子洲县石化输气管道水土保持措施探析

刘 敏，文 洁

（1.子洲县水保生态检测站，陕西 榆林 718400；2.子洲县水资源工作站，陕西 榆林 718400）

1 概况

子洲县石化输气管线全长856 km，设计压力10 MPa，年输气量200×108m3。子洲县属大陆性季风气候，年均降雨量428.1 mm，多集中在7—8月[1]，年均风速2.8 m∕s，最大风速16 m∕s。子洲县西高东低，大部为黄土覆盖，沟壑密集，支离破碎，峁小梁短。项目区水土流失以水力侵蚀为主，水力侵蚀又以面蚀为主，土壤侵蚀模数为2 500～4 000 t∕（km2·a），属中度侵蚀区，而水土流失容许值为1 000 t∕（km2·a）[2]。

2 管道敷设分析

为了减少项目建设造成的水土流失，根据《输油（气）管道工程设计规范》（GB50251-2003）和《开发建设项目水土保持技术规范》（GB50433-2008）、《开发建设项目水土流失防治标准》（GB50434-2008）[3]，子洲县石化输气管道带占地宽度按照30 m 设计，在敷设和施工中最大化地减少扰动和占地，减轻水土流失。

2.1 一般地段管道敷设

管道采用埋地敷设为主，特殊地段也可采用土堤、地面等形式敷设，埋深一般应大于1.0 m 和最大冻土深度。石方地段管底应超挖0.2 m，并回填细土至管顶以上0.3 m；三、四级地区管顶最小埋深为1.2 m；河流大中型穿越管道，管顶埋设为最大冲刷层以下即河床稳定层以下1.0 m，管沟断面型式采用梯形。

2.2 特殊地段管道敷设

2.2.1 穿越经济作物段

为减少管道施工对经济作物的损坏，施工作业带宽度应尽量缩窄，宜采用沟下组焊方式减小施工作业带宽度[4]。本工程管道根据管径不同，确定通过经济作物区的施工作业带宽度宜压缩为12～16 m。

2.2.2 穿越水网及小型河流段

穿越水网及小型河流段含水量饱和、不易成沟、地基承载力小，应采取清淤、回填、打桩、压重等相应的稳管措施，将管线必须埋到冲刷及疏浚线深度以下，并及时做好水工保护，确保管道安全。

2.2.3 经过城镇街区及规划区段

经过城镇街区及规划区段需获得有关部门批准；在狭窄场地外组焊，沟下整体拖管就位，以缩小施工作业带宽度；管顶埋深不小于1.5 m；在管沟的管道上方加设警示带或混凝土盖板保护管道，地面警示牌按100 m间距设置。

2.2.4 管道采用土堤埋设段

管道采用土堤埋设时需根据地形、工程地质、水文地质、土壤类别及性质确定土堤高度和宽度，管底以下为黏性土时压实系数为0.94～0.97，管顶覆土厚度不小于0.6 m，土堤顶部宽度不小于0.5 m 且大于管径的2倍，边坡按规范要求确定。

3 管道穿跨越分析

管道穿越包括水域穿越，公路、山体隧道穿越和电缆、光缆穿越等。本项目分别采用了挖沟法穿越、定向钻穿越、顶管法穿越等方式，尽量减少地面扰动，有利于保持水土。

3.1 大开挖穿越施工工艺

对于水流量较小、冲刷不大的区段，可采用大开挖穿越施工工艺。开挖和管道就位前，采取排水降水措施，清除基底淤泥及杂物等，遇透水性较强地基时应做好防渗处理。对于管道经过中小型河流以及一般的沟渠，施工期尽量选择在枯水季节，采用围堰、导流开挖方式穿越。穿越中小型河流或水域的管顶埋深应在设计洪水冲刷或规划疏浚线以下大于0.8 m 处，若无冲刷或疏浚水域则应在河床底面以下大于2.0 m 处穿越。

3.2 顶管穿越施工工艺

顶管穿越是施加一定的压力进行掘进后跟进保护套管，顶进完成后再穿入主管的施工方式[5]。高速公路、一二级公路以及乡村公路均采用顶管法顶进混凝土套管进行穿越。顶管所用套管顶部距公路路面不小于1.2 m，距路边沟底不小于0.8 m。顶管法施工不产生泥浆。施工前，首先确定工作坑的位置。工作坑布置在顶管施工段两端，长宽深一般为4.5 m×4 m×4 m，一般布置在顶管段外侧5～10 m内，施工时间安排在非雨季。工作坑开挖形成的坑壁要及时进行支护，并利用坑壁土体作后背，后背土体壁面平整并与管道顶进方向垂直。顶管施工完成后，进行工作坑土方回填。

