石油管道红水河穿越的工程地质问题分析

刘秀宝

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘 062552）

石油管道红水河穿越的工程地质问题分析

刘秀宝

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，河北任丘 062552）

以某石油管道红水河穿越工程为例，从穿越断面的工程地质条件及场地环境评价方面进行研究，结果表明，穿越段勘察深度范围内具备定向钻穿越条件，可选用灰岩层作为水平穿越层；同时穿越段的灰岩层溶蚀作用强烈，为岩溶发育地区，在施工时应防止漏浆及卡钻事故的发生。

管道穿越；岩溶地区；工程地质勘察；定向钻穿越

0 引言

长距离输油管道工程中，经常遇到沿线管道需穿越河流、铁路、公路等情况。在穿越这些特殊地段时，对管道穿越场地的工程地质条件需要进行特殊的评价，从而对管道的穿越方案进行合理的分析和建议，避免因这些特殊地段的岩土工程问题带来潜在危害[1-3]。

本文所研究的石油管道工程总体走向由西南向东北，以南宁分输注入泵站为起点，途经广西壮族自治区的南宁、宾阳、来宾、柳州4个市县，最后到达本管道工程的终点柳州末站。全长约200 km，设计输量为400万t/a，全线管径为457 mm，设计压力为8.0 MPa。部分管道工程穿越红水河，位于BA028号桩～BA029号桩之间。穿越段处红水河的多年平均水面宽度约为220 m，水深约为13 m，属大型河流穿越。因此查明穿越场地的工程地质条件，进行正确的场地工程地质评价，对该石油管道工程具有重要意义。

1 场区工程地质条件

1.1 地形地貌

红水河穿越段位于广西壮族自治区来宾市迁江镇620县道26 km南侧约100 m处，距离穿越处上游约11 km处有一桥巩水电站，穿越断面紧邻620县道，交通条件非常便利。

红水河穿越段在地貌单元上属于丘陵区，地形较起伏，穿越范围内主要为河流的Ⅰ级阶地，以耕地为主。穿越断面宽约800 m，河流左岸较为顺直，右岸略有弯曲。河道内常年有水，水流湍急，勘察期间为旱季，穿越处水面宽约150 m，最大水深约11 m。河床内靠近右岸侧分布有较多块石，厚度约为0.30 m，多数粒径大于200 mm，这部分河床只在雨季或者上游桥巩水电站放水时才有水流过，穿越断面处地貌如图1所示。

1.2 地质构造

穿越断面位于北东向压扭性断裂构造单元内，附近通过的断裂有辅村—桥巩压扭性断裂，该断裂位于来宾南西面侧辅村—塘圩—桥巩一线，大致沿该段管道线路走向，在线路K120+248、K135+005、K135+332等处穿越，断裂北东向延伸长约34 km，南端局部被北西向小断裂错断，断裂带宽约30～50 m，角砾岩化、硅化。

1.3 地层岩性

红水河穿越场区内地层岩性以黏土、灰岩为主。根据野外勘察，并结合室内土工试验成果，在勘察深度范围内，穿越场区内地层共划分为3层：

①黏土：残坡积成因，红棕色～棕黄色，硬塑为主，局部近坚硬，土质较均匀，干强度高，韧性高，有光泽，无摇振反应，局部含有较多的灰岩碎屑，上部多以耕土为主，含植物根系。该层厚度10.60～23.00 m，层底深度10.60～23.00 m，层底标高66.60～80.60 m，该层分布于整个场区。

②-①漂石：冲积成因，杂色，为灰岩块体，多呈次棱角状，以粒径大于200 mm的颗粒为主，局部含有粒径大于1 000 mm的巨石，该层松散分布于河底，无充填，该层厚度0.30～1.50 m，层底深度0.30～1.50 m，层底标高48.65～56.58 m，该层分布于河底。其中，主河道底部分布的漂石厚度最大。

