1、我国长输管道水工保护分析摘要:水工保护作为长输管道中不可缺少的一部分，对于管道的保护作用日渐突出，同时水工保护也是一种重要的环境治理措施，是管道建设中水土保持的重要组成部分; 为了确保今后长输管线的安全运行，本文介绍了水工保护的概念及发展，并根据我国长输管道工程建设中经常遭受水害的实际，分析其原因，并由此提出对长输管道相应的水工保护方案。关键词： 水工保护 长输管道 水工保持 水害1 管道水工保护的概念及发展1.1 管道水工保护的概念长距离管线经常与河流交叉，处理交叉的施工措施主要分为穿越和跨越。所谓穿越就是将管道从河底穿过，就管线的水工安全来看，这种穿越工程显然有两方面问题:一是当河流河床持
2、续冲刷下降时，原来埋设在河床下面的管道有可能裸露悬空，水流冲刷导致管线断裂，水工保护就是防止河床的持续冲刷;二是河床的侵蚀后退使管道爬伸段裸破坏，则需要保护河岸，避免持续后退导致管线外露进而威胁管道安全。所谓跨越是指将管道架空，不与河床发生关系，这种跨越管道的水工保护主要是防止河岸后退，危害两岸管道支撑建筑物的安全。另外，还有一类很特殊的由水流冲刷形成的水工保护问题，管线与河流不相交，但由于河岸侵蚀，河流摆动，一定条件下也有可能使原来埋设于地下的管道重新裸露，造成架空出现。在以上几种形式中，通过一定的工程措施达到保护管道不被冲毁的一切水工设施就称为管道的水工保护。随着管道项目的日益增多，管道的
3、水工维护已成为日常管理的重要任务之一。1.2 管道水工保护的发展长输管道的水工保护，对保障输气管道长期、安全、平稳运行起着重要作用。纵观管道工程水工保护的设计历史，最早脱胎于管道工程线路构筑物以及特殊地段的技术处理，比如四川石油勘察设计研究院( 以下简称四川院) 所编制的 “建川-2050“图集主要用于石方段山区以及水田、陡坎的地貌恢复，该类图集在特定的地理条件和施工方法下，在相当时期内对管道线路构筑物设计起到了有效的指导作用，并且在管道沿线的水土保持方面起到了显著效果。20 世纪 90 年代初期，随着长庆气田的开发，最早有针对性地进行较具规模的水工保护设计工作，始于靖边一西安输气竹道工程设计
4、，当时对黄土地区的水害治理方法借鉴了公路部门的设计经验，编制了“建 2103”，但该图集仅对一般性灰土构筑物进行了设计探索;作为一种有益的尝试和起步，使后来的陕京管线在水工保护设计工作方面得益非浅。鉴于陕京管线建设、运营的重要性，四川院在陕京管线施工过程中选派了水工保护设计小组到施工现场，针对局部水工保护的重点和难点地段进行了现场设计，其它一般地段的施工采用图集“建 2466”和“储 2162“ ，这两册图集分别针对大口径、长距离输气管道在石方段和土方段的水工保护设计。经过陕京管线自身和后来建设的类似工程的工程实践，上述两本图集设计成熟可靠，实际使用效果较好。2 管道遭受水害的各种现象及原因（
5、1）管沟沉降和塌陷管沟沉降主要是由于盐渍土地基遇水产生冻胀作用和松胀作用引起的，管沟塌陷主要是由湿陷性黄土地基和流水侵蚀共同作用下形成的。（2）水流侵蚀、冲沟下切、溯源侵蚀导致管道暴露、悬空。（3）在暴雨作用下影响管道安全的边坡滑塌。（4）覆盖层上部被径流冲刷，管道暴露。（5）管道横穿河流、沟谷，管沟遭受横向破坏，使管线暴露。3 水工保护方案为防止管道在不同的环境和地质条件下遭受水害，实际工程建设中需注意因地制宜，采用合理水工保护方案。3.1 合理选线合理选线是避免水害的根本方法。线路选择应，既满足施工要求，又节约工程、运行和辅助设施的维护费用。3.2 合理埋深管道埋深合理，可以避免汇水冲刷造
6、成裸管，同时避免人为的开挖伤及管线外防腐层及管线。如若埋深不足，只是一味的增加水土保护工程，则可能适得其反。4 实际常用的水工保护措施4.1 稳管措施管道在穿越江河湖泊及大型农田灌区时，一般要采取稳管措施，以防止在水的冲击与浮力作用下管线漂移或断裂。主要形式有复壁套管、压重块、混凝十连续覆盖层、铁丝石笼稳管等。在冲刷剧烈的河段中，这些稳管设施若没有固定，则极有可能被水冲击而移动，不但不能对管线起到稳定作用，还会给管线带来一个更大的外加载荷，增大管道的扭应力。4.2 打桩固定目前，许多管道敷设的土质构造各不同。不稳定灌区，水土易出现沉降、稀化现象，应尽量采用沉管措施。但在深谷穿越段和石方段，不具
7、备此类条件，就需要采取打桩加固法或掘岩深埋法，以保证管道的合理埋深以及稳定敷设。打桩固定最终是将管线固定于混凝土预制桩上，这种结构的整体抗冲击能力强，稳定性能好，但管线外防腐层易受冲击损坏，因此最好再配制外防护套管加以保护。4.3 锚筋加固当管线敷设在有基岩层的山区河道时，由于管沟开挖破坏了基岩原有的整体性，管沟的回填土即使采用混凝土护面保护，在高速冲击的水流作用下也会被冲走，使管线裸露、浮移。在这种情况下应采用钢筋混凝土护面加锚筋加固的方法，将管道紧紧地嵌固在基岩中。另外混凝土护面应与河床面保持齐平，使河水平缓流过，而不产生拦水面，以防在不平处产生气蚀现象。 4.4 过水堤采用过水堤主要是为
