秦巴山区长输管道地质灾害发育特征及防治对策

杨卫涛 苏 东

1. 陕西省天然气股份有限公司, 陕西 西安 710016; 2. 中国石油工程建设有限公司, 北京 100120

0 前言

已建成运营的汉中至安康输气管道工程位于陕西省汉中市和安康市,线路全长235.1 km,设计压力6.3 MPa,年输气量4.82×108m3,全线共设场站6座,阀室10座,属重大生命线工程[1]。

该管线全部位于秦巴山区,途经汉中市汉台区、城固县、西乡县、石泉县、汉阴县及安康市汉滨区七个区(县),沿线地貌类型主要有冲积平原区、河谷盆地区、低山丘陵区及中山区。沿线地形复杂,沟谷深切,河流纵横,区域新构造运动较为活跃,岩土特性复杂,由于秦巴山区独特的地质、地理环境,导致区内地质灾害易发、多发[2]。

对该区域长输管道工程沿线地质灾害发育特征进行研究,并找出相应的防治对策,对于维护管道安全,保证管道正常运营,具有积极意义。

1 秦巴山区环境及地质条件

秦巴山区海拔1 000～3 000 m,地形条件复杂,在低山丘陵区与中山区之间分布着大量小盆地及山间谷地。

该区域在大地构造位置上属于秦岭褶皱系和扬子地台两个构造单元区[3],以阳平关-洋县深大断裂与饶峰-麻柳坝-钟宝区域性断裂为界,北侧属于秦岭褶皱系南秦岭褶皱带,南侧为扬子地台汉南古陆,受复杂的地质构造变动与内外地质应力的长期作用,褶皱断裂构造发育,岩浆活动频繁,变质作用广泛[4-5]。岩性复杂,主要出露的地层有元古代、古生代、中生代、新生代以及侵入岩体,岩土体类型有坚硬块状侵入岩类、较坚硬块状火山岩类、中～厚层坚硬碳酸岩类、坚硬～较坚硬中厚～厚层状碳酸岩～碎屑岩类、较坚硬薄层碎屑岩类、软弱薄层状浅变质岩类、软弱中厚层状碎屑岩类、膨胀土、黏性土以及碎石土类[6]。

该区域属于典型的大陆性季风气候,最大降雨量在 1 500 mm以上,由于独特的地理环境和地形地貌,该区域降水在时间及空间上分布不均的现象非常明显,勉县、汉滨区降雨量大,白河、旬阳降雨量相对较少,暴雨主要集中在7～9月,7 ～9月降雨量占全年70%以上,局部地区48 h降雨量可以达到300 mm以上。

该区域人口较多,由于没有足够的平地用于建设,因此道路建设、居民建房及城镇建设等人类工程活动开挖边坡后造成大量的高陡边坡和危崖,对自然边坡破坏较大。

由于秦巴山区独特的气象水文、地形地貌及地质条件,加上大量的人工活动,造成该区域滑坡、崩塌及泥石流等地质灾害频发[7]。

2 长输管道沿线地质灾害分布及发育特征

2.1 地质灾害分布

通过野外地质调查,汉中至安康输气管道沿线共发育地质灾害点57处,其中滑坡48处、崩塌8处、泥石流1处,分别占地质灾害点总数的84.2%、14.0%、1.8%。滑坡是管道沿线的主要地质灾害,且主要为浅层堆积体滑坡,广泛分布于中低山及丘陵的斜坡地带,斜坡多为上下陡、中部缓或上陡下缓的复合型斜坡,缓坡处多有村庄,附近有水田或旱地,且滑坡往往位于公路、田地上方坡体或屋后,多存在人工扰动坡脚影响[8]。汉中至安康输气管道沿线地质灾害分布情况见表1。

表1 汉中至安康输气管道沿线地质灾害分布情况表

2.2 地质灾害发育特征

汉中至安康输气管道沿线滑坡地质灾害多分布于中低山区斜坡缓坡带、江河两侧及沟谷出口。主要为浅层堆积层滑坡和岩质滑坡,厚度一般小于6 m,有少数6～20 m的中层滑坡。在沟谷陡坡和中低山山麓缓坡带多分布堆积层滑坡;在安康盆地、汉中盆地边缘山前地带斜坡位置多分布膨胀土滑坡;在千枚岩、片岩、板岩分布区域多为基岩滑坡[9]。

汉中至安康输气管道沿线崩塌地质灾害主要发育于坡度大于60°的斜坡地带,多为岩质崩塌,规模一般不大,以小型为主。

汉中至安康输气管道沿线泥石流地质灾害沟不发育,在石泉县发育一条流石流沟,沟道平缓处淤积严重,冲洪积物厚度较大;沟道陡降段沟床基岩出露,沟壁光滑。

3 典型地质灾害对管道的影响分析

3.1 典型浅层滑坡对管道的影响

汉中至安康输气管道沿线滑坡地质灾害主要为浅层滑坡,天然气管道管沟开挖深度一般2 m左右,管道本体整体基本处于滑体内。滑坡体的下滑会对管道产生巨大的拖拽力和冲击力,从而导致管道发生弯曲变形、拉裂甚至整体断裂等破坏,在管道走向和滑坡方向垂直地段,其破坏尤为明显,危害极大。根据滑坡作用下输气管道受力分析可知,管道本体一般无法承受滑坡的推力,因此当管道位于滑坡体内部时均应采取工程措施[10-12]。

