输油管道工程特征及其水土流失防治措施——以平原区和丘陵区为例

陈 兰,周鸿基，刘纪根,王一峰,牛 俊

(1.长江科学院 水土保持研究所，武汉 430010；2.长江水利委员会 水土保持局，武汉 430010)

输油管道工程特征及其水土流失防治措施
——以平原区和丘陵区为例

陈 兰1,周鸿基2，刘纪根1,王一峰1,牛 俊1

(1.长江科学院 水土保持研究所，武汉 430010；2.长江水利委员会 水土保持局，武汉 430010)

为了在输油管道建设过程中采取合理的水土流失防治措施，减少水土流失，对输油管道工程的项目组成、施工组织进行了分析，重点介绍了一般管道敷设和穿越公路、铁路、河流段管道敷设施工工艺。在平原区和丘陵区作为一级分区的基础上，将输油管道工程分为管道作业带区、穿越工程区、站场阀室区、施工便道区和施工生产区5个防治分区。对分段管道的防治目标值加权平均得到工程的水土流失防治目标值，在此基础上分别确立了平原区和丘陵区输油管道工程的水土流失防治措施体系，分析工程措施、植物措施和临时措施的特点，因地制宜地采取合理措施来减少输油管道工程建设过程中的水土流失。研究成果为输油管道工程的水土流失防治措施提供了参考依据。

输油管道工程；水土流失；施工组织；施工工艺；防治措施

1 研究背景

输油管道工程作为典型的点线结合工程，管道敷设过程中会扰动和破坏地表植被，造成土地裸露，加重管道沿线的土壤侵蚀和水土流失，影响区域生态环境的可持续发展。随着我国经济的快速发展，能源需求的急剧增长，输油管道敷设量与日俱增[1]。输油管道敷设过程中对沿线自然和生态环境造成了一定的影响，尤其是施工过程中的水土流失影响将愈加显著[2]。

本文对输油管道工程的项目组成特点进行了概括，分析了输油管道工程水土保持施工组织和施工工艺，重点对平原区和丘陵区输油管道工程水土流失防治措施的总体布局和措施类型进行了研究，为今后原油管道工程编制水土保持方案提供参考和依据。

2 输油管道工程特征

2.1 项目组成

输油管道工程一般由输油管道、穿越工程、输油站场、截断阀室、标志桩与警示牌、道路工程和通讯配套工程组成。工程建设总体呈线状分布，且包含一定的点型工程(站场阀室)，工程永久占地约为总占地的4%[3]，临时占地约为96%左右，包括管道作业带、各类穿越工程的施工场地、施工便道等，大部分临时占地可恢复为原地貌或撒播草籽绿化，临时占地的可恢复性较高。

2.2 水土保持施工组织

管道敷设采取滚动向前施工的方式，分段施工，工期一般为1～3个月，穿越工程施工期约为半年，站场阀室施工期约为1～2 a，为了减少水土流失，应尽量避开雨季时段施工。

输油管道工程施工生产区沿线采取租用民房的方式，施工生产区采取施工单位在管道作业带附近区域租地自建方式解决。站场阀室的施工生产区布置在围墙外空地。施工生产区包括管材堆放场、碎石场地、管道焊接场地、砂浆(混凝土)搅拌场地、临时停车场等。

沿线每隔10 km设1处小型施工生产区，每隔50 km设1处大型施工生产区。穿越工程在定向钻穿越河流、养殖塘、公路铁路处，顶管和预埋套管穿越公路处各设置1处施工场地。施工过程中根据管道沿线的交通需求，在现有公路不能到达的地段修建施工便道。

管道敷设过程中会产生大量临时堆土，为减少土方倒运、方便下管后的土方回填作业，临时堆土区布置遵循就近集中堆放的原则，管道作业带内剥离表土和管沟开挖土石方分开并集中堆放于管沟一侧，采取临时防护措施。堆土场地在征地范围内沿管道呈带状布置，在方便临时堆土的同时，利于管沟回填作业。在该段管道施工结束后，及时回填相应的土方，避免水土流失。管道作业带临时堆土示意图见图1。

图1 管道作业带临时堆土示意图Fig.1 Schematic diagram of pipeline operation with temporary soil pileup

站场阀室区域的表土和基坑开挖土方堆放在施工生产区内设置的临时堆土场，穿越工程临时堆土堆放在相应的施工场地范围内，对于临时堆土应采取临时防护措施。

2.3 施工工艺

2.3.1 站场、阀室

站场阀室施工步骤为场地平整前，先进行表土剥离并设置临时防护措施进行防护，防止雨水冲刷侵蚀。场平工作一次性完成，基坑开挖采用机械和人工相结合的施工方式，施工结束后及时回填基坑和平整场地。