3.3 箱涵穿越施工工艺

管道穿越铁路或与铁路交叉时，可采用顶进箱涵穿越、顶进钢筋混凝土套管穿越或桥下开挖穿越的方式。管道与铁路宜垂直交叉，在特殊情况下交叉角不宜小于30°。管道与铁路桥梁交叉时，对管道采取防护措施后其交叉角可小于30°，防护长度应满足铁路用地范围外3 m 的要求。本项目穿越工程量按箱涵或桥下开挖穿越考虑。沿线穿越铁路共计3次，穿越长度60 m。

4 管道作业区水土保持措施

依据实地踏勘及1∶50 000 管道敷设总断面图，经调查量测统计，管线在该区敷设于平坦地段的长度约占总长的1∕3，横、顺坡长度比例为1∶2。依据管道在山地丘陵区布设情况分析可知，该区可能发生水土流失的环节和部位主要是施工期作业带表土剥离、横坡段管沟开挖与回填、开挖土方临时堆放、占压土地、扰动地表等。

4.1 工程措施设计

4.1.1 表土剥离与回覆

为了保护表土资源，表土剥离厚度控制在20～30 cm。横坡段作业带表土剥离宽度约为作业带宽度的1∕2（即上坡面开挖宽度），剥离的表土暂时先行堆放在横坡未开挖段，最终倒回作业带开挖回填区顶部备用，剥离长度共计24.52 km，表土方量88 254 m3；顺坡段按管沟开挖顶部最大宽度进行表土剥离，剥离长度共计19.03 km，表土方量40 748 m3。管沟开挖的表层土与深层土分开堆放，表层土堆放于外侧，深层土堆放于内侧。

4.1.2 土地平整与复耕

管道敷设施工结束后疏松作业带硬化表层，按照征占地类型，除各类耕地实施复耕外，其余全部实施土地平整，以利植被恢复。共平整土地19.35 hm2，复耕6.11 hm2。

4.1.3 护坡

该区管道敷设经横坡段因上坡面开挖边坡裸露，为预防水土流失，设计了边坡防护措施：开挖边坡陡于1∶1.5的实施工程护坡（边坡开挖高度大于8 m的采用拱形骨架护坡，小于8 m 的采用菱形骨架护坡），骨架以浆砌石修筑；缓于1∶1.5的直接采取植物护坡。依据现场踏勘，陡、缓边坡比例分别为30%和70%。其中，拱形骨架护坡长度10.2 km，挖土方51 024 m3，浆砌石15 307 m3，C20 混凝土1 531 m3；菱形骨架护坡长度2.94 km，挖土方14 709 m3，浆砌石4 413 m3，C20混凝土441 m3。

4.1.4 横、顺坡截排水工程

管道在横坡段敷设时，上坡面3 m 以外布设截水沟，拦截坡面雨季产生的径流，并在上坡面坡脚处布设排水沟排泄坡面水，最终分段排向与管线相交的天然沟道内，局部设计排洪明渠或消能顺接工程。截排水工程长12.26 km，挖土方31 686 m3，浆砌石22 186 m3。

管道在顺坡段敷设时，在每级横向挡墙顶内侧设计1 道横向排水沟，另沿作业带两侧或一侧设计纵向排水沟，最终各级横向排水沟汇入纵向排水沟并与天然沟道衔接，局部增设排洪明渠或消能顺接工程。截排水工程长2.45 km，挖土方9 316 m3，浆砌石6 570 m3。

4.1.5 管道水工保护

管道沿途经过山地、丘陵区较多，极易产生水土流失。根据沿线地形地貌和地质条件，按照各自特点分区域进行水工保护设计。

（1）顺坡敷设防护。管线顺坡敷设防护主要是对作业带范围内坡面进行防护，避免边坡、管沟遭受雨水冲刷，保持边坡整体稳定性和防止水土流失，保护管线安全，如图1 所示。主要的工程防护措施包括素土草袋护坡、植生带护坡、骨架护坡、喷浆护面、浆砌石护坡、截水墙、坡脚挡墙等。

图1 管线顺坡敷设防护

（2）横坡敷设防护。在横坡敷设防护中，要注意以下4点：①为减小坡面汇水对管沟的冲刷，横坡敷设一般在削坡坡顶及坡脚设置截排水沟，截排水沟可采用浆砌石、混凝土等形式；②开挖作业带上方坡面根据坡面地质情况，采用浆砌石护坡、护面墙、挡土墙、锚喷混凝土等方式进行防护，作业带下方一般设置浆砌石挡墙对堆弃的土石方进行防护，如图2 所示；③对于非岩石削方作业带，可采用预制混凝土框格、砌石骨架护坡内植草方式进行防护，对于顺管沟方向作业带在纵坡坡脚的截水沟应设置横向排水沟，将汇水排至作业带下方，沿管沟纵向参照顺坡敷设形式设置截水墙，并在作业带低洼处设置干砌石、浆砌石过水面，保护管沟及作业带；④若坡体较破碎或土质条件较差，为防止削方引起坡面坍塌或削方后出现局部垮塌，管线敷设可采用“浅挖深埋”的敷设方式，并在坡体上部进行坡面防护处理。主要防护形式可采用浆砌石护坡、挡墙等。

