油气管道穿越泥石流沟道的防治措施

黄芳渔，周 函

（1.中国石油工程建设有限公司西南分公司，四川成都 610017；2.四川石达能源发展有限公司，四川成都 610093）

泥石流是山区常见的一种地质灾害现象，它是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后在重力作用下形成的洪流，多发于沟谷上游区域，具有突发性、流速快、流量大、物质容量大和破坏力强等特点。如果油气管道与泥石流沟并行或交叉，爆发泥石流后会导致油气管道达不到设计埋深或出现露管等现象，严重情况下会使油气管道处于悬空、受力甚至扭曲变形等问题[1]。某油气管道通过泥石流沟段位于其中下游，该泥石流沟连续发生了三次规模较大的稀性泥石流灾害，对管道带来较大威胁，因此，在油气管道穿越泥石流沟时，应结合泥石流沟的特征采取适宜的防治措施，避免因泥石流的爆发造成油气管道损坏。

1 某河流区域泥石流基本特征

1.1 稀性泥石流的发育特点

与普通的泥石流沟进行对比来看，该河流区域的泥石流产生地段、流经地段、堆积地段具有极为特殊的组合特点。从地表汇水径流、沟谷形态、物质来源等泥石流生成要素进行分析，油气管道穿越地段位于不规则的树叶形流域内，上游和附近山区是泥石流形成区域，沟谷坡降比较大，存在着数量较多的松散物质，汇流后会使水与固体物质混合，形成泥石流后会经过流通区段。流通区段基岩为裸露状态，沟床坡降在3%～4%，为泥石流物质流向堆积区段提供了通道。堆积区段在主沟区域以外，为宽缓的冲积扇区域，受泥石流物质的冲刷已对侧岸产生较强的侵蚀。由于附近区域兴建水利工程，通过人为方式的引导和防护，虽然主沟道区域已经被固定，但该堆积区段沟床高度每年都在增长，局部会受到更为剧烈地冲刷，时常会发生塌岸问题，而下游区域主沟槽已经被人为固定，改变了泥石流冲淤的自然规律，给油气管道穿越区域的安全带来影响。

1.2 泥石流的运移特点

1.2.1 泥石流持续时间

泥石流持续时间为泥石流龙头流出沟口到堆积区停止流动所需时间，对该河流历史上发生泥石流时间数据进行统计分析，发现泥石流可持续20～50min，是一种单峰型泥石流。

1.2.2 泥石流重度

对堆积颗粒进行分析，观察泥石流的堆放积形态，结合以往的沟壁泥膜数据资料，再参考不同重度拌合实验数据，查找该区域相近沟道研究文献，通过经验公式法进行计算，该河流稀性泥石流重度在14～15kN/m3。

1.2.3 泥石流流量

为准确体现出该河流区域泥石流形成真实状况，对油气管道穿越工程沿线的14km沟道进行了全面的水文和地质调查研究，结合该年度泥石流已经爆发的现状情况，确定3个泥膜清楚、断面规则的沟槽过流断面，并对其进行了准确的测量与计算，可以确定出泥石流真实流量。第一断面位置点在下游k251+520，该断断面宽41m，平均泥深1.2m，本段沟床坡降为4.6%，计算泥石流流量为223m3/s；第二断面位置下游k244+621，该断面宽26.5m，平均泥深1.7m，沟床坡降为5.7%，计算泥石流流量为226m3/s；第三断面为河堤档墙下游k215+140，该断面宽46m，平均泥深2.1m，沟床降为4.2%，计算泥石流流量为313m3/s。通过对三个不同河段位置的过流断面泥石流量进行计算，可用于校正理论流量的参考数据。

1.2.4 流态特点

该河段泥石流形成时具有较强能量的龙头，呈现出高陡宽大的特点，龙头可将高度为6.2m的水泵房冲走，具有直进特点；可经过右岸3m高的河堤挡墙，泥膜会高出地面1.2～1.5m；龙头经过区域的树木、庄稼和建筑物等均被冲毁。横断面部位的泥石流呈现出中间部位高两侧低的特征。龙头经过以后，沟道内的泥石流呈现出持续流动状态，由于支沟汇流因素的影响，持续的流量并不稳定，体现出阵发性变化的特点。

