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黄土地区天然气管道建设工程水土流失特征解析

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：黄河1 刘志伟2

[导读] 摘要：天然气管道建设工程为线状工程，并与输气站场及各类穿越工程的施工场地相连，工程水土流失随之呈串珠式线状分布。

        1.中国石油化工股份有限公司天然气榆济管道分公司山东济南 250101；
        2.北京中地华安地质勘查有限公司北京 100085
        摘要：天然气管道建设工程为线状工程，并与输气站场及各类穿越工程的施工场地相连，工程水土流失随之呈串珠式线状分布。工程建设过程中的管沟开挖、管道敷设、穿越（穿越河流、铁路、公路等）工程、伴行路与施工便道的筑建等都会不同程度地扰动地表，破坏植被，加大人为新增水土流失。在工程建设过程中将有大量土石方开挖、回填、破坏地表植被，增大地表裸露面积，产生大量弃土石渣。本文对不同情况下水土流失特征进行解析。
        关键词：水土流失；天然气管道；黄土地区
        Analysis on the characteristics of soil erosion in natural gas pipeline construction in Loess Area
        HuangHe1 LiuZhi-wei2
        1.Natural Gas Yuji Pipeline Branch，China Petrochemical Corporation，Jinan 250101，Shandong，China
        2.Beijing Zhongdi Hua 'an Geological Exploration Co.，LTD.Beijing 100085 China
        Abstract：The natural gas pipeline construction project is a linear project，and it is connected with the gas transmission station yard and the construction site of various crossing projects.The soil erosion in the project then presents a beaded linear distribution.In the process of engineering construction，trench excavation，pipeline laying，crossing（crossing rivers，railways，highways，etc.），construction of accompanying roads and roadways will disturb the earth's surface to varying degrees，destroy vegetation，and increase artificial soil and water loss.In the process of engineering construction，there will be a lot of earth and stone excavation，backfill，destroy the surface vegetation，increase the surface exposed area，produce a lot of abandoned earth and stone slag.This paper analyzes the characteristics of soil and water loss under different circumstances.
        Keywords：soil erosion，natural gas pipeline，loess area
        1研究区概况
        本文选取榆济管道穿越黄土丘陵沟壑区水土流失严重地段开展研究。行政区域涉及陕西省佳县、山西省临县、方山县及吕梁市离石区；地貌单类型属黄土丘陵沟壑区，是吕梁山地向黄河峡谷的延续地段，由于千百年来的风化切割，地表支离破碎，水土流失严重，形成了沟壑纵横的地貌。
        2 管道工程水土流失特征分析
        管线工程的水土流失主要发生在工程建设期，以开挖管沟形成的临时堆场和弃土弃渣场（点）为主，其点散而多，且因其呈线状分布，水土流失也呈线状分布，其形式和强度因施工方式，包括管沟敷设、顶管穿越、定向钻穿越及大开挖不同而有所变化。
        主要水土流失表现形式有：弃土弃渣点和扰动地表（如材料的临时堆放占地、施工临时便道），土壤颗粒因经机械施工扰动后被雨水冲刷或风力侵蚀搬运；在管道开挖和回填过程中，扰动和破坏耕作层土壤结构，造成土壤肥力下降、土地生产力降低；穿越公路、铁路、河流、水利工程等时，施工会产生弃土和废弃泥浆被冲蚀或流失。
        管线工程自然恢复期要求水土流失强度逐渐降低，直至恢复到施工前的水土流失状态。实际上，在自然恢复期，坡面出现大量的侵蚀沟，管道附近形成崩塌及陷穴；穿越工程（河流、公路、铁路等）在降雨及流水的冲蚀条件下边坡垮塌，回填土容易被冲开；依靠山体的伴行路和临时便道易被冲毁，且伴行路的排水沟易堵塞，进而损毁路面；由于水土保持植物措施的滞后性，在植被恢复初期，坡面裸露，在雨水冲刷下破坏地表，造成大量的水土流失。
        3 管道建设运营不同阶段水土流失特征解析
