从打铁乡段水毁看山区河谷段管道易出现的问题及解决方案

何明华

简  介：输油管道铺设在山区、河谷、冲沟段，穿越问题比较突出，普遍都存在管道地质灾害问题，尤其是水毁危害问题，以西南成品油管道黔南作业区都匀站辖区打铁乡段河谷为例：临近汛期以过去10年的维护实践，对该山区河谷段管道水毁情况进行总结和分类。河谷水流的冲刷侵蚀及河道改变、人类建设工程活动等是管道在该河谷段水毁的主要因素，灾害表现形式分为漂管危害、悬空危害、推移危害和撞击危害4类。以实际经验总结出各水毁类型的形成条件及危害特征，并以此提出有针对性的解决方法。针对各种方案提出了简明的示图及适用条件，以期对类似山区河、沟谷段地形铺设的管道在运营中的安全维护提供参考。

一、 打铁乡山区河谷段水毁现状

西南成品油管道沿线经过的区域地形地貌特征是山区河谷多样，特别是贵州省黔南州贵定境内的打铁乡河谷段特征明显。管道在河谷中铺设长度约9公里（2.1公里沿河中顺直铺设），穿越河道共36 处，运行近11年，截至2015年8月，各类型水毁点共计45处，河道段水毁约占91％；共造成损失及后期整改投资约千万元。典型水毁如：2015年6月，打铁乡段管道DG023+100米处洪水冲刷露管并致防腐层严重破损（图1、图6），形成漂管。因此，河谷段水毁是输油管道水毁危害的主要部分，如何有效防治河谷段水毁灾害对管道的安全运营至关重要。

二、 河谷段水毁作用方式

洪水湍急的冲刷、侵蚀及河道摆动是造成输油管道在河谷段水毁的主要动力因素。河谷段水毁的主要作用方式包括：河床下切、河岸侧蚀、泥石流以及人类工程建设活动4类。

1 、河床下切作用

河床下切易引起河势不稳定，导致河床的容砂和容水空间加大，冲刷河底可能出现深槽现象，造成管道悬空。同时，在洪水水流作用下，穿越河道的管道覆盖层被明显冲刷减薄，甚至使管道发生外露。管道一旦外露，不仅受山洪水流的冲击，而且受水流携带的大量石砂和砾石的撞击和冲刷，易损坏防腐层，并可能导致管道弯曲甚至断裂，严重威胁管道运行安全（图2）。

2 、河岸侵蚀作用

河流拐弯处凸岸最易受到水流的侧向冲刷和侵蚀作用，常引起河岸坍塌，导致岸坡不稳。这是河道发生摆动的主要原因，侵蚀严重威胁沿岸铺设输油管道的安全（图4）。

3、 泥石流作用

泥石流是一种由液相和固相构成的特殊流体。液相（直径d<2 mm 的细颗粒与水流）以紊流运动为主； 固相（直径d ≥2 mm 的粗颗粒）以推移质形式存在，推移质在流体中以滚动、滑动及跳跃的形式运动，运动过程中不断与地面泥沙发生交换。泥石流爆发时，会对沿途河谷产生强烈的侵蚀作用，在运动过程中液相部分对沟岸进行剧烈冲刷，固相部分对沟岸进行强烈撞击，最终导致沟岸边坡失稳破坏。泥石流對河沟段侵蚀作用的基本形式仍为下切作用和侵蚀作用，只是强度更大。

4、 人类工程活动作用

贵定县昌明镇打铁乡段至今各项建设施工工程接踵而至，首先是黔桂铁路、贵广高铁、夏蓉贵都高速、风力发电、矿资源开采、村民建房、旅游开发等。河道内开采砂石、建造建筑物、修砌水工等人工建设活动都会改变河沟道原始径流环境，人为直接或间接打破了自然条件下的平衡状态，导致原顺直河道发生弯曲变道、过水断面狭窄、通水不畅，加剧水流的冲刷下切和纵横向侵蚀作用，雨季一旦来临，很容易形成新的水毁危害。