2.3.2 管道敷设

管道埋深应根据管道稳定性要求、冻土层深度、沿线农田耕作深度，结合沿线地形和地质条件、地下水位情况及未来可能的建设施工等因素确定。根据地方对油气管道敷设埋深要求，管道设计埋设深度一般段为管顶覆土1～1.5 m。管道沿线大部分为农田，施工作业带宽度为16～20 m，施工前应对管道作业带范围内的耕地、林地、园地、草地等地段进行表土剥离，并堆放在施工作业带一侧保存，当管道作业带施工完成后，进行表土返还。

2.3.2.1 管沟开挖

管沟断面为倒梯形，沟底宽度根据管径、土质、施工方法等确定，一般为“管外径+0.6 m”并取整数。管沟边坡坡比一般视地质情况而定，约为1∶0.67～1∶1.5。

在耕作区开挖管沟时，表土应靠作业带边界线堆放，下层土应靠近管沟堆放。山前冲积平原地段管沟开挖应防止洪水对管沟的冲刷，管沟开挖与管道组对、焊接、下沟、回填紧密结合，滚动向前施工，回填后应及时进行水工保护施工。石方段管沟宜采用松动爆破的方法进行开挖，以减少远距离运土回填工作量。

2.3.2.2 管道下沟

当管道采用沟上组装焊接完毕时，应及时分段下沟，一般地段宜5 km为1段。1个作业(机组)施工段，沟上放置管道的连续长度不宜超过10 km。管道下沟宜使用吊管机，严禁用推土机或撬杠等非起重机具下沟。

2.3.2.3 管沟回填

管道下沟后应及时进行管沟回填，特别是人口密集区及交通、生产的重要区域。耕作土地段的管沟应分层回填，将表面耕作土置于最上层。石方段管沟，应先在管沟垫200 mm细土层，细土应回填至管顶上方300 mm。

2.3.2.4 丘陵段的管道敷设

管线沿山坡顺坡敷设时，应设置截水墙和排水沟；坡度大的地方每隔一段距离用钢板桩，防止管沟土下滑。管线横坡敷设时，应把管道埋在稳定的岩土层中，并根据实际情况设置护坡和挡土墙以及截水沟等，在施工作业带下山一侧采用临时护网或挡墙拦截落下的散碎土和石头。开挖出的石方通过机械研磨等手段粉碎至粒径符合管沟回填和站场回填土的颗粒直径要求，最大限度实现土石方的综合利用。

2.3.3 河流穿越工程

大中型河流穿越采用定向钻施工工艺，小型河流、沟渠穿越主要采用开挖施工工艺。

2.3.3.1 定向钻施工工艺

定向钻穿越具有施工工艺成熟、工期短、不破坏原地貌、对周围环境影响较小、不受汛期水流影响、能保证管道的埋深、确保管道运行安全等优点，但定向钻穿越对施工条件也有一定要求，穿越点两侧地势需平坦，且有进场道路和足够的回拖场地。定向钻产生的泥浆应进行晾干等无害化处理，避免破坏生态环境。

2.3.3.2 开挖施工工艺

在大开挖穿越河流的时候，需要修建钢板桩围堰进行导流。在河中水流量不太大的情况下，在正常河道的一侧另挖一条水道，把水引至水道，然后筑一道围堰将原河床段穿越的区域围起来，在围堰中开挖管沟、焊接管道，并将管道穿越过这段河道；然后拆除围堰，使河水回到原河道中，再用围堰的方法施工另一半河床，最后完成穿越。

2.3.4 公路、铁路穿越工程

对于铁路穿越采用定向钻、顶箱涵施工工艺，高速公路及等级公路在穿越长度100 m以上时，采用定向钻穿越；穿越长度小于100 m时，采用顶管穿越；县乡水泥路或沥青道路采用顶管穿越；小型乡村土路、砂石路采用开挖方式穿越。定向钻施工工艺同前。

2.3.4.1 顶箱涵施工工艺

首先进行施工放线，其次架立箱涵底板钢筋和外模，浇筑混凝土。

2.3.4.2 顶管施工工艺

施工前开挖工作坑，将设备安装就位，吊装套管，使用千斤顶顶推套管，每顶进一段距离，退回顶缸，将挖土外运，加入套管并更换顶管后继续顶进，循环作业至套管顶置接收坑；最后拆除设备，清理套管内余土，进行主管穿越。

