长输管道工程水土流失特点及防治措施体系浅析

康玲玲，刘 坤，王泽元，杨 洲，董飞飞，孙 娟(.黄河水利科学研究院，河南 郑州 45000； .济南树人项目管理有限公司，山东 济南 50000；.华北水利水电大学，河南 郑州 4500)

长输管道工程水土流失特点及防治措施体系浅析

康玲玲1，刘 坤2，王泽元3，杨 洲3，董飞飞1，孙 娟1

(1.黄河水利科学研究院，河南 郑州 450003； 2.济南树人项目管理有限公司，山东 济南 250000；3.华北水利水电大学，河南 郑州 450011)

管道工程；水土流失特点；水土保持措施布设；防治措施体系

分析了长输管道工程基本特征，归纳出了管道工程水土流失主要有单位流失量不大但总量大、呈线状分布、类型多样、强度空间分布差异大、发生时段集中和存在潜在危害等特点。以铁岭—锦西原油管道复线工程为例，参考同类工程经验，综合考虑平原区和山丘区措施布设实际，在对主体设计中具有水保功能的工程进行分析评价的基础上，按6个二级分区设计了管道工程水土流失防治措施体系。

管道类工程包括输气管道、输油管道、输水管道、输灰管道和输矿管道等。在众多的管道工程中，输油、输气管道的距离最长，常称其为长输管道工程(以下简称管道工程)。该类工程输送距离远，空间跨度大，涉及范围广而复杂，以致工程建设造成的水土流失问题也相当突出。因此，分析该类型工程建设造成水土流失的特点并探讨其水土流失防治措施体系就显得十分必要。

1 管道工程基本特征分析

1.1 工程特征

管道工程设计、建设所涉及的内容与水土保持有着密切关联，甚至某些特征直接影响水土流失特点与危害，并决定防治措施的类型与布设。

(1)线路走向与长度。管道工程的走向与长度不仅决定着占地面积与施工难易度，还直接影响水土流失及其防治。在确定线路及走向过程中不仅需考虑沿线城市、交通、电力等建设现状与规划，以及地形地貌、水文气象、地质、地震等自然条件，还应避开城市水源区、军事设施、重点文物保护单位和自然保护区等区域。我国幅员辽阔，但油气资源分布不均，使得管道工程的长度达到几百公里甚至数千、上万公里，跨越多个行政区，经过不同地貌、气候和植被类型区。

(2)工程占地与土石方。首先，占地面积大。如陕京三线输气工程占地面积达3 225 hm2，新粤浙输气工程占地达25 063 hm2。其次，占地类型多样。由于线路长度大且走向不稳定等，所以这类工程占地基本涵盖了所有土地利用类型，如平原区多耕地，山丘区多林草地。最后，临时占地面积比例大。如陕京三线输气工程高达98.4%，新粤浙输气工程也达95.8%。

土石方的流向非常重要，工程建设动用土石方是导致水土流失的重要原因之一。管道工程有的土石方挖填量达几百万方至几千万方，甚至上亿方，如陕京三线输气工程达2 725万m3，新粤浙输气工程多达2.31亿m3，还有一定数量弃方和借方。管道工程大多土石方被就地利用与回填，永久弃渣量比较少，只有在管道经隧道穿越时，才产生大量弃渣。

(3)管道穿、跨越。管道工程不可避免地要穿越一些河流、公路、铁路，甚至翻越一些低矮山丘或穿越局部山体，这不仅增加施工难度，而且增加施工时间、增大扰动面积等。

(4)站场及附属设施。站场、阀室是管道工程的枢纽，一般位于起点、终点及中间转折点。通常选址于地势平缓区域，在选址中既要避开不良地质段，还应不占或少占耕地和保证有足够的施工操作场地。同时，应考虑交通便捷、供电、供水、排水及职工生活方便等条件。公用及附属设施包括通信、供电工程，维修抢修中心、标志桩、固定墩等，此类设施虽占地面积小，但实际上是工程顺利建设和安全运行的保证条件。

1.2 工程建设特点

(1)施工工艺流程复杂。尽管管道工程的施工时间并不算长，但所经历的阶段比较多，如有前期交桩、测量放线，早期场地清理、施工组织布置和管道运输、布管与防腐处理，以及管沟开挖、管道下沟或穿越，中期管线连通、土方回填、试压和水工保护工程及附属设施实施，最后是土地整治与植被恢复。

