m、深度大于1.0 m（管线埋深一般大于1.4 m）局部具有天然汇水条件（槽形洼地）或固定冲刷侵蚀路径的冲沟，以及人工引水、排洪（水）未加防渗铺衬的河渠等微地貌类型。

长输管道穿越河沟谷地带时，与河沟谷的相对空间关系一般有“交切”或“平行”两种模式。根据管道在河谷和沟谷横断面上的相对位置不同，交切方式又可分为穿越和跨越两种类型。其中穿越分为斜穿和横穿，即管线与河谷之间以一定夹角（斜穿时45°＜α＜90°、横穿时α≈90°）穿过河道向目的地继续延伸的敷设方式（图1）；跨越是指管线横跨河沟道两岸，标高在洪水线以上通过新建管桥（或缆索管架）、或在已建桥梁侧面（或底面）依附性通过的敷设方式。

平行通常是指管道以一定夹角（0°≤α＜30°）顺河沟谷走向于谷底或谷坡（阶地）或山脊（墚）上沟埋敷设。根据管道与沟岸的空间位置关系，平行沟谷敷设还可细分为顺河沟凹岸边谷坡（阶地）敷设、顺河沟凸岸边谷坡（阶地）敷设和顺河（沟）道谷底河漫滩或河床敷设等多种类型（图1、图2）。

图1 管道沿河沟谷不同敷设方式示意平面图Fig.1 Different methods for pipe laying

图2 管道平行河沟谷敷设方式断面示意图Fig.2 Valley－paralleling pipe laying

2 涩宁兰管线概括和研究区选择

涩北－西宁－兰州输气管道（简称“涩宁兰输气管道”）由一、二线两条输气管道组成，两条管道基本并行或伴行，长度总计1 983.89 k m，其中一线1 062.49 k m（含支线131.2 k m），二线921.4 k m。西起青海省柴达木盆地东部的涩北一号气田，沿线经过青海、甘肃两省共20个县、市（区），最终连接至甘肃省兰州市西固区。涩宁兰输气管道解决青海气田天然气外输问题；也将涩宁兰管道与西气东输管道、长宁输气管道连接起来，实现了我国西部的青海气田、长庆气田、塔里木气田三大主力气田的联网，是一项重要的能源供给工程，也是我国“九五”计划期间的十项重点建设工程之一。

本文从探讨管道地质灾害的发育特征和防治的重要性和强迫性等角度出发，也为保证研究的连贯性和系统性，论文选取管线K670～K932段共计长约262 k m作为研究对象，即涩宁兰输气管道日月山至兰州末站段，分别占全线总长和全线河沟谷地段的28.11%和63.43%。

3 研究区河沟谷区

按照以上对管道工程沿河沟谷地区不同敷设方式的划分，经现场调查确认，研究段管道穿越河沟谷地区基本均为沟埋敷设穿越，跨越敷设段很少（累计长度不超过1 k m），故论文中不单独对跨越敷设进行专门分析研究。经统计，管线交切穿越段累计总长度为4.0 k m，穿越单条河（沟）道的长度一般介于10～300 m之间。其中，穿越河沟谷宽约100 m左右时多为横穿，200～300 m间的较大型河沟谷时多为斜穿。管线交切河沟谷穿越长度占管线沿河沟谷段穿越总长度（262.0 k m）的1.02%；其余敷设于河沟谷段的管线均为平行穿越，累计长度约有257.6 k m，占河沟谷段敷设长度的98.32%，占管线总长的27.64%。其中，平行于谷底顺河床和河漫滩地带穿越段长9.7 k m、沿谷坡和阶地带穿越段长174.6 k m、沿谷缘和山脊山墚带穿越长73.7 k m，分别占管线沿河沟谷地带穿越区长度的3.70%、66.64%和28.09%，详见表1。

表1 河沟谷地带管线不同敷设方式统计表Table 1 Statistical table for different pipe laying methods in ravines and river valleys

表2 研究区管道不同敷设方式下地质灾害风险等级评价表Table 2 Risk scale of geo－hazards

研究区交切的管道长4.0 k m，共发育管道地质灾害76个，发育密度为19个／k m；平行的管道长257.9 k m，发育管道地质灾害86个，发育密度为0.34个／k m，所以交切时敷设发育密度要远远大于平行时敷设。

图3 研究区管道不同敷设方式下地质灾害风险评价对比图Fig.3 Comparison by risk evaluation

管道地质灾害点的风险等级除与所处自然地质环境因素有关外，还受管道敷设方式的影响制约，采用“定性分析为主，定量评价为辅”的原则，不同敷设方式下管道地质灾害的风险等级评价结果见表2和图3。由评价结果可知，交切河沟谷敷设中管道地质灾害风险以较高－中－较低型为主，管线安全性较差。平行河沟谷谷底敷设时遭受管道地质灾害的风险级别为高；平行谷坡敷设中呈高－较高－中－较低型，且以较高－中型为主导；平行谷缘敷设呈高－中－较低型，且以较低为主。由此对比说明研究区管线平行敷设时沿谷底埋穿越时可能遭受管道地质灾害的类型复杂，风险级别分布从高到较低均有，总体上以风险级较高－中型为主，管线安全性较差。而当管线沿谷缘沟埋穿越时其遭受的管道地质灾害类型较之谷坡单一，风险级别以较低为主，管线安全性较好。

综上对比分析，研究区沿程发育的管道地质灾害风险等级自高到低均有分布，但总体上呈较高－中－较低型、且以中占主导。说明管线安全性一般。一般地，地形变差大、坡度陡、人类工程活动强烈的地区其风险级别会明显增大；同时交切敷设横斜穿沟谷，其风险相对较大，呈较高－中－较低型；平行敷设中以沿谷缘穿越时风险级别最低；而管线平行谷底顺河沟床敷设其遭受水毁、崩滑流、人类工程活动等管道地质灾害的风险达最高。因此，单从风险控制角度来说油气长输管道在类似自然地质环境中选线时，建议以平行河沟谷敷设为主，且尽量考虑沿谷缘山梁带敷设穿越为最佳。

4 结论

（1）管道地质灾害危险度高的区段多为河沟谷地区，管道地质灾害在河沟谷区呈现出发育密度高、对管道的威胁较大、灾害后果较为严重等特征。

（2）河沟谷区为管线穿越于构造侵蚀山丘区、黄土沟壑区的天然河道、沟道以及排洪道等，以及管线穿越冲洪积、湖积等山前倾斜平原区、戈壁荒漠区和湖相沉积的各种盆地中以及高山草甸（冻土）区、人工灌溉农田区现状水力侵蚀最大下切宽度大于50 m、深度大于1.0 m（管线埋深一般大于1.4 m），局部具有天然汇水条件（槽形洼地）或固定冲刷侵蚀路径的冲沟，以及人工引水、排洪（水）未加防渗铺衬的河渠等微地貌类型。

（3）管道交切敷设的管道地质灾害的发育密度和风险等级远远大于平行管道敷设。

（4）单从风险控制角度来说油气长输管道在类似自然地质环境中选线时，建议以平行河沟谷敷设为主，且尽量考虑沿谷缘山梁带敷设穿越为最佳。

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