2.3.4.3 开挖施工工艺

在开挖穿越道路时，首先要在开挖路段的一侧修建临时道路，临时道路修建在管道敷设作业带中，以便于车辆临时通过。然后进行管沟开挖，开挖完毕后铺设管道，把管道封上头，然后回填，恢复路面，使交通流量回到原来的道路路线上，然后在进行向前开挖铺设管道并将两段管道连接起来，完成道路穿越。

3 平原区和丘陵区输油管道工程水土流失防治措施

3.1 防治分区

输油管道工程以地形地貌特征为分区依据，将工程水土流失防治分区分为平原区和丘陵区2个一级分区。在一级分区的基础上，以单项工程建设内容及施工工艺为分区依据，将水土流失防治分区分为管道作业带区、穿越工程区、站场阀室区、施工便道区和施工生产区5个防治分区。

3.2 防治目标

依据《关于划分国家级水土流失重点防治区的公告》，确定管道沿线途径的区县所属的防治区，再根据《开发建设项目水土流失防治标准》[4]，结合项目区降水量、土壤侵蚀强度等影响因素，分段确定工程建设类项目水土流失防治标准，最后根据分段加权平均值得到输油管道工程的水土流失防治目标值[5]。

3.3 水土流失防治措施

3.3.1 措施布设原则

根据管道沿线的自然环境和立地条件，输油管道工程的水土流失防治措施设计宜因地制宜、因害设防。同时应采取“点、线”结合的综合防治措施[6]，对于线型工程，可在丘陵区增加截排水和护坡等工程措施，适当对管道沿线地貌进行改造，通过削坡、设置挡土墙增加管道敷设区域的稳定性；对于点型工程，在站场阀室四周布设排水沟及顺接工程，进行乔灌草综合绿化，既能保证主体工程的安全，又能起到较好的水土保持效果。

3.3.2 措施布设体系

综合上述防治分区及其施工特点，在主体设计中已有水土保持功能措施的基础上，进一步全面提出完善的水土保持防治措施体系，形成完整的以工程措施、植物措施和临时措施相结合的水土流失防治措施体系。以某输油管道工程为例，平原区和丘陵区输油管道工程的防治措施体系如图2。

图2 平原区和丘陵区输油管道工程的防治措施体系Fig.2 System of prevention measures for oil pipelines in plain area and hilly area

3.3.2.1 工程措施

工程措施的布置主要是根据各防治分区的实际情况，在优先考虑水土保持效益的基础上，兼顾整个工程的布局和施工，并综合考虑时间、空间因素，满足相关规范要求。

输油管道工程在各防治分区中可考虑水土保持工程措施，主要有表土剥离、土地整治、表土返还、浆砌石框格格植草护坡、截排水沟、浆砌石排洪沟、浆砌石护岸等，各分区的措施布设见图2。

3.3.2.2 植物措施

植物措施的布设要因地制宜，选择适生植物品种，根据项目区立地条件和场地设施功能要求，同时结合管道工程的特点，合理选择乔木、灌木、草及花卉品种。

为避免植物根系对管道的破坏，管道中心两侧5 m范围内，只宜种植浅根性的植物，如牧草类植物或灌木。为与原生植被和谐，又能避免景观的单一性和植物群落的不稳定性，管道中心两侧5 m外管道作业带可种植当地适生的乡土乔木。站场阀室区可适当种植乔灌草，美化环境。

3.3.2.3 临时措施

工程施工过程中，应加强施工管护，尽量减少因施工产生的水土流失。合理调运土石方、安排施工时序，防止挖方过多堆积。临时堆土应集中堆放，并做好拦挡、排水设施，工程施工应按照方案设计程序挖土、堆放、填土，尽量减少临时占地。

输油管道工程在各防治分区中可考虑的临时措施主要有袋装土拦挡、苫盖、临时排水沟、临时沉沙池、泥浆沉淀池等，防治施工期间开挖面及临时堆土产生的水土流失。

4 结 语

本文研究了输油管道工程的特点，并对平原区和丘陵区输油管道工程的水土流失防治措施进行了总体布局，提出应采取工程措施、植物措施和临时措施相结合，统筹布设各类水土保持措施，形成综合防护体系，尽量减少管道工程建设中水土流失，最大限度地改善管道工程沿线的生态环境。