图2 管线横坡敷设防护

4.1.6 河流冲沟单元防护

（1）岸坡防护。管线穿跨越大中型河流、冲沟的防护采用100 a 一遇洪水设计标准，穿跨越大中型水域的防护在穿跨越单体中考虑，穿跨越小型河流、冲沟的防护采用50 a 一遇洪水设计标准。岩质段管沟回填土在水流冲刷作用下大量流失，所以对管沟岸坡采用浆砌石、现浇混凝土等护岸、挡墙结构进行防护，护岸高度按照设计防洪标准执行。土质段岸坡受水力侵蚀易垮塌，受河流态势影响较大，稳定性差；特别是河床条件差的地段，由于岸坡坡脚的冲刷容易造成护岸工程的失稳垮塌。河床较稳定段，可采用浆砌石、混凝土预制板进行护岸，护岸基础设置在局部最大冲刷深度以下不小于1 m 或嵌入基岩内；河床不稳定段，护岸结构可采用自身调节能力较好的草袋、模袋混凝土、石笼等形式，冲刷严重处护岸基础可采用石笼、混凝土联锁板护脚。两岸岸坡的防护宽度应在管沟开挖最大松动带的2 m 外，特殊情况地段防护宽度可适当加宽。

（2）河床防护。管道在河流滩地范围内敷设时，埋设深度要根据河流穿越位置的冲刷深度及河流防洪等级等综合确定。岩质河床防护时，管线埋入稳定基岩，采用混凝土浇筑管沟，既可以避免管沟受到冲刷，又可以避免管线受浮力、水流作用破坏；对于卵石、土质河床及河床表面砂砾层较厚的河床，管线应埋设在最大冲刷线1 m 以下，并设置混凝土配重块或配重压袋；对于流速较大的河流、冲沟，应考虑采取混凝土护管或采用大块石、干砌石、浆砌石、石笼进行护坦；对于冲刷严重的河床、沟床，在管线下游一定位置可考虑设置浆砌石、石笼重力式地下防冲墙。

（3）水网单元。对于管道施工破坏的水网地区的湖、塘、沟、渠堤岸可按照原结构恢复，对于土质岸坡可采用浆砌石护岸、混凝土预制板护岸、石笼护岸或木桩+草袋护岸等方式进行加强防护。对于沟、渠尤其是人工渠或带有人工护岸的沟、塘，可考虑加大管道埋深，同时为防止水网地带管线上浮，采用混凝土块稳管或配重压袋压载。山区长陡坡段由于管道管径较大，施工困难，线路设计时已尽量避让，无法避让的根据地质条件、坡度确定合适的截水墙结构、截水墙间距、坡面防护及合理布设横向、纵向截排水沟。

4.2 植物措施设计

4.2.1 作业带林草恢复

管道作业带原占地类型为林草地的，施工结束后管道中心线两侧各5 m 范围内植草，以外范围植灌种草恢复植被。作业带草种撒播，品种选用白三叶、早熟禾、狗牙根等，用量60 kg∕hm2；灌木配置品种为紫穗槐，栽植密度5 000 株∕hm2。作业带林草恢复面积79.46 hm2，草种4 768 kg，灌木39.73万株。

4.2.2 骨架植草护坡

该区管道敷设横坡段因上坡面开挖边坡裸露，开挖边坡陡于1∶1.5 的实施拱形骨架护坡，骨架护坡内植草，品种选用龙须草、早熟禾、三叶草等。植草面积8.83 hm2，草种530 kg。

4.2.3 坡面植草护坡

该区管道敷设横坡段上坡面开挖边坡裸露，为预防水土流失，开挖边坡缓于1∶1.5 的直接采取植草护坡，植草量60 kg∕hm2，品种选用狗牙根。植草面积13.24 hm2，草种794 kg。

4.3 临时措施设计

4.3.1 袋装土挡护

该区管道作业带范围内管沟开挖临时堆土采取袋装土挡护措施。其中，横坡段袋装土挡护布设于临时堆土的外侧坡脚处；顺坡段除外侧挡护外，还应在临时堆土底部增设横向袋装土挡护。袋装土挡护与管沟开挖同步进行，袋装土就地利用开挖表土，最终回填到管顶之上。袋装土尺寸80 cm×40 cm×30 cm（长×宽×高），作业带长度14 709 m，草袋土方量10 591 m3，草袋170 190个。

4.3.2 彩条布苫盖

管沟开挖临时堆放土方除外侧袋装土挡护外，设计临时堆土顶部采用彩条布临时苫盖。彩条布重复利用按5 次考虑，作业带长度14 709 m，彩条布41 185 m2。

5 结语

为了最大化减少项目建设带来的水土流失，通过分析探讨，在子洲县石化管道项目建设中，分别采用挖沟法、定向钻法、顶管法等进行管道穿越敷设，并采取护坡、护岸、水工防护工程以及植物和临时措施，可以有效减少项目建设带来的水土流失。