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          管道研究

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          油氣管道建設在平原沙土區的水土流失危害與對策研究

          來源:《管道保護》雜志 作者:武海峰 時間:2018-7-6 閱讀:

          武海峰

          西氣東輸管道公司管道工程建設項目部 

          位于長三角地區的江蘇省土地面積約10萬平方公里,其中平原沙土區面積約2萬平方公里。油氣管道在平原沙土區建設過程引發了農田地力下降、礦質營養元素流失、噴砂冒水、臨近河道堵塞、植被難以恢復等水土流失問題,從而增加了管道建設難度和管道運行隱患。目前,我國對水土流失嚴重的西北、西南丘陵山區等地的治理措施及效益研究較多,一些切實有效的措施也被應用到具體的項目中,但是對平原沙土區水土流失的研究卻很少。本文以如東-海門-崇明島輸氣管道項目實施過程為例(以下簡稱如海崇管道),分析研究了水土流失的成因、危害和治理措施,以期為油氣管道經過平原沙土區的水土保持治理工作提供借鑒。

          1 如海崇管道工程有關情況

          1.1 項目概況

          如海崇管道工程全長88.77公里,設計壓力6.3兆帕,管徑610毫米,采用X70直縫埋弧焊鋼管及加強級擠壓聚乙烯三層結構防腐層,沿線設計兩座場站、6座閥室。

          1.2 自然特點

          1.2.1 地質地貌與土壤

          如海崇管道工程經過的如東縣、濱海園區、海門市、崇明縣四個縣市級行政區域屬于長江下游沖積平原,出露地層為第四系粘土、粉質粘土、粉土及粉砂等,揭露地層為粉土、粉砂,局部夾粉質粘土薄層。管道沿線魚塘、水塘及河流多,地下水位較高,年平均水位約0.5m~0.7m。

          1.2.2 氣候與氣象災害

          屬于北亞熱帶濕潤性氣候區,四季分明,氣候溫和,光照充足,雨水充沛,多年平均降水量1020mm,無霜期長,常見的氣象災害有洪澇、干旱、梅雨、臺風、暴雨、寒潮、高溫、大風、雷擊、冰雹等,是典型的氣象災害頻發區。

          1.2.3 植被

          處于亞熱帶落葉闊葉林植物帶,地帶性植被屬落葉闊葉和常綠闊葉混交林。作業區主要農作物有水稻、小麥、油菜、大豆、棉花以及香樟、意楊、紫穗槐等四旁林,林草覆蓋約28%。

          2 建設區水土流失成因分析

          據測定,該管道建設區的平均水位在0.8m左右,土壤中的沙粒約占30%~40%,粉砂約占40%~50%,粘土約占10%~15%?偪紫抖刃∮50%,滲透系數1×10-6cm/s左右,土壤顆粒細小,結構松散。長時間形成的較為穩定的沙土區沙水結構在施工機械的外力作用下剪力破壞而“垮塌”,顆粒瞬間下沉而引起水壓,水分上升外流并帶走一部分粒徑較小的顆粒,氮、磷、鉀、鈉等礦質元素也隨之流失,導致地力下降。水分上升后顆粒下沉而使土壤受到“壓縮”。管溝開挖出的土壤大范圍裸露,加之雨水充沛,也會引起水土流失。土壤液化如圖1所示。

           

           

           

           

           

           

          3 平原沙土區水土流失危害

          3.1 降低土地生產力

          土地的耕作層一般為10cm~30cm,是農作物賴以生存的基礎。管溝開挖必然對土壤的層次、質地產生很大改變。油氣管道從焊接到下溝,從試壓到回填、地貌恢復,需要較長一段時間,而工程隊伍無論從技術上還是經濟上都無法實現對開挖土壤的保護。據測定,管溝回填完成后土壤中的有機質、全氮、速效氮含量均顯著低于非作業帶,表層土壤全磷含量也顯著低于非作業帶。施工作業對原有土體構型必然產生擾動,使土壤養分狀況受到影響,嚴重時使土壤性質惡化,甚至難以恢復,因而會對其上生長的植物產生影響。

          管溝開挖、機械碾壓不僅會破壞開挖土壤的結構,其產生的作用力還會使相鄰土壤的結構受到破壞,引發土壤液化、地表下沉,導致土壤的緊實度、塑性、通透性、蓄水能力、根系穿透能力等發生改變,從而影響植物生長。

          3.2 破壞生態環境

          管道作業帶一般寬為18m,管溝一般深1.5~2.0m,寬約1.1m~1.3m,施工機具進場、管溝開挖過程中會對原地生態產生擾動或破壞,損壞原來的水土保持設施,長時間的土壤暴露和雨水沖刷會加速當地水土流失,影響區域生態環境。

