山西煤层气开发调整项目水土保持方案要点浅析

吕明波

(中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015)

引言

在山西省的“十三五”规划中，“以气化山西为引领，全力发展煤层气产业，推进地面煤层气与煤矿井下瓦斯抽采，实施煤矿瓦斯抽采全覆盖工程，积极探索煤层气多样式利用”是推进创新发展，着力加快转型升级的重要内容。目前，山西省已将煤层气产业列入首要的新兴产业之一，加速煤层气资源开发对于维护能源安全、改善能源主体结构、保护生态环境、加快经济又好又快发展具有重要意义。煤层气采气管线工程线路跨度大，线路比较长，管径粗，临时占地面积大，堆弃土方不集中且数量大，涉及范围广，如果不实施有效的防护手段，将会给沿线造成水土流失，并对生态环境造成破坏[1]。水土保持是人与自然活动形成的水土流失所采取的预防和有效治理措施[2]，是我国生态环境建设中的不可缺少的一部分。

因此，在项目动工之前，科学有效地编制水土保持方案，使水土保持工程和主体工程保持“三同时”，对保护煤层气采气管线沿线水土资源、维护地区生态环境具有重要作用。

1 项目及项目区概况

山西省某煤层气开发调整工程项目涉及4个乡镇。采气管线长125.68km，管沟采用倒退式开挖，施工便道利用管线占地，以机械施工为主，开挖断面呈矩形，开挖顶宽1.2m，管线做保温处理后，利用机械下放管线，进行直埋敷设。采气管线共穿越河流12次、穿越冲沟23次、穿越S331省道1次、穿越高速公路1次、穿越水泥路51次、穿越乡村土路36次。穿越河流和冲沟采用大开挖方式，穿越省道和高速公路采用顶管方式，穿越水泥路、乡村土路采用大开挖方式。当管线通过>10°斜坡时，分段设置了挡土墙、护坡进行防护。一般在坡度10°～25°，每隔10～15m设置1处；对于坡度在25°以上的斜坡，每隔8～10m装置1处。采气管线全线共设挡土墙226处、护坡26处。此外，项目还包括井场165座(利用原有井场7座)、新建井场道路30.0km、新建10kV供电线路52.50km。本工程总占地面积为131.37hm2，包括永久占地39.60hm2，临时占地91.77hm2。

采气管线所经过的区域地貌类型为中低山丘陵地貌，位于太行山西麓沁水盆地，地处山地丘陵地带，沟谷切割，基岩出露。地形较复杂，相对高差600m，海拔高度700～1300m。项目区主要土壤类型为褐土，褐土厚度一般25～30cm，项目区土壤质地属壤土。项目区植被类型为暖温带落叶阔叶林带，其中乔木以温性针叶林、温性针阔叶林为主；灌木以温性落叶灌木为主。根据项目区的地形地貌、土地利用现状、水土流失状况等，结合实地调查综合分析，项目区以轻度侵蚀为主。

2 采气管线施工工艺

管道施工采用人机相结合的方式，开挖的土、石、渣料暂时堆存在管沟作业带一旁，分层堆放，待管道装置完成后填平，先回填底层土，再回填表层土；另一侧放置管道和施工机械。管道采用汽车运输，管道堆放于管沟一侧，经焊接后用调管机整体铺设于管沟内，部分地段采用地下焊接，拐弯地段采取多样铺设、现场冷却、热煨弯头3种样式，达到管道灵活装置的条件。管沟开挖、堆土、管道施工装置的器具和施工人员现场活动，均在施工作业带范围内进行。

作业带开拓原则是能满足车辆和施工机械作业要求，所有施工作业都严格控制在作业带以内。作业带施工时间较短，管道焊接完成、管沟回填土之后，作业带就可以恢复治理，但是由于作业带被施工器械反复碾压，对原地貌和植被破坏非常严重，所以作业带是本工程主要防护水土流失的地域。

管沟采用单斗挖掘机挖掘，管沟分为土质管沟和土石质管沟。根据管道建设规定，土质管沟可利用开挖料回填，对石质管沟可通过机械将碎石破碎回填。管道穿越斜坡、陡坎和沟谷时，由于回填后的管沟已属于扰动土，易被冲刷，因此管道铺设完毕后，需增设水土保持措施。

3 项目水土流失特点

项目为线性工程，通过河道、道路等工程多，施工形式比较复杂。采气管线工程线路较长，沿途所经区域的地貌类型主要为丘陵，共穿越河流12次，包括穿越固县河10次、沁水县河2次；穿越冲沟23次；穿越S331省道1次；穿越高速公路1次；穿越水泥路51次；穿越乡村土路36次，特别是管道穿过丘陵区的高陡斜坡时，施工过程难题多，需布设施工临时便道。

管线分段动工，施工期很短。采气管线铺设采取分段落式施工方式，通常在完成100～300m的管线铺设后即进行管槽填平、地面整平，随后再开始下一阶段管槽的开挖工作，有些动工难度容易的地段，管沟回覆能在短时间内结束，开挖土石方临时堆存的时间很短。在局部地势起伏较大的地区、穿越沟道，动工非常难且危险，管沟开挖深度时间较长，开挖土石方暂时堆存时间较短。

项目临时占地大于永久占地面积。项目总占地面积为131.37hm2，临时占地91.77hm2，主要包括管线的施工作业带范围、穿过施工过程中的施工场地及施工道路等占地。