8、阻止沟谷与河道的继续下切，迫使堤上游河道挟沙淤积起来，保证管道埋深。由于这种水土保护设施提高了原有河床面，在管道下游根部形成跌水面，这样势必对管道下游形成冲刷：故此要对其根部进行消能防护。黄土地区基础比较松软，其侧蚀和塌陷情况也存在，故要对两侧边坡作防护处理。如采用石笼、抛石保护墙等。在岩石或砾石沟谷、河道中采用砌石结构时，其基础最好下至稳定的岩层上，以保证其坚固性。否则就需要采取深埋措施，以保证管道的安全性。 4.5 护坡主要形式有沙浆砌石护坡、石笼护坡、灰土墙护坡、植被护坡等。水泥浆砌石护坡适用于基础比较坚硬、常年受水冲刷易塌陷等部位：石笼护坡柔性大，工艺简便，可适应不均匀沉降，冲击较小，
9、冲击面坡度较缓的软土地基段：灰土墙护坡抗雨水冲击力强，适用于黄十冲沟两侧的防护，其施工质量要求较高，工艺技术含量也较精确；植被护坡常用于陡坡，陡坎段的管沟或易流失的沙化地带，草皮一旦长成，就可以恢复因挖管沟而破坏的生态平衡，减缓地表径流速度，起到挡沙固土作用。 4.6 丁坝和顺坝管道在变道穿越河流时其穿越处的凹岸受冲刷比较严重，通常有向内塌陷的趋势，迫使管道产生裸露现象。在这种情况下的水工保护，一方面应在管道上游一定距离内做顺坝以改变水流方向，减轻水对岸堤的冲击力：另一方面还要在凹岸处做防护墙防止水流冲刷。这类厂坝、顺坝应根据河面水流走向和河床结构而定，在平面布置时一定要控制好方向，否则就起刁
10、；到改变水流方向的作用，甚至还会使水流冲击作用增强，使其对岸堤的损坏程度变得更加严重。 4.7 挡土墙管道经过沙漠地带、灌区、黄土层带等土体不稳定地段，需要采用挡土墙进行保护。挡土墙的基本形式有浆砌石挡土墙和灰土挡土墙，浆砌石挡土墙宜建在基础较坚硬的地层上。在易塌陷段上或因采挖而形成的滑坡地段，采用何种结构形式应视所处位置和地理条件而定。同时要进行力学计算，一般在长度 1520 米处设沉降或膨胀缝，间隔 2 米设一个排水孔。挡土墙内侧填土要分层夯实。灰土挡土墙适用于黄土、软土地区，且水位较低滑坡较缓处。4.8 截水墙在陡坡、陡坎地区敷设管线时，冈坡度较陡，管沟回填土难以稳定，易被雨水冲走，从而
11、形成顺沟冲刷。通常在管沟内每隔一定距离做一道截水墙，其类型有垂直截水墙利分段砌筑截水坎。垂直截水墙从管底做起并露出地表适当高度，以便将坡面汇水排离管道两侧：分段截水坎是沿管道高线方向在管道上部一定间隔范围内采取的一种分水设施。当坡面较陡且较长时还可在管沟表面补做水泥浆砌石护面或移植草皮来加强防护。 4.9 排堵结合的方法排堵结合的方式可以有效地控制管线附近水流方向，使其不致对管道造成危害。这种方式一般要视地形情况而定，对流经管道附近的一些冲沟，如果在其上游远离管道处有可以排水的通道，则可以切断上游来水，采用引水挡坎将水流引走，使管道附近的水流消失或流速减缓。或采用水泥浆砌石护壁，护坡将整个管线
12、包围在砌石面之内，在间隔一定距离修筑排水沟，将沿管线护面流下的水引至管道之外这样也可以达到防护的目的。4.10 防沙格当管线途经沙漠地带时，由于其地理位置和气候条件所限，其交通运输水源有限，同时风沙较大，风力很容易将管沟上的浮沙刮走使管道裸露。其次，在暴雨期洪水更容易将管沟内的浮沙冲走，使管道架空浮移，产生一定的径向扭应力，这样很容易形成断管事件的发生。为防止这些自然灾害的侵犯，人们采用防沙草格将管线上的浮沙与周围的沙土固定在一起，同时在管线上的沙土上种植一些耐旱的沙漠植被以防沙土流失。 4.11 固定墩在坡降大或其它易造成滑坡的沟谷、陡坡地段，由于地形刁；稳定，或在洪水的冲刷作用下易产生塌陷
13、，同时管道在自身的重力作用下容易架空裸露，而且产生很大的轴向拉应力，可能形成暴管事件，这就要求在管线等高线方向上修筑固定墩。固定墩必须修筑在坚定的基准岩石或黄土层之已将管道牢固地包嵌在地层之中，以消减可能产生的拉应力。5 结论长输管道经过地段的地形、地貌、地质结构一般较为复杂，所以选线时，管线应尽量走山脊或平坦地区，交通方便之处，避开易遭水害地段；必须采用水工保护措施的管段，是由一项水工保护措施单独使用还是由几项水工保护措施组合使用，需根据具体条件决定。为确保长输管道的安全运行，水工保护是一项艰巨的、综合的保护治理措施，同时水工保护也是一项长期的工作，需要从思想上高度重视，施工上严格要求，质量上严格把关，同时要作好巡查工作，做到汛前预防，汛期观察，了解水情，汛后及时检查，发现问题及时补防。