          3.3 影響河道功能

          管道沿線有長江、海門河、大洪河等數十條大中小型河流、河道和灌溉渠,如不進行合理的水土保持設計和施工,確保施工質量,施工過程中對土壤的擾動和液化不僅會加重水土流失,還會使河流邊坡受損、河床淤積、輸沙量增加,影響通航和灌溉。

          3.4 危及周圍建筑物安全

          大型施工機具的連續作業會引起大范圍土壤液化、地表沉陷,地面的傾斜、龜裂會影響周邊房屋、圍墻、大棚等的安全,帶來人員傷亡和財產損失風險。

          3.5 影響工程進度與安全

          由于地下水位高、土壤液化,作業環境成為“泥潭”,使施工機具移動緩慢,管溝開挖速度變慢、開挖深度難以維持良好的作業基準面,管道敷設作業、焊接、組口等都會受到不同程度影響,從而影響施工速度和質量。土壤流失后可能造成地基失穩,施工作業過程中就可能發生人員傷害、機具毀壞和周圍建筑物傾斜等情況。原土回填后,由于結構破壞,地表會發生沉降、滲漏,引起地基塌方,導致管道發生位移、變形,影響清管。另外,沉積的雜物和水會加速管道的銹蝕,影響管道安全和壽命。

          4 水土流失防治措施

          4.1 管道作業區

          (1)設計階段對管道沿線進行勘測,管道埋深要盡量避開高液化趨勢區。

          (2)施工前測定地下水位,對于地下水位較高的地段,作業面與非作業面應隔開,同時進行井點降水,降低作業面含水量并夯實地基。開挖過程要采取分層開挖、分層堆放,并將熟土層堆土遮攔起來,以保持土壤肥力。土壤液化區宜采用小型機械或者人工方式進行開挖,減少大型機械對作業區土壤的擾動。

          (3)合理安排工序、工期,因地制宜地控制作業帶寬度。避開雨季施工,作業完成后要及時進行回填和恢復。管溝回填應分層進行,接近地表層應混入約20%比例的粘土和一定的氮磷鉀肥,以保持土壤肥力;謴偷孛矔r要結合當地情況,及時進行植被的補種補植。

          (4)對臨近河邊、溝渠的特殊地段,應進行邊坡砌護,防止管溝開挖引起土壤液化和邊坡坍塌,造成水土流失。管溝處可采取板樁、沉箱、設置混凝土截水墻等措施進行截斷,防止土壤液化時增加管道側向應力,影響管道安全。

          4.2 場站和閥室區

          為防止建設期和運行期土壤液化對站場和閥室區的影響,在選址過程中要進行地質勘測,盡可能避繞高液化趨勢區。無法避繞時,可考慮采取灌漿或加大基樁深度(約0.5m~1.0m)使其穿過高液化趨勢區到達穩定的土層。

          本文所舉管道工程案例就采取了加深基樁深度進行進行穩固的方式。施工中,應設置臨時排水溝,排除基根處的水分,防止受干擾后地基失穩。

           

          4.3 管理措施

          嚴格執行水土保持“三同時”制度,委托具有專業資質的水土保持方案編制單位、監理單位、監測單位、設計單位和施工單位開展各階段水土保持工作,確保水土保持工作保質保量完成,各項水土保持措施起到預期效果。

          在工程發包標書中明確提出水土保持要求,設計、施工、監理和監測單位在投標文件中對照項目水土保持方案及批復要求提出具體明確的水土保持防治措施。在設計階段,應參照水土保持方案,結合工程實際情況編制水土保持投資概算,并確保資金?顚S。施工前應進行環境保護、水土保持交底,將各項水土保持措施及要求納入工程建設施工計劃。施工中應落實水土保持工程進度及質量控制,定期開展水土保持監測,嚴格執行既定的各項水土保持措施,嚴禁偷工減料、降低工程標準。

          5 水土保持效益分析

          與擬定的水土保持方案比較,如海崇管道工程在實際施工中,作業帶和場站、閥室的土壤流失控制比由1.0降低至約0.78和0.8,植草恢復及治理度由97%提高到98.4%,林草覆蓋率由15%提高到29.9%,管道作業帶每公里失土量較平原沙土區未采取措施的地區減少約120立方,同時減少了工程區及周邊水域的泥沙淤積量和水體污染,未發生一起因土壤液化引起的建筑受損和人員傷亡事件。農作物在管道作業帶恢復結束三個月后能夠實現良好生長,臨時施工帶來的農田臨時補償由2-3季降低為補償1季即可,減少了工程投資。

          工程建設按照計劃如期完成,未因作業環境特殊而受到影響,工程質量和地質穩定性得到了提高,有利于管道安全運行和延長使用壽命。同時,減少了工程維護和管理費用,間接效益良好。

          參考文獻:

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          作者:武海峰, 1987年生,男,在讀碩士,工程師,供職于中國石油西氣東輸管道公司管道工程建設項目部,主要研究方向為土壤侵蝕、水土保持技術和荒漠化治理。

          《管道保護》2016年第6期(總第31期)

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