②灰岩：石炭系，上统，以燧石灰岩为主，局部含有燧石白云质灰岩，中等风化，灰黑色，厚层状构造，较完整，岩芯呈短柱状或柱状，裂隙稍发育，锤击声音清脆，局部存在破碎带，岩芯较破碎，呈块状；局部分布有溶蚀作用形成的溶洞，多数为红棕色、可塑黏土充填，个别填充物中含有灰岩碎块，溶洞大小不一，分布深度不均。该层在勘察深度内未揭穿，最大揭露厚度约28.00 m。场区岩层单轴极限抗压强度测试值见表1。

表1 场区岩层单轴极限抗压强度值

1.4 气象条件

红水河穿越地段位于北纬24°以南，处于南亚热带向中亚热带过渡地带。又因北纬24°以南地区基本无霜冻，故管道穿越处可不考虑冻土深度。根据1957年至1990年气象观测结果，管道穿越处气象条件见表2。

表2 管道穿越处气象条件

1.5 水文及水文地质概况

红水河属珠江流域西江水系，发源于云贵高原。拟建管道穿越处为丘陵区，河流大致呈东西走向，河床宽度约300 m，主河道宽度约90 m，靠近左侧；穿越处河流右岸属于侵蚀岸，河岸及河谷有基岩出露，穿越处河道呈深槽型。来宾市内多年平均径流量2 112.16 m3/s，1926年最高水位89.02 m，洪峰流量22 300 m3/s。洪水季节一般为每年5至8月，最大洪水多发生在7至8月。根据调查和现场测量，河道内常年有水，水流湍急，勘察期间水面宽约140 m，最大水深约7.00 m。在穿越处上游约11 km处的桥巩水电站雨季或水量大时会向红水河中放水，使得河中水位上升。

穿越处位于南亚热带向中亚热带过渡地带，雨量充沛，蒸发较弱，地下水以地下岩溶水为主。来宾市可溶性碳酸盐岩地层分布广泛，岩溶裂隙发育，受降雨补给，形成地下岩溶含水层。地下水系大多与红水河相通，并汇入红水河。因此，地下水位在一定程度上受到红水河水位的影响。

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1.6 不良地质作用

场区内的不良地质作用以溶蚀作用为主，红水河穿越断面溶洞发育。根据高密度电阻率法解译成果，红水河穿越断面溶蚀作用强烈，物探异常区发育，若为溶洞，推测部分溶洞可能连通。由于河流穿越处位于石灰岩分布区，加之气候湿热，地下水丰富，所以溶蚀作用强烈，溶洞发育，故整个河流穿越段都属于溶蚀作用高发地段。

2 场地环境评价

2.1 环境水的腐蚀性评价

为判定环境水对钢结构及建筑材料的腐蚀性，采取1组 （2件）河水试样进行水质分析，根据GB 50021-2001《岩土工程勘察规范 （2009年版）》[4]和GB 50568-2010《油气田及管道岩土工程勘察规范》相关规定D[5]，判定环境水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构的腐蚀性， 分析结果如下：硫酸盐S含量为35.03 mg/L，镁盐Mg2+含量为7.60 mg/L，总矿化度为261.67 mg/L，因此环境水对混凝土结构有弱腐蚀性；干湿交替时氯离子Cl-含量为9.28 mg/L，因此环境水对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性；河水pH值为6.4，氯离子Cl-及硫酸根S总含量为44.31 mg/L，因此环境水对钢结构有弱腐蚀性。

2.2 场地地震效应

穿越处场地环境类型为Ⅱ类，抗震设防烈度为Ⅵ度，设计地震动峰值加速度值为0.05 g（g为重力加速度），设计地震第一组。根据野外勘察，穿越场区内勘察深度20.00 m以上不存在饱和粉土层和饱和砂土层，故可不考虑地震液化的影响。

穿越河段两岸均为河流冲蚀和下蚀作用形成的深切河谷，河岸坡度较陡，两岸上部覆盖层以黏土为主，下伏基岩岩性单一，为中等风化灰岩。据野外勘察及现场调查，河岸两侧不存在大型断裂和破碎带，故地震时边坡稳定性较好。

2.3 河床及岸坡稳定性评价

穿越处河段左岸较顺直，右岸略有弯曲，河床宽阔，约宽300 m，主要为河流下蚀和冲蚀作用形成的深切河谷，呈深槽型。河岸上部黏土层厚度在10.60～23.00 m，河岸下部及河床均有灰岩出露，综合分析发生河床左右摆动的可能性较小，河床稳定性较好。

