西气东送子洲段天然气管道水土保持措施探析

2023-12-30马涛，文航

海河水利 2023年9期

马涛，文航

（子洲县水利局渠道库坝管护中心，陕西榆林 718400）

天然气管道开挖施工因为点多线长面广，造成水土流失量较大。西气东送子洲段项目区的地质复杂，开挖工程量较大，为了减少项目建设带来的水土流失，围绕管道水土保持方案进行探讨。

1 概况

天然气管道西四线管道工程由管道工程、站场工程、穿越工程和附属工程组成。管道全长1 745 km，设计输气量150×108m3∕a，设计压力12 MPa，管径1 219 mm，全线设置内涂层。其中，子洲段长73.155 km（含预埋管道14.41 km）。工程穿越河流沟渠40 次18.200 km，公路55 次3.891 km，管廊194 次5.059 km，山岭隧道3 次4.470 km。

2 项目区基本情况

项目区地形主要为黄土高原和中低山[1]，局部为起伏剥蚀缓丘，多沿沟谷发育。由于地层的差异性风化形成地表为长条状垅岗高地及狭长的壕沟，地势起伏较大，相对高差5～15 m。管道沿线所经地段西高东低，海拔高度为1 100～1 750 m。由于项目区降水量较小，植被稀疏，主要植物类型有骆驼刺、梭梭、柽柳、泡泡刺、白刺、红砂。工程总占地面积为27.22 hm2，其中永久占地面积12.64 hm2、临时占地面积14.58 hm2。工程占地主要类型为草地和荒地，土壤侵蚀类型兼有风力和水力侵蚀，土壤侵蚀模数为1 800 t∕（km2·a）。

3 黄土沟壑区防治措施

黄土沟壑区的水土保持措施有排水渠、生态袋素土护坡、生态袋素土堡坎，主要施工内容为表土剥离、表土回填、土地整治和复垦以及纵坡植生袋排水沟、挡水埂、消力坎兴建。

3.1 工程措施

（1）表土剥离。管沟开挖前，对施工作业带占用的耕地等进行表土剥离，其中草地仅对表层为粉土或黏土的区域进行剥离，耕地剥离厚度30～35 cm，林地和草地根据现场情况确定剥离厚度。剥离的表土和管沟开挖土沿线堆放在管沟开挖一侧，表土在外侧，生土在内侧。表土剥离面积96.18 hm2，表土剥离量25.71万m3。

（2）表土回填。施工结束后回填表土，耕地回填厚度为30 cm。林地和草地根据表土剩余情况确定回填厚度，但不小于剥离厚度。表土回填面积共计96.18 hm2，回填表土9.73万m3。

（3）土地整治。根据地勘资料及现场调查情况，施工结束后，仅对可剥离表土的其他草地进行土地整治，整治面积14.58 hm2。

（4）土地复垦。施工结束后，对施工作业带占用的耕地和园地进行复垦，复垦面积1.12 hm2。

（5）纵坡植生袋排水沟。根据项目建设区气象资料及现场查看已建管道纵坡穿越情况，线路纵坡穿越施工作业带两侧需设置植生袋生态排水沟，既能抑制坡面侵蚀沟的形成，又可增加植被覆盖度。植生袋排水沟采用矩形断面，底宽0.5 m，深0.25 m，壁厚0.3 m，植生袋尺寸为0.5 m×0.3 m×0.25 m。施工时，渠底建议错缝摆放，以减少水流对植生袋冲刷造成的损坏。植生袋排水沟共计96 418 m，植生袋素土护坡271 m3，生态袋素土堡坎427 m3。

（6）消力坎。排水沟消能采用渠底加糙法[2]，设置消力坎，既能消能，又有利于阻止植生袋的滑塌。在植生袋生态排水沟内每隔10 m 设置1 道消力坎，消力坎采用C20 混凝土浇筑，上部为梯形断面，下部为矩形断面，梯形断面上顶宽10 cm、高10 cm、下底宽50 cm，迎水坡和背水坡坡比分别为1∶1和1∶3，矩形断面宽度与上部梯形断面下底宽度相同，高50 cm，长为排水渠底宽。消力坎既能减少水流冲刷的动力，又起到固定植生袋的作用。消力坎共计9 642 m，C20混凝土浇筑2 700 m3。

（7）挡水埂。对于纵坡穿越管道作业带每隔20 m设置挡水埂1 道，每道挡水埂长度为作业带宽度减去两侧排水沟顶宽。挡水埂采用梯形断面，底50 cm，高50 cm，坡比为1∶1。挡水埂共计124 379 m，土方夯实62 190 m3。

3.2 植物措施

一方面采用生态袋素土护坡和生态袋素土堡坎，另一方面进行草地恢复、林地恢复和植生袋排水沟内植草等。

（1）林地恢复。对管线穿越的林地在施工结束后进行恢复，管道中心线两侧5 m 范围内不种植乔木，仅撒播种草，其余扰动区域采用乔灌草结合的方式恢复植被。乔木、灌木栽植株距和行距分别为3、0.5 m，共栽植沙枣3 105 株、沙棘5 175株，撒播披碱草和碱蓬各129 kg。