(2)施工作业带较窄，但线路长。施工作业带一般采用机械作业，主要是平整沟、坎、陡坡等。在整理施工作业带中，既要保护农田、果树、沟渠等生产设施，尽量少占耕地，还需保护地表植被和原状土，减少对农业生产的影响。作业带宽度按地形与施工工艺、机械而定，平坦地段大多≤18 m，起伏较大的地段大多6～13 m。

(3)管沟开挖与管道敷设动土量大。开挖管沟一般采用单斗挖掘机，特殊地段采用人工。开挖深度取决于农田耕作层、冻土与地下水深度、地形与地质条件、地面车辆荷载及管道稳定性要求等因素。管沟宽度根据管沟深、管外径和施工措施确定。开挖出的土方堆在焊接管一侧，且距沟边不少于0.5 m，堆积高度不超过1.5 m。在耕作区应将表层耕植土与下层土分开堆放，下层土放在靠近管沟一侧。每段管沟的开挖应与管道焊接、下沟回填紧密结合，施工完一段再开挖另一段。管沟回填时，先用细土回填至保温层以上0.3 m后，方可用原状土回填(先生土、后耕植土)；回填土一般高出地面0.3 m，故易形成管堤而改变地表水流，进而引起水土流失，因此需布设相应防护措施。

(4)穿越河流多且施工方法多样。穿越河流次数多且施工方法多样，主要有：①围堰导流法。将河流断航(流)，开挖导流渠，修筑围堰堤坝；在作业带两侧开挖排水沟、集水坑以排出渗水；清理河底淤泥，铺设土工布，保证河底承载力满足施工要求。②定向钻穿越法。较宽河流及部分铁路、公路穿越段采用定向钻穿越。该法具有工艺成熟、工期短、不破坏原地貌、扰动范围小、不受汛期水流影响、能保证管道埋深、确保运行安全，以及不易产生水土流失等特点。③大开挖水下牵引穿越法。该类穿越受河水流动、水文、地质条件影响大，且易产生较强的水土流失。④盾构法。该方法通过机械化、自动化作业直接为管道修建通道，并有速度快、扰动范围小、不受天气限制、不影响交通与航运及水土流失较轻等特点。

(5)公路、铁路穿越多且施工难度较大。为不影响交通运输，铁路和高等级公路多采用顶箱涵穿越方式，该方法占地面积少，影响范围小，但遇复杂地质条件时施工难度加大，造价较高。穿越低级别公路如乡村公路等，常因地形狭窄无法放置穿越设备而采用大开挖，这不仅易产生较强的水土流失，而且还需开辟绕行道路，以满足通车的要求。

2 管道工程水土流失特点分析

管道工程线路长，空间跨度大，涉及范围广而复杂，再加上各段施工工艺不同，扰动强度、临时堆土和弃渣量差异大等情况，造成各段水土流失特点不尽相同，但总体上可归纳为以下几点:

(1)单位流失量不大，但总量大[1]。管道工程作业带较窄，但线路长, 再加上穿跨越河流、公路、铁路等敏感区次数较多，管沟开挖临时堆土量大和局部弃渣多等，致使水土流失呈现出单位长度或局部量不大, 但总量很大的特点。

(2)呈线状分布[2-4]。管道工程为线性工程，工程建设对地表的扰动和植被的损坏均呈窄长形，其造成的水土流失也呈线状分布。

(3)类型多样[5]。沿线气候、地形、植被、土壤等存在差异，导致施工区土壤侵蚀类型多样，有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀等，由开挖、堆土、弃渣等而产生的水土流失也呈现出类型多样的特点。

(4)强度空间分布差异大[2]。管道工程施工工艺多样，各区、段的地形等自然条件不同，再加上扰动强度、堆土与弃渣的数量与形式差异甚大，导致工程建设所引发的水土流失的强度在空间分布上呈现不均匀、区段间差异大的特点。

(5)发生时段集中[4]。管道工程水土流失主要发生于雨季或风季的施工阶段，管沟开挖、土石方临时堆放、管沟回填，不仅破坏了沿线原地貌，而且改变了微地形，所产生的大量弃土、弃渣，在强降雨或强风作用下，都易发生强烈的水土流失。因此，该类工程的水土流失集中发生在雨季或风季的施工时段。