穿越河段两岸均为河流冲蚀和下蚀作用形成的深切河谷，河流冲蚀左岸，堆积右岸，岸坡坡度约为22°～30°。河流的主河道靠近左岸，河水以冲刷河床为主，形成深切河谷。河流两岸上部覆盖层以黏土为主，下伏基岩岩性单一，为中等风化灰岩，抗冲刷能力较强，且灰岩区河流的下蚀和冲蚀作用缓慢，对岸坡稳定性影响较小。因此综合分析该穿越深槽岸坡稳定性较好。

3 管道穿越方式分析

根据现场调查及穿越段地层勘察成果，拟定穿越处在勘察深度范围内地层主要为第①黏土层和第②灰岩层，除河床靠近右岸表层有较多漂石分布以外，下部地层无卵砾石等不利于定向钻施工的地层。河道两侧主要为农田，施工场地较开阔，有利于施工设备的放置及作业。故从地层情况及现场地形条件综合分析，定向钻穿越方式可行。

但灰岩层呈中等风化，且溶蚀作用强烈，使得拟定穿越断面为溶洞发育，且溶洞的大小和深度不一，据物探推测穿越断面上可能分布有彼此连通的溶洞，故溶洞范围相对较大，所以在采用定向钻方式穿越时，相互连通的溶洞可能会导致漏浆现象；另外，较大范围的连通溶洞及溶洞填充物和周围岩层介质硬度差别悬殊，且部分填充物中有灰岩块体，可能会引起定向钻施工时钻杆较拟定方向偏移或卡钻事故。因此，在施工过程中应充分考虑溶洞的影响，防止漏浆及卡钻事故的发生。

4 结束语

（1）红水河穿越段场地开阔，穿越段内地层岩性以黏土、灰岩为主，河床下部地层无卵砾石等不良地层。场区内的不良地质作用以溶蚀作用为主。穿越深槽岸坡稳定性较好。

（2）红水河穿越段具备定向钻穿越条件，可选用灰岩层作为水平穿越段，同时穿越段的灰岩层溶蚀作用强烈，为岩溶发育地区，在施工时应防止漏浆及卡钻事故的发生。

（3）通过对某石油管道穿越红水河工程的研究，可知工程地质条件对管道穿越方式的选取起制约作用。在穿越方案设计之前，必须进行详细的工程地质勘察和场地环境评价；同时，在石油管道穿越工程设计过程中，有必要将物探勘察与钻探勘察相结合，充分查明穿越段不良地质现象，并预测施工过程中可能出现的工程地质问题。

[1]宋焱勋，曹家泉．输油管道穿越区岩土工程和水文勘察[J]．土工基础，2003，17（3）：72-75.

[2]王东卫，薛先棣，杨志杰，等．管道穿越河流的岩土工程问题分析[J]．西部探矿工程，2006，（3）：66-68.

[3]吴忠良．管道定向钻穿越河流的工程地质勘察问题[J]．油气储运，1996，15（3）：35-37.

[4]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范（2009修订版）[S].

[5]GB 50568-2010，油气田及管道岩土工程勘察规范[S].

Engineering Geology Problem Analysis of Oil Pipeline Crossing Red River

LIU Xiu-bao（North China Branch of Engineering Design Co.， Ltd.， China Petrol Group， Renqiu 062552，China）

Taking the project of oil pipeline crossing the Red River as an example,this paper does the research from the aspects of engineering geological conditions of the crossing profile and site environmental evaluation.The results show that the formation within the investigation depth is suitable for the directional drilling,the limestone layer can be selected as the horizontal crossing layer of the pipeline.At the same time,the dissolution of the limestone layer where the pipeline passes is rather strong due to being in karst development area.Therefore,the slurry leakage and drilling stuck should be prevented in the pipeline crossing construction.

pipeline crossing;karst area;engineering geological investigation;directional drilling crossing

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.009

刘秀宝 (1983-)，男，吉林松原人，助理工程师，2008年毕业于吉林大学工程地质专业，现主要从事长输管道、油气储备库、工业与民用建筑等岩土工程勘察工作。

2011-02-23