汉阴县平梁镇西岭村H 39浅层堆积体滑坡隐患点滑坡体长50 m、宽60 m、厚2 m、体积6 000 m3、坡度30°、坡向243°[13]。坡体后缘为田地,前缘有宽约0.4～0.6 m 的错动,坡体雨水冲刷痕迹明显,中部坡体有多处串珠状小型落水洞。滑坡顶部为梯田,地形较缓,土质疏松有利于地表降雨下渗浸入土体;坡脚修建村道,开挖坡脚,增加坡体临空面;雨水浸入使土层处于饱和状态,自重增大,抗剪强度降低,同时该处场地土具微膨胀性,增加了坡体的不稳定性,现状稳定性较差。管道紧邻滑坡体西侧边界埋设,管顶埋深1 m,在该滑坡发生时可能使天然气管道露管、埋深不足甚至损毁[14-16]。H 39浅层堆积体滑坡影像和剖面见图1～2。

图1 H 39浅层堆积体滑坡影像图Fig.1 Landslide image of H 39 shallow accumulation

图2 H 39浅层堆积体滑坡剖面图Fig.2 Landslide profile H 39 shallow accumulation

3.2 典型崩塌对管道的影响

该区域崩塌对管道的危害程度相对滑坡较小,主要为崩塌落石对浅层埋设的管道冲击破坏,或者局部崩塌导致后方埋设管道暴露甚至失稳。

西乡县茶镇镇茶镇村三组B 06崩塌坡高30 m、宽50 m、厚1～2 m、体积 3 000 m3、崩向30°。坡体自上而下分5级台阶,平均坡度70°,台阶宽度1.5～2.0 m。岩性为凝灰岩,风化程度中等,坡顶为自然原始地貌,坡度10～15°,覆盖层厚约1.5 ～2.0 m,岩性为含砾粉质黏土,植被覆盖茂密,坡脚紧邻316国道。该崩塌体处于中低山丘陵前缘,具有明显的土岩二元结构,上部覆盖层为残坡积含砾粉质黏土及腐殖土,下部为中风化的凝灰岩。该边坡分级刷坡时已对原风化层进行清理,现状坡体大部分岩体整体完整性较好,但局部风化坡顶第四系覆盖层临空条件好,稳定性较差,已出现局部滑塌,坡面台阶有小面积崩塌堆积物。岩体节理裂隙发育,在降雨作用下裂隙水压力增大,同时人工开挖造成坡体临空,岩体稳定性降低,形成危岩,引发崩塌。天然气管线横向从坡体顶部埋设通过,距离坡顶最小水平距离3 m,管线埋深1.5 m,崩塌对管道危害程度大[17]。B 06崩塌影像和剖面图见图3～4。

图3 B 06崩塌影像图Fig.3 B 06 collapse image

图4 B 06崩塌影像剖面图Fig.4 Profile of B 06 collapse image

当管道上方有落石时,崩塌落石的冲击力可按式(1)计算。

(1)

Z=VR

(2)

4 典型地质灾害的预防措施

1)秦巴山区长输管道工程的选址及线路规划尤为重要,实施前对路线经过区域内地质灾害展开详细排查,尽量避开地质灾害影响区域。

2)穿越不稳定斜坡线路段需根据管道施工扰动的破坏预先采取必要的岩土工程措施,达到避免事故、减轻管道破坏的目的。如削坡减载、支档结构(挡土墙、抗滑桩、锚拉梁等)、滑动面加固(灌浆等)及必要的截排水设施。其中边坡工程中截排水设置最为普遍和有效,如导流防止地表水浸入滑坡体,渗沟排水疏导滑坡体中的地下水等,显著改善边坡土体力学性质,有利于破体的稳定性[18-20]。

3)管道设计应结合地质灾害破坏影响,在局部不利地段,选用延性大的管材,并适当增加管道厚壁,使管道能有一定的抵抗土体移动的能力。管道敷设时,避免与滑坡方向垂直以减小滑坡对管道的拖曳力,或结合浅层堆积体滑坡的特点,增加埋深使管道低于滑动面位置。

5 结论

本文通过对秦巴山区长输管道工程沿线地质环境条件、地质灾害发育特征以及典型地质灾害影响的研究,结合地质灾害特点提出了防治对策。通过分析和论述得出以下主要结论:

1)秦巴山区长输管道工程沿线地质环境条件复杂,滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害易发和多发,其中以浅层堆积体滑坡地质灾害对管线破坏威胁为主。浅层堆积层滑坡多分布于中低山区斜坡缓坡带、江河两侧及沟谷出口位置,其发育受地形地貌、降雨、岩土体性质及人类工程活动影响。岩质崩塌主要分布于中低山及丘陵地带高陡边坡地段,其发育受岩土体性质、风化作用及人类工程活动的影响。

2)管道敷设走向与滑坡滑动方向垂直或斜交布设的管道受滑坡地质灾害威胁大,可通过局部调整线路规划、实施岩土工程治理(挡土墙、抗滑桩、锚拉梁、灌浆、截排水等)、加强局部管道材质,以及适当调整管道埋深及布设方式等措施进行避灾、防灾、减灾。