主要研究内容如下：

(1) 概括了输油管道工程的项目组成及其特点，分析了工程水土保持施工组织特点和施工生产区所产生的临时占地。

(2) 分析了输油管道工程站场阀室和管道作业带的施工工艺，对于管道敷设过程中的管沟开挖、管道下沟、管沟回填等施工工艺进行了阐述，重点介绍了穿越工程中定向钻、顶管和开挖施工工艺。

(3) 根据管道的施工特点和水土流失防止目标值，以某工程为例分别确定平原区和丘陵区的水土流失防治措施，并对工程措施、植物措施、临时措施的特点和种类进行了分析。

[1] 孙厚才，赵永军．我国开发建设项目水土保持现状及发展趋势[J]．中国水土保持，2007，(1)：50-52.(SUN Hou-cai,ZHAO Yong-jun.Current Situation and Development Trend of Soil and Water Conservation in Development and Construction Projects in China[J].Soil and Water Conservation in China,2007，(1) ：50-52.(in Chinese))

[2] 高 强，刘晓路，孙厚才．输油管道工程施工期水土流失特点及防治措施[J] ．人民长江,2009,40(16):85-87.(GAO Qiang,LIU Xiao-lu,SUN Hou-cai.Characteristics and Control Measures of Soil and Water Loss in Pipeline Project Construction Period[J].Yangtze River,2009,40(16): 85-87.(in Chinese))

[3] 中国石油天然气总公司．原油及天然气工程建设用地指标[K]． 北京：中国石油出版社,1993.(China National Petroleum Company.Crude Oil and Natural Gas Engineering Construction Land Index[K].Beijing: China Oil Press,1993.(in Chinese))

[4] GB 50434—2008，开发建设项目水土保持技术规范[S].(GB 50434—2008,Technical Specification for Soil and Water Conservation in Development and Construction Projects[S].(in Chinese))

[5] 刘淑燕，秦富仓，李洪禹．中石油深圳LNG 应急调峰站建设项目水土保持方案设计[J] ．中国水土保持,2013，(9): 32-34.(LIU Shu-yan,QIN Fu-cang,LI Hong-yu.Soil and Water Conservation Design of Shenzhen Oil Emergency LNG Peak Shaving Station Construction Project[J].Soil and Water Conservation in China,2013,(9): 32-34.(in Chinese))

[6] 黄一劲，柴宗新，刘淑珍.油气管线工程的水土流失特点与防治要点[J] ．中国水土保持,2008，(1): 42-43.(HUANG Yi-jin,CHAI Zong-xin,LIU Shu-zhen.Characteristics of Soil and Water Loss and Main Points of Prevention and Control of Oil and Gas Pipeline Engineering[J].Soil and Water Conservation in China,2008,(1): 42-43.(in Chinese))

(编辑：王 慰)

Engineering Characteristics of Oil Pipeline and Control Measures forSoil and Water Loss： Case Study on Plain Area and Hilly Area

CHEN Lan1,ZHOU Hong-ji2,LIU Ji-gen1,WANG Yi-feng1,NIU Jun1

(1.Soil and Water Conservation Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China;2.Bureau of Water and Soil Conservation,Changjiang Water Resources Commission,Wuhan 430010,China)

The aim of this research is to reduce soil and water loss by taking appropriate countermeasures during the construction of oil pipeline projects.The composition,construction organization and techniques of oil pipeline construction are analyzed.The techniques of laying ordinary pipeline and pipelines crossing highway,railway,river are introduced in emphasis.Moreover,pipelines in plain area and hilly area are partitioned and are further divided into 5 sub-zones (pipe laying zone,crossing zone,station and valve chamber zone,construction road zone,and construction zone).The objectives of soil and water loss are determined by the weighting of objectives of each segment.On this basis,systems of different countermeasures for hilly area and plain area are established,and the features of engineering measures,plant measures,as well as temporary measures are analyzed.Appropriate measures are adjusted according to specific local conditions.This research is a reference for the control of soil and water loss for oil pipeline project.

oil pipeline project;soil and water loss;construction organization;construction technology;prevention and control measures

2015-01-16;

2015-01-20

国家自然科学基金项目(41001166，41101260);长江科学院创新团队资助项目(CKSF2012052/TB)

陈 兰(1988-)，女，湖北天门人，助理工程师，硕士，研究方向为水土保持规划与设计，(电话)027-82926205(电子信箱)chenlan1002@126.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.03.004

TE49；S157.2

A

1001-5485(2015)03-0015-05

2015,32(03):15-19