(6)存在潜在危害[6-9]。管道经过山地、丘陵、河谷等特殊地貌类型区时，开挖对边坡的破坏易引起崩塌、滑坡、泥石流等；当管道穿越河流，尤其以隧道方式穿越山体时，会产生较多弃渣，若将弃渣堆放在有较大流量的冲沟和河流两岸时，将直接威胁冲沟和河道行洪安全。

3 管道工程水土流失防治措施体系构建

构建防治措施体系是管道工程水土保持工作的重要部分，布设合理、可行的防护措施就能有效控制人为水土流失，最大限度地减少工程建设对生态环境的影响，并保证工程建设顺利进行和运行安全。为全面介绍管道工程水土流失防治措施体系，以铁岭—锦西原油管道复线工程为例，结合同类工程防治经验和研究成果，就管道工程水土流失防治措施体系进行分析讨论。

3.1 工程概况

该工程全部在辽宁省境内，沿线经铁岭市、法库县、新民市、黑山县、北镇市、凌海市、锦州市和葫芦岛市，有干、支线各1条。干线起自铁岭，止于葫芦岛，全长420.9 km；支线起自松山分输热泵站，止于锦州港，全长36 km；全线设站场9座，监控阀室14座、单向阀室3座及手动阀室5座。工程占地面积1 152.49 hm2，其中永久占地82.11 hm2、临时占地1 070.38 hm2。工程挖方695.92万m3，填方705.52万m3，借方12.12万m3，废弃2.52万m3。项目区有低山丘陵和辽河冲积平原两个地貌单元，土壤侵蚀有水力和风力两种类型，并以轻、微度水力侵蚀为主。

按地貌类型可将项目区划分为平原区和低山丘陵区两个一级防治区，再结合工程布局与施工工艺，可将两个一级防治区划分为站场阀室区(含进站路和近距供电线路)，管道作业带区，河流穿越区，公路、铁路穿越区，施工便道区，施工生产区等6个二级防治区。

3.2 分区防治措施布设

水土流失防治措施布设是在对主体工程设计中具有水保功能工程分析评价(以下简称“主体工程分析评价”)和综合考虑平原区和山丘区特点的基础上，结合同类工程经验，按上述划分的6个二级区分别进行。

3.2.1 站场阀室区

(1)主体工程分析评价。主体工程设计中虽然有工程护坡、排水、挡土墙、绿化等措施，但挡土墙不能被纳入防治措施体系，站场绿化也需要细化，为此补充以下措施：①剥离表土、集中堆放，并设拦挡、苫盖、排水和沉沙等措施。②在进站路两侧布设行道树，供电线路需要进行土地整治、植被建设。③区内及四周布设临时排水措施及沉沙池。④在空闲区按乔灌草布设植物措施，管道、储油罐区采用砾石覆盖。⑤山丘区站场及挖方边坡坡顶布设截水(洪)沟、植物或实施综合护坡。

(2)措施布设综述。剥离表土并集中堆存，布设装土编织袋拦挡，用彩条布苫盖并布设土质排水沟与沉沙池；按永临结合布设排水系统，道路(含进站路)两侧设行道树与浆砌石边沟，边坡撒播草籽。施工结束后，挖(填)边坡设工程、植物或综合护坡，坡顶设截排水沟，管道及储油罐区用砾石覆盖，空闲区进行土地整治、植乔灌草，供电线路进行土地整治、复耕或植被建设。

3.2.2 管道作业带区

(1)主体工程分析评价。主体工程设计中有表土剥离与土地整治措施，涉及低山丘陵区的还有工程护坡、恢复田坎、挡土墙、截排水等措施，除工程护坡、截排水可纳入措施体系外，需要补充以下措施：①沿线堆放的表土，用装土编织袋拦挡、彩条布苫盖。②对山丘区形成的较大开挖面，用彩条布苫盖。③在山丘区作业带上侧边，设截排水及顺接工程。④作业带5 m内复耕或撒播草籽，5 m外复耕或植乔灌草。