（2）草地恢复。施工结束后对天然牧草地、人工牧草地可剥离表土的所有草地采用人工促进恢复模式进行植被恢复，草种选择碱蓬、披碱草混播，其中管线穿越湿地段时草种选择碱蓬和芦苇，播种量均为80 kg∕hm2。草地恢复面积共计5.31 hm2。

（3）生态袋素土护坡植草。根据护坡方量和地勘资料，估算低山丘陵段管道作业带生态袋素土护坡植草面积0.36 hm2。设计生态袋内草种选择碱蓬、披碱草混播，播种量为80 kg∕hm2，共需草籽量29.20 kg。

（4）生态袋素土堡坎植草。根据堡坎方量和地勘资料，估算低山丘陵段管道作业带生态袋素土堡坎植草面积0.63 hm2。设计生态袋内草种选择碱蓬、披碱草混播，播种量为80 kg∕hm2，共需草籽量50.34 kg。

（5）植生袋排水沟内植草。植生袋排水沟内植草面积为1.6 m2∕m，共计4 269 m2，草种选择碱蓬、披碱草混播，考虑到植物生长环境生态袋内不拌和草籽，共需草籽量34 kg。

（6）对于植被盖度小于10%的流动沙地、沙丘或沙丘链，可以采用草方格沙障[3]。沙障材料为稻草、麦秸等，长度≥40 cm；沙障规格一般为1 m×1 m；沙障地面以上高度为15～20 cm，入土深度不小于10 cm；沙障孔隙度为20%～30%；沙障铺设部位为固定或半固定沙丘迎风侧，实行全部铺设。

3.3 临时措施

（1）临时拦挡。该区管道作业带范围内表土和生土均堆放在管沟开挖一侧，外侧采用编织袋临时拦挡，编织袋装土优先考虑表土，剩余表土堆放在生土外侧。临时拦挡采用直角梯形断面，断面尺寸为顶宽0.5 m、高0.6 m、坡比1∶0.5。根据该区管道敷设长度，临时拦挡共36.78 km。

（2）临时苫盖。管沟开挖临时堆土除外侧编织袋挡护外，临时堆土顶部采用彩条布或密目网苫盖。考虑到风力，临时苫盖采用彩条布，用编织袋装土压实固定，其余部分苫盖采用密目网，其中彩条布以重复利用3次计，密目网以重复利用5次计。临时苫盖共23.91 万m2，其中彩条布苫盖16.80 万m2、密目网苫盖7.11万m2。

（3）彩条布分隔表土。表土和生土在堆放时中间用彩条布进行分隔，合计隔离表土面积0.69万m2。

（4）干砌石拦挡。对于管线穿越柏全山段，由于管沟开挖无土方，均为石方，无法进行编织袋装土拦挡，因此对钻爆出来的石方进行人工挑拣，选择较为平整的作为临时拦挡，拦挡断面与编织袋拦挡相同，即上顶宽0.5 m、高0.6 m、坡比1∶0.5。干砌石拦挡长度共计3 400 m，干砌石2.31万m3。

4 穿越工程区防治措施

4.1 工程措施

（1）表土剥离。管沟开挖前，对穿越工程占用的耕地、园地进行表土剥离，其中耕地剥离厚度30～35 cm、园地剥离厚度20～30 cm，剥离的表土和生土堆放在穿越工程管沟开挖两侧空地或就近堆放于管线作业带。经合计，表土剥离面积2.11 hm2，表土剥离量0.24万m3。

（2）表土回填。对表土剥离区域在施工结束后回填表土，回填厚度为耕地30 cm、园地20 cm，林地和草地根据表土剩余情况确定回填厚度，且不小于剥离厚度。表土回填面积共计2.11 hm2，回填表土0.24万m3。

（3）土地整治。施工结束后，对穿越工程占用的天然草地进行土地整治，土地整治1.57 hm2，回填表土0.24万m3。

（4）土地复垦。施工结束后，对穿越工程占用的耕地和园地进行复垦，面积0.14 hm2。

（5）河床整平。对于河流开挖穿越占用的滩涂，施工结束后全部进行场地平整压实以保障河流行洪，河床整平压实面积共计1.68 hm2。

（6）边坡防护。施工结束后，对河道两岸施工作业带开挖形成的边坡采用植生袋内填草籽进行防护，边坡坡比为1∶2，植生袋防护厚度为0.5 m。边坡防护面积1 130 m2，植生袋565 m3。

4.2 植物措施

对穿越工程防治区设计的植物措施为草地恢复和边坡防护植草。

（1）草地恢复。施工结束后，对天然地和荒地采用人工促进恢复模式进行植被恢复，草种选择碱蓬、披碱草混播，播种量均为80 kg∕hm2。草地恢复面积共计0.08 hm2。

