加蓬AKONDO 油田输油管道水土保持处理方法

许 豪

1.中石化河南石油工程设计有限公司 河南郑州 450047；2.中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院 上海 201208

随着环境问题全球化，工程建设中的环保问题也越来越受到重视。油气田地面建设工程中，输油管道的水土保持是其中一个重要的环节。由于输油管道线路长且采用管沟埋设，沿途经过的地貌类型多，特别是在山区、丘陵、黄土高原等地域，管道施工容易造成水土流失等环境问题。加蓬是非洲撒哈拉以南第三大产油国，加蓬AKONDO 油田项目是中国石化大力实施走出去战略，在海外找油找气的重要项目。该油田采用气举采油，原油生产规模为20.75×104t/ a，伴生气处理规模为9.99×104m3/ d，气举规模为26×104m3/ d。本工程共建设7 个井组（PAD），1 座集中处理站（CPF），1座交油站（CMS），1 座生产管理区（PMF），以及集输、外输管网56.8km。

加蓬AKONDO 油田位于Salsich 区块东北部，Salsich 区块位于加蓬共和国滨海奥果韦省，加蓬西部第二大城市让蒂尔港市东北。Salsich 区块位于赤道，其西、北面临大西洋几内亚湾，沿海地区为平原和丘陵，平均海拔不到200m，河流众多、河网密布。年降雨量1600～3000mm，年平均气温26℃。地表为森林、泻湖、沼泽，属于热带雨林气候，森林茂盛，覆盖程度高，地表植被以棕榈林为主。

本工程地质勘察委托加蓬当地的勘察公司，当地依据的是法国规范，与国内略有差别，但是大体一致。通过对比地勘报告的数据，对应国内的标准，本工程集输管道经过的地区全部为粉土质砂覆盖区域。粉土质砂是一种常见的土质。此前，本课题组已经对南宁膨胀土和甘肃湿陷性黄土等特殊土进行了一系列科学研究和工程实践，得出了很多有意义的结论[1-7]。加蓬AKONDO 油田地基土的物理性质指标见表1。

1 常用水土保持处理方法

1.1 挡土墙

1.1.1 浆砌石挡土墙

浆砌石挡土墙属于刚性重力式结构，应依据管道水工保护结构特点，进行稳定性验算；依据公路部门挡土墙设计计算以确定结构断面，亦可按图集（04J008）《挡土墙—重力式、衡重式、悬臂式》中相关内容确定断面结构尺寸。根据挡土墙墙背渗水量合理布置排水构造物，并设置伸缩缝和沉降缝。还需要进行强度、抗倾覆、抗滑移等计算。

表1 AKONDO油田地基土的物理性质指标

一般地区浆砌石重力式挡土墙的基础埋深不小于1m，且应置于冻深线以下不小于0.3m、冲刷线以下不小于1m 处。挡土墙墙背填料宜用渗水性强的砂性土、砂砾、碎（砾）石等材料，严禁采用淤泥、腐殖土、膨胀土，不宜采用粘性土。在季节性冻土地区，不应采用冻胀性材料做填料。1.1.2 草袋挡土墙

草袋挡土墙属于散体材料结构。一般地区挡土墙高度不大于5m，用于堡坎支护时高度一般不大于3m。草袋挡土墙基础埋深可不考虑冻结深度及冲刷深度的影响，一般基础埋深在0.5～1.0m。草袋挡土墙设计不计算整体抗滑移、抗倾覆稳定系数，采用就地取材填料的草袋结构，原则上亦不进行地基承载力计算。但是，对于高度不小于2m 的草袋挡墙，应进行墙身水平抗剪强度计算。

1.2 堡坎

根据砌体材料不同，堡坎分为浆砌石堡坎、干砌石堡坎和草袋堡坎。浆砌石堡坎一般用于田坎恢复，干砌石堡坎一般用于石料丰富的石方山区坡台地的地坎恢复，草袋堡坎一般用于黄土等一般土质地区地坎的恢复。

堡坎属于简易支挡结构。浆砌石堡坎需进行结构稳定性验算，包括抗滑动、抗倾覆、地基承载力和墙身抗剪强度计算。对于草袋堡坎和干砌石堡坎两种散体材料结构，需进行结构抗剪强度计算。

1.3 护坡

1.3.1 浆砌石护坡

浆砌石护坡一般适用于边坡坡度介于1∶2～1∶1的岩石或土质边坡的坡角防护，对于边坡坡比介于1∶1～1∶0.5 的岩质边坡慎用。浆砌石护坡应根据坡后渗水量合理布置排水构造物，并设置伸缩缝和沉降缝。浆砌石护坡基础严禁置于未经处理的松散回填土和软土地基上，一般情况下基底应置于中密的砂土、碎（卵）石土和基岩上。浆砌石护坡应设置沉降缝和泄水孔。浆砌石护坡单级护坡高度不宜大于6m，当防护边坡高度大于6m 时，应设置分级平台，且平台宽度不宜小于2m。