三、水毁危害的类型

水毁是山区河、沟谷段管道的主要危害，对管道的危害形式分为漂管、悬空、推移和洪流携砾石撞击4 类。

1、 漂管危害

漂管是指采用大开挖直埋方式穿越河流或湖塘的管道，由于水位暴涨、冲刷、侵蚀或人工活动等作用导致管道上方覆土厚度不足形成裸露段而产生的漂浮现象。管道为薄壁钢管，当裸露长度达到某临界值时，在浮力作用下，管道容易漂浮弯曲变形；若变形超过管材的屈率极限，将引起管道损坏破裂，酿成管道事故。2015年6月28日，贵定县昌明镇打铁乡段山区遭遇连续强降雨，山洪使该段输油管道经过的打铁河谷水位暴涨，形成长距离漂管危害。

2、 悬空危害

悬空是指采用大开挖直埋方式穿越河流的输油管道与河床表面不发生直接接触的悬空段。悬空改变了管道的受力状态，尤其是管道悬空段在水流的绕流作用下，常伴有周期性的涡漩，如出现此种情况，极有可能导致管道出现疲劳扭曲损伤等，一旦河流中管道出现该情况将对管道的危害很大（图7）。

3、 管道推移危害

山区河谷段管道若埋深不足，易受短时强水流（泥石流）的冲击。管道与管周覆土受到冲击向下游移动，管道不断向下游及上方屈曲，其后砂石不断填充管道屈曲遗留下的空隙，造成管道位移量不断增大，若此时冲击作用未终止或管道未得到进一步得稳管加固，极有可能因屈曲位移量较大发生管道损毁事故（图8）。

4、撞击危害

撞击对管道的危害多出现在山区河谷，短时强水流夹杂大量砾石移动具有较大的冲击力，穿越河谷、沟谷段管道一旦覆土不足甚至出现裸露情况，将受到极大的威胁，小而多的砾石可能损毁管道防腐层及光缆，大直径的砾石可能造成管道表面凹陷、产生裂纹甚至出现击穿管道的情况 。

四、解决办法及方案

1、直接工程防护方案

直接工程防护的主要目标是管道本体，对其进行直接保护，避免受到直接接触式损伤。

（1）箱涵。适用条件：山区河流沟谷，易发山洪、水（泥）石流的河沟道；结构材料：钢筋混凝土。

（2）U形槽。适用条件：山区季节性河、沟谷，不适用于：山洪频发及河道水流量流速较大的河道，结构材料：钢筋混凝土预制构件。

（3）硬覆盖。适用条件：山区河谷段，水流量和流速较大的河道；结构材料：钢筋混凝土、浆砌石。

（4）石笼。适用条件：易发一般性洪水，山洪、水（泥）石流规模较小的河道；结构材料：钢筋笼， 大石块；属于临时性防护结构。

2、间接防护及方案

间接防护方案的主要目标是改善管道所处环境， 从而提高管道的安全性。分为稳定河床结构（如建拦沙坝、淤积坝、河底硬化等）和稳定河岸坡结构（如加固护岸挡墙、挡水墙、定期疏通河道、降低河床与河岸管道高度等）。

（1）拦沙坝、淤积坝。适用条件： 山区河谷，易发山洪、水（泥）石流的河道；结构材料：钢筋混凝土、素混凝土、浆砌石。

（2）河底硬化。适用条件：山区河谷，水流量流速较大的河道；结构材料：混凝土预制构件、浆砌石。

（3）护岸挡墙。适用条件：存在侧蚀威胁或向岸侵蚀的河道岸坡。结构材料：混凝土、浆砌石。

五、 结论

基于华南管网茂昆线西南成品油管道黔南作业区贵定县昌明镇打铁乡段河谷几次水毁灾害的现实，总结了山区河谷段水毁的作用方式、管道水毁危害的类型及解决方案，得出以下结论：

（1）山区河、沟谷段水毁的作用方式包括河床下切作用、河岸侧蚀作用、泥石流作用及人类工程建设活动作用。

（2）山区河、沟谷段水毁对管道的危害形式分为漂管危害、悬跨危害、推移危害和洪流携砾石撞击管道4类危害。

（3）山区河、沟谷段管道水毁的解决办法及方案可分为直接和间接两大类，各方案均有其不同的适用条件及防护目标，应根据水毁条件因地制宜，发挥主观想象、选取恰当的防护结构。

作者单位：国家管网集团华南分公司贵州输油部