（2）边坡防护植草。边坡防护面积为400 m2，植生袋内草种选择碱蓬、披碱草混播，播种量为80 kg∕hm2，共需草籽量3.2 kg。

（3）植草技术。整地、播种、抚育管理等与戈壁沙漠区相同，后期加强植物措施的养护和管理。

4.3 临时措施

（1）临时拦挡。该区穿越河流、沟渠、公路等管沟开挖临时堆土和表土采取编织袋临时拦挡进行防护。临时拦挡与管沟开挖同步进行，编织袋装土优先考虑表土，剩余表土堆放在生土外侧。拦挡设置在临时堆土四周，高1 m，顶宽0.5 m，内外坡比为1∶0.5。施工时，先用管沟开挖土石装入草袋，码砌成梯形拦挡，施工结束后拆除填入管沟并整平，临时拦挡长度共计1 068 m。

（2）临时苫盖。临时堆土除外侧编织袋临时拦挡外，设计对顶部和裸露边坡采用密目网或彩条布苫盖，考虑到风力和土壤类型，临时苫盖采用彩条布，并用编织袋装土压实固定，其余部分苫盖采用密目网。彩条布以重复利用3 次计，密目网以重复利用5次计，临时苫盖面积为4 295 m2。

（3）彩条布分隔表土。表土和生土在堆放时中间用彩条布进行分隔，合计彩条布隔离表土面积770 m2。

（4）临时排水沟。穿越大中型河流开挖时，针对河床开挖含水量较高段，需在平台和开挖边坡布设临时排水沟。临时排水沟采用梯形断面，尺寸为30 cm×30 cm，坡比为1∶1，长度为1 455 m。

（5）沉砂池。平台临时排水沟两端封闭，排水沟内积水用水泵抽排进入沉砂池[4]；临时堆土排水采用自流进入沉砂池。沉砂池位于管沟开挖和临时堆土之间，尺寸为6.0 m×3.0 m×1.6 m（长×宽×深），共布设2 座。后期施工时，穿越河流建议在枯水期施工，减小扰动范围，减少河流淤积。

5 特殊地段管道敷设防治措施

本工程特殊地段主要为并行敷设段、农田段、低山丘陵段和规划区段，分别采取相应措施进行水土保持防护。

5.1 并行敷设段

本工程与西气东输一线、西气东输二线、西气东输三线等多条管道长距离并行敷设，长度243.5 km。在地形开阔段，与已建管道并行间距不小于30 m；局部受限地段，与已建管道并行间距不小于20 m；对于避让高压铁塔、敏感区等特殊位置，与已建管道并行间距不小于10 m；开挖穿越小型河流、沟渠等地段，与已建管道并行间距应根据新建管道的埋深进行计算，使已建管道位于施工影响范围以外。作业带宽度根据地形和地质情况确定。

5.2 农田段

管沟开挖前，首先进行表土剥离，厚度为30～35 cm，对于地表以下30 cm 厚的生根层耕植土（熟）要分层开挖、分别埋放、分层复原。管沟应当在管道安装完毕后及时进行分层回填，地表30 cm 以下的回填土层应分层压实，经过坡地起伏段时应设置草袋装土拦挡，以避免将来农田灌溉大量顺管沟渗漏的情况发生。生土回填处理完毕后，再将30 cm 厚的熟土回填，不得掺杂其他回填材料（如碎石、硬质土块等）。尽量避免冬季回填，如必须在冬季回填，回填土中严禁夹有冰雪，冻土回填前应进行粉碎，回填细土所用粉碎冻土块最大粒径不应超过20 mm，回填土不得含有冻结的腐殖土或泥炭质及大块冰雪。回填细土后，上部回填土用的冻土块或原土石方粒径不应超过250 mm。

5.3 低山丘陵段

管道为顺坡敷设，无横坡敷设。当管道与已建管道并行间距较小时，拓宽原有管道作业带；当管道并行间距过大时，重新开辟作业带。管沟爬坡坡度较缓时，管沟敷设采用沟下焊接[5]，管沟土石方直接堆放于管沟一侧，并进行适当拦挡即可；对于坡度较陡的山坡地段，管沟一侧堆土，另一侧挖机设备通行，管道采用沟下焊接，使用卷扬机或运管小车进行沟下布管。吊管机等设备无法停放的斜坡采用整体预制吊装法、牵引法等。管沟回填要求采用编织袋装原土回填至管顶0.5 m，然后回填原土；石方、碎石、卵砾石管沟在沟下布管前应首先铺垫0.3 m厚的细土，袋装细土应压实、平整，管道两侧及管顶以上0.5 m范围内均采用袋装细土回填，然后回填原土。回填的原土石方石块的最大粒径不得超过250 mm。