1.3.2 干砌石护坡

干砌石护坡一般适用于边坡坡度介于1∶2～1∶1.25土质边坡的坡角防护，对于边坡坡比介于1∶1.25～1∶1的土质边坡慎用。干砌石护坡一般用于坡角或坡面有地下水或坡面渗水情况下的防护，亦可以用于石方地区地坎的恢复。其基础埋深原则上不受冻结深度的影响。

1.3.3 草袋护坡

草袋护坡一般适用于边坡坡度介于1:2～1:1 的土质边坡的坡角防护，对于边坡坡比介于1:1～1:0.5的土质边坡慎用。一般用于包括黄土在内的土质地区非浸水情况下的坡角、坡面防护，亦可以用于土质地坎的恢复。草袋护坡基础埋深原则上不受冻结深度的影响。草袋护坡的单级护坡高度不宜大于10m。当防护边坡高度大于10m 时，应设置分级平台，且平台宽度不宜小于2m。

1.4 截水墙

截水墙是管沟内设置的一种长输管道所特有的水工保护结构形式，其主要目的是防止水流顺管沟冲刷，造成管沟覆土的流失。其结构形式一般包括浆砌石截水墙、灰土截水墙和草袋截水墙3 种。浆砌石截水墙一般用于卵砾石和石方地区。灰土截水墙是采用水泥或石灰与土料拌合、夯实而成的一种胶结体结构，通常灰与土比例为2∶8（体积比）。草袋截水墙一般用于地基承载力较低的软土土质地区。

根据管道敷设形式，常在以下3 种条件下设置截水墙：一是在管道顺坡敷设（管线与地形等高线交叉）的条件下，坡面汇水顺管沟的冲刷防护；二是管线长距离横切坡面（平行等高线）敷设时，由于坡面汇水量较大，亦容易造成汇水顺管沟的冲刷，因此应考虑设置截水墙；三是管道顺河沟、河道底部敷设，采用截水墙既可以起到防止冲刷的作用，又具有配重稳管的作用。

2 输油管道水保处理

2.1 总体布置

根据开发方案部署及生产井分布情况，合理确定站场布局；再根据站场布局、已有井场路走向，合理确定管道线路的走向。本工程集输系统采用一级布站方式，即井组（PAD）→集中处理站（CPF）→交油站（CMS）→法国TOTAL 集油站[8]。AKONDO 油田地面集输管网布置见图1。

图1 AKONDO油田集输管网布置图

2.2 沿线现状

由于本工程地处与世隔绝的加蓬国家原始森林地带，缺少基础设施，施工难度非常大。输油管道经过的地貌主要是未开发的热带原始森林、草原、沼泽等区域，地形主要是丘陵和平原交替。由于土质为粉土质砂，坡地开挖后如果处理不及时，再遇上大雨很容易造成水土流失。

2.3 水土保持处理方法

根据地勘报告，输油管道经过地区均为粉土质砂覆盖，管顶标高- 1.50m。由于本工程地处偏僻的原始森林地带，一是运输成本非常高，二是加蓬国家原始森林管理局要求我方采用环保材料。综合考虑土质、成本和环保的因素，最终决定采用草袋截水墙、护坡、挡土墙等水保处理方法。本管道线路使用最多的是截水墙（见图2），其次是挡土墙，护坡和过水面数量不多。

图2 截水墙纵截面

由于线路经过地区的土质条件差，管线纵截面角度小于2°时，截水墙每20m 设置一道；2°～3°时，每15m 设置一道；3°～5°时，每10m 设置一道；5°～8°时，每8m 设置一道；8°以上时，每5m 设置一道。

管道线路共有25 处设置草袋截水墙，共计设置草袋截水墙717 道。在管道悬空处、桥涵河道两边共设置草袋挡土墙8 处，桥涵两边堆土路基设置草袋护坡1处，最低点汇水面设置过水面2 处，共计草袋工程量4316.25m3。草袋按照500mm×800mm 考虑，装土成型尺寸为200mm×400mm×500mm，单个体积为0.04m3，堆砌1m3需要25 个草袋。草袋交替码砌，码砌时不得形成通缝，袋与袋之间用细土填实。每层草袋码砌完毕简单压实后，方可进行上层草袋的码砌。草袋内填土，不得含有粒径大于10mm 的石块，回填土必须压实。建成后的效果见图3。

3 结论

（1）水土保持应符合环境保护的要求，避免诱发地质灾害，减少对生态环境的影响，最大程度地满足水土保持的要求。

（2）水土保持应从设计、施工、运营、线路优化等多方面做全面比较，在保证管道安全的前提下，以综合经济效益和社会效益为目标，通过技术经济比选确定。

（3）水土保持应从防护的目的与范围、水工设施的强度与稳定性、地基的要求与处理、建筑材料的选择，以及关键部位的施工技术等方面进行综合设计。

（4）本工程采用的草袋截水墙、挡土墙和护坡等水土保持方法，是综合考虑了加蓬当地实际施工情况、经济指标和环保要求确定的，在满足规范的前提下，技术可靠、经济适用。