(2)措施布设综述。剥离表土，堆存于堆土区外侧下方，用装土编织袋拦挡、彩条布苫盖，在山丘区作业带上侧边设截排水沟及顺接工程，较大开挖面用彩条布苫盖、顶部设截排水沟。施工结束后，进行土地整治，回覆表土，5 m内复耕或撒播草籽，5 m外植灌乔草或复耕。

3.2.3 河流穿越区

(1)主体工程分析评价。主体工程设计中虽有截排水、围堰、泥浆池、护岸、防冲墙、河流护底、草袋水工、草袋围堰等措施，但除截排水可纳入防治措施体系外，还需要补充以下措施：①排水顺接工程和必要的表土剥离及回覆措施。②临时堆土、淤泥集中堆放并设拦挡、苫盖、截排水、沉沙等措施。③泥浆池回填、土地整治、回覆表土与复耕或林草措施等。

(2)措施布设综述。剥离表土并集中堆放，临时堆土和淤泥分别堆存，用装土编织袋拦挡、彩条布苫盖，设置截排水及顺接工程与沉沙池。施工结束后，恢复区内工程护坡，布设排水措施，回填泥浆池，进行土地整治，复耕或恢复植被。

3.2.4 公路、铁路穿越区

(1)主体工程分析评价。主体工程设计中已有恢复原有排水、路面硬化、土地整治等措施，除排水、土地整治可纳入防治措施体系外，还需要补充以下措施：①排水顺接工程，临时堆土设拦挡、苫盖及排水、沉沙措施。②表土剥离、回覆利用和作业区内排水、沉沙措施。③山丘区形成的较大开挖面，用彩条布苫盖，并实施综合护坡。④泥浆池回填、土地整治、回覆表土及复耕或实施林草措施。

(2)措施布设综述。剥离表土并集中存放，用装土编织袋拦挡、彩条布苫盖，布设排水沟、沉沙池；作业区内设排水、沉沙措施；山丘区较大开挖面用彩条布苫盖并实施综合护坡。施工结束后，恢复工程护坡及排水顺接工程，回填泥浆池，进行土地整治，复耕或恢复植被。

3.2.5 施工便道区

(1)主体工程分析评价。主体工程设计中仅有土地整治措施，还需要补充以下措施：①剥离表土，并集中堆存，用装土编织袋拦挡、防尘网苫盖，布设排水及沉沙池。②在山丘区填方坡脚布设拦挡措施，路堑边坡实施护坡及坡顶布设截排水措施。③按恢复原土地利用功能原则，回覆表土，复耕或进行林草植被建设。

(2)措施布设综述。剥离表土并集中堆存，用装土编织袋拦挡、防尘网苫盖，设置排水沟、沉沙池；路基两侧或一侧设排水沟，山丘区填方坡脚用装土编织袋拦挡，路堑边坡实施护坡及坡顶设截排水沟。施工结束后，进行土地整治，复耕或恢复植被。

3.2.6 施工生产区

(1)主体工程分析评价。主体工程设计中仅有土地整治措施，还需要补充以下措施：①表土剥离并集中堆存，用装土编织袋拦挡、防尘网苫盖，设置排水沟及沉沙池。②区内及周边设排水沟、沉沙池及顺接工程。③山丘区挖方边坡实施工程、植物或综合护坡，填方坡脚设拦挡措施。④在城市，施工生产区周边设彩钢板围栏。⑤按恢复原土地利用功能原则，回覆表土，复耕或进行林草植被建设。

(2)措施布设综述。剥离表土并集中堆存，布设装土编织袋拦挡，用防尘网苫盖并布设排水沟、沉沙池；区内及周边设排水、沉沙及顺接工程；山丘区挖方边坡实施工程、植物或综合护坡，填方坡脚设拦挡措施。施工结束后，进行土地整治，复耕或恢复植被。

3.3 防治措施体系构建

依据上述分区防治措施布设，构建水土流失防治措施体系框图(图1)。

图1 管道工程水土流失防治措施体系

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(责任编辑 孙占锋)

黄河水利科学研究院基本科研业务费专项(HKY-JBYW-2014-06)

S157.2

C

1000-0941(2017)01-0024-05

康玲玲(1966—)，女，河南郑州市人，教授级高级工程师，硕士，主要研究方向为水土保持。

2016-04-20