1.2.5 粒度特点

在不同区域和地段中的粒度成分有着较大的差异，汇流区域固体物质粒度较小，呈现出块状结构特点，坚硬质地的砂岩也加入到泥石流，颗粒直径为0.2～1.2m。流通区段砂岩以崩塌态加入到泥石流，在流通区段、堆积区段前半段沟床内，散落着数量较多的漂石，堆积区沟床内还存在着泥沙、砾岩等物质的沉积。泥石流主流对沟床、侧岸等产生较大的冲击，数量众多的沙砾石进入到河流，沉积厚度可达到4～8m，最厚部位深度为10m。整体来看，沟道松散物质粒度不断变小，呈现出渐变规律，细粒物质体现出不断增加的特点。

2 油气管道穿越泥石流沟道的防治措施

2.1 对管道进行配重稳管深埋

为防止静、动水的浮力作用使管道漂浮，结合管道穿越段的地质情况选择相应的稳管方式。对于土质、砂砾石管沟段采用钢筋混凝土压重块稳管；对基岩管沟段采用现浇混凝土连续覆盖稳管。当采用钢筋混凝土压重块稳管时，由于其抗冲能力有限，在冲刷剧烈的河道中，容易出现水流掏蚀管道周边的回填土，造成管道悬空，钢筋混凝土压重块反而给管道施加了外荷载，对管道受力极为不利，这种情况在已建成的油气管道上有过深刻的教训。因此，需因地制宜，将管道和钢筋混凝土压重块稳管埋设在稳定层内，将稳管措施与水工构筑防护措施进行有机结合。

2.2 过水面加固

当管道敷设在基岩主沟道内时，因河沟坡降大、水流冲刷严重，且管沟开挖破坏了基岩的原有整体性，即使在管沟回填后采用了浆砌石或混凝土护面的保护措施，但高速水流的冲刷侵蚀会造成管沟被掏空。针对这种情况，采用钢筋混凝土护面加锚筋的结构形式，将管道紧紧嵌固在基岩内。施工时，应将管沟周围的松动块石清除干净，保证混凝土与基岩的紧密接触。钢混凝土护面应与原有河床面保持齐平，并平滑连接，确保水流顺畅。

2.3 防冲墙

采用防冲墙主要是为了阻止沟谷与河道的持续下切，使堤上游河道挟沙淤积起来，保证管道埋深。河道基础比较软时，防冲墙采用柔性结构的钢筋石笼，以适应不均匀沉降；对于岩石或卵砾石河道中采用浆砌石或者现浇混凝土，墙体基础设置在稳定层上，其位置在管道下游一定距离，不能压在管道上。由于这种水工保护设施抬高了原有河床面，在其下游坡脚跟处形成跌水，势必对坡脚形成冲刷，因此要求对坡脚部位做消能处理，如设置消能池、钢筋石笼护脚等，另外河道纵向受到约束，其侧蚀相应加强，故应对河道两侧岸坡进行防护。

2.4 岸坡防护

岸坡防护主要是对河沟道的两岸施工扰动面进行工程防护，防止水流冲刷造成岸坡垮塌，进而危及管道安全，其主要形式有浆砌石护岸、石笼护坡、浆砌石（混凝土）挡土墙和植生袋坡等几种形式。浆砌石护岸、浆砌石（混凝土）挡土墙适用于基础比较坚硬、常年受水冲刷的部位；石笼护坡柔性大，可适应不均匀沉降，适用于软土地基；植生袋护坡可用在水流冲刷不大、岸坡较缓的岸坡防护，草皮一旦长成，可以减缓地表径流速度，起到拦沙固土的作用，环保效果好。具体形式需结合泥石流沟道的实际状况进行选择。本泥石流沟道因冲刷较为严重，因此主要采用浆砌石护岸、浆砌石挡土墙。

3 结束语

泥石流作为一种规模大、危害性强和防治难度大的地质灾害现象，已成为油气管道运行过程中较为常见的地质灾害，油气长输管道关系到能源安全，与社会经济发展、人民生活息息相关，一旦因泥石流遭受损坏不能正常运行，将给社会经济、自然生态环境造成重要影响。在油气管道的建设期，应尽早识别发现并绕避有泥石流风险的区域；对于油气管道运行过程中新发育的泥石流沟道应加强监测，必要时结合油气管道经过区域泥石流沟道的发育状况，制定切实有效的综合防治措施，确保油气管道的安全运行。