项目施工作业带范围大，暂时堆土量面积大，水土流失呈条形分布。采气管线长度为125.68km，管沟采用倒退式开挖，施工便道利用管线占地，以机械施工为主，开挖断面呈矩形，开挖顶宽1.2m，管线做保温处理后，利用机械下放管线，进行直埋铺设。施工前先将管线运至管线一侧，施工总占地宽度为8.0m。采气管线有4种布设方式：沿本项目新建井场道路布设，长度为30.0km，地下埋深1.0m，与新建井场道路重合，占地面积已经计入道路占地，不重复计算；沿原有道路布设，长度为76.55km，地下埋深1.0m，占地面积61.24hm2；沿山坡布设，长度为11.48km，地下埋深2.0m，占地面积9.18m2；沿河道布设，长度为7.65km，地下埋深2.5m，占地面积6.12hm2。

4 水土流失防治措施布局

根据工程所在地区生态环境条件及工程建设和生产特点，在分析主体工程设计中具有水土保持功能工程的基础上，通过现场勘查，提出防治分区措施布局，加强预防保护措施，形成完整、科学的水土流失防治体系。

4.1 挡土墙及护坡

挡土墙墙身采用M5水泥砂浆砌筑，M5水泥砂浆勾缝，毛石强度等级不小于MU40。挡土墙顶宽0.45m，坡比1∶0.4，墙高2.77m，基础埋深0.67m。护坡以M5砂浆砌MU20块石，护坡厚度0.25～0.3m，碎石垫层0.1m。

当管线通过>10°斜坡时，需要设置挡土墙、护坡进行防护。一般在坡度10°～25°，每隔10～15m设置1处；坡度>25°的斜坡，每隔8～10m设置1处。采气管线全线共设挡土墙226处、护坡26处。

4.2 土地整治及植被恢复工程

管线竣工后，对管线施工范围内等临时用地恢复原有地貌类型，原有占地类型为耕地的，恢复为耕地；原地貌占地类型为林地的，恢复为林地。恢复林地时，应需考虑管线中心线各一侧2m之内，不能栽植根系生长快的乔灌木，对于管线中心线2m之外的可以栽植乔灌木和种植草籽，使水土保持效果更佳显著。

水土保持措施之间彼此相协调，有时间顺序实施，一般先施工工程措施，再施工植物措施，工程措施一般在非主汛期施工，植物措施应以春秋两季施工。施工过程需植物措施在主体工程之后实施，随着有序施工调整，在项目施工期范围内有计划地实施水土保持措施，植被措施在后期要加强管理，以起到发挥最大水土保持效益。

工程中所栽植的乔木等大苗，须带土球起苗，在经过整地的栽植点挖坑，坑的大小要比苗根大，坑深要大于苗木主根尺寸，坑宽要大于苗木根幅，以使苗根舒展。挖坑时尽量将表土与心土分别堆放坑旁，苗木要求栽植在坑中央，栽植深度均要求超过根颈3～5cm，栽苗时先回填表土后回填心土，分层压实，使土壤与根系紧密结合。穴面修整成下凹状，以利于储存水。压实后，坑表面再覆上一层虚土或撒上一层枯枝落叶，以保护土壤水分。对大规格苗木填土后还需树立支柱，以防灌水后土软树歪和被风吹而动摇树根，影响成活。苗木定植后，应即刻灌水，使根系和土壤紧密相接，其后每隔3～5d连浇数遍，方可成活。

4.3 编织袋装土围堰及密目网苫盖

为了减少降水冲刷导致表土损失，对开挖土四周布设编织袋装土围堰措施。共需编织袋装土量为90.0m3。

施工过程中，方案新增对未开工管线开挖土料采取临时密目网苫盖措施进行防护，以减少临时堆土随风扬尘和产生侵蚀，采气管线共需密目网苫盖10050m2。

为缩短开挖土方的临时占地和堆存时间，施工工艺要分阶段动工，实时清理施工现场，完成一处立即清理一处；对开挖土进行密目网苫盖及洒水降尘等措施。

5 水土保持效益分析

通过采用有效的工程措施和植物措施相结合后，本方案水土流失防治效果方案值大于指标值，效果非常明显。管线区、施工临时用地、施工临时便道等均恢复了原有地貌，很大限度地恢复和改善了生态环境。

表1 水土流失防治效果表

6 结语

大力扶持利用煤层气，加速形成从煤层气技术研发、勘探、抽采、输送、压缩、液化、化工、发电、汽车用气、民用用气等完整的产业体系，把煤层气综合利用产业培育成为全市新兴支柱产业。“十三五”规划中指出，逐步降低煤炭消费比重，继续实施“气化晋城”战略，加大地面煤层气开采和井下瓦斯抽采力度，加快煤层气输配系统建设，扩大煤层气在工业、交通运输业、居民生活和农村等领域的应用是十分必要的。

水土保持方案的编制有效地执行了《中华人民共和国水土保持法》的规定，是减少人为造成水土流失的重要方法，通过分析煤层气项目的水土保持方案案例特点，归纳出类似项目的水土流失特点，有目的性地提出了治理水土流失的有效防治措施，将有效地控制和改善水土流失现状，使“三大效益”发挥显著的作用。随着煤层气产业的迅猛发展，采气管线建设过程中带来的水土流失防治问题将更加突出，所以建设项目要从施工占地面积、开挖土石方量、施工和工艺等源头上治理好水土流失问题，同时对后期的水土保持措施的优化，提出更加有效的治理措施。后续需要更加深入的研究，以有效的方式处理类似建设项目带来的水土流失问题，从而维护水土资源和生态环境的可持续利用及可持续发展。