        3.1施工准备期及施工期
        在管道作业带内进行管沟开挖、回填和施工等，破坏原有地貌及植被，扰动地表造成水土流失。施工作业带水土流失呈线状分布，虽然单位长度或局部水土流失量不太大，但由于工程线路长，水土流失总量较大。
        （1）管线施工作业进行管沟开挖、回填等施工时，常常要将富含有机质的表土进行剥离，破坏大量农田、果园和林地等，造成土地生产力的下降和一定的土壤损失。
        （2）管线的开挖、回填等施工破坏了管道沿线的地表覆盖物（包括植被及地表枯枝落叶层），降低了林草覆盖度，造成大量的土地裸露，土壤失去植被保护，将直接遭受雨水的击溅、剥蚀、冲刷，极易产生水力侵蚀，为水土流失创造了条件。
        （3）由于管线的敷设先是将管沟开挖—回填阶段若遇降水，水土流失将沿管沟大量产生。由于黄土丘陵沟壑区特殊的地貌状况，水土流失在坡地条件下的侵蚀量远远大于水平地段，在一定的范围内，地面的坡度越大，径流速度越大，水流冲刷能力越强，水土流失就越严重，
        （4）表土堆放在管沟开挖料外侧，深层土堆放在管沟开挖料内侧，在整个堆放过程中由于大风和降水而产生土壤养分的降低和土壤颗粒的搬运，产生大量的水土流失，水土流失量的变化随风速和风向以及降水量和降水强度而发生变化。
        3.2 自然恢复期
        施工作业带在进行表土回填及林草地恢复措施之后进入自然恢复期，这个时期内要求水土流失强度逐渐降低，直至恢复到施工前的水土流失状态。实际上，在自然恢复期，坡面出现大量的侵蚀沟，管道附近形成崩塌及陷穴，造成严重的水土流失，致使管道裸露或悬空，威胁管线的安全运行。
        （1）由于水土保持植物措施的滞后性，在多次降雨之后植被才逐渐开始恢复，一部分植物种子被雨水冲走或由于雨水的浸泡等而失去生长条件，大部分由于示范区的气候条件较为恶劣，而没有成活，致使植被恢复效果降低，水土流失加剧。这一时期降水对作业带的侵蚀作用非常强烈，集中的降雨冲刷坡面产生侵蚀沟，且在地面坡度较大的切沟地段，暴雨径流极易汇集成较大山洪或集流，冲毁输气管线的覆盖土层，形成冲沟，致使管道裸露或悬空。
        （2）管道穿越地段主要为农耕地和牧草地，是当地农民赖以生存的基本生产资源，管道开挖和回填损坏农田土层结构，即使修复，短期内也难以恢复地力，影响当地农业发展。
        （3）在恢复期，由于7、8月份的强降雨，雨量集中，草袋和挡墙未能发挥其作用，大量的泥沙被水流冲走，致使排水沟堵塞，降雨沿整个坡面和沟道进行冲刷，造成严重的水土流失，其中对施工作业带区域的土壤侵蚀最为严重。
        （4）示范区黄土具有湿陷性，在一定的压力作用下受水浸润后，结构迅速破坏而易出现冲沟、陷穴、崩塌及滑坡等。恢复期管道周围常形成很多陷穴，陷穴被雨水冲刷逐渐连接起来形成沟道，沟头下切，造成大量的水土流失，并致使管道裸露或悬空，威胁管道的安全运行。
        （5）在施工准备期和施工期，距管线较远距离有一部分侵蚀沟，随着时间的推移，侵蚀沟的沟头不断前进，造成大量的水土流失，在恢复期沟头仍然前进，并逐渐威胁管道的安全。
        3.2 穿越工程（穿越河流、公路、铁路）
        示范区穿越工程多次穿越公路、铁路、河渠、冲沟、大中型河流及特大型河流，通过分析穿越工程的施工工艺及水土保持措施布设，从施工准备期及施工期、自然恢复期两个方面分析穿越工程的水土流失特征。
        输气管道线路长，所经地形复杂，地貌多样，工程采用埋地敷设、中型河流穿越、小河、干渠穿越、铁路、公路穿越、管道与通信电缆、光缆和现有管道多次交叉等不同施工工艺和施工方式，造成的水土流失强度不同，形式各异。大开挖穿越大型河道时，将会对下游河道造成影响，确定下游50m为直接影响区。
        3.3施工准备及施工期
        管线穿越工程在进行河流穿越、公路穿越和铁路穿越时，定向钻施工会产生废弃泥浆，如不采取保护措施，废弃泥浆会四处溢流。在采用顶管施工时会产生弃土，弃土的临时堆放也易产生水土流失。并且，管道开挖工程会直接产生大量的土石方，尤其是河流穿越开挖，会产生大量的水土流失。
        （1）公路、河渠、冲沟及大、中型河流多采用大开挖的穿越方式，是造成水土流失的重要地段，尤其在常年流水的河道或洪水期施工，管沟开挖出的土渣或钻孔灌注桩施工排出的泥浆都可能被水冲蚀。为防止河水直接冲刷施工场地影响施工，跨河管线、桥墩基础等施工时一般先使用围堰进行导流，围堰疏窄河床后，水流冲力会增大。土石围堰在填筑与拆除过程中，由于土体受搅乱和水流冲刷双重作用，冲蚀现象会更加严重，加上围堰拆除是在水下作业，清除不彻底还会有残留泥沙存在，其危害是污染河水，淤积河床，最终导致降低河道排洪能力，引发洪水灾害。

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在边坡开挖或填筑过程中，如果施工不当，尤其在破碎岩体地段施工时，很容易破坏坡体支撑，而引起崩塌、滑坡，产生严重的重力侵蚀。即使是稳定坡面，一般由于坡陡、土质结构差，无植被覆盖，也会成为面蚀、细沟侵蚀或风蚀严重发生的地段。大开挖施工过程中产生大量的弃土弃渣，处置不当会污染水体，堵塞河道，对河流冲沟的行洪和河床抬高淤积产生不利影响。大开挖还会扰动河流岸坡和沟槽结构，易引起沟岸冲刷和沟床下切，造成严重的水土流失。
        （2）山体隧道穿越工程施工期间，产生的弃土弃渣无法同时运出，会在洞口临时堆置一段时间，此间如遇暴雨，会与其它地段堆放的土体一样产生严重的面蚀和细沟侵蚀。洞脸处由于坡体切削，加上开挖隧洞时爆破的震动，还可能产生崩塌、落石等重力侵蚀。处置不当会加剧当地水土流失，阻碍地表径流，占用耕地；隧道修筑要改变地下径流方向和排泄条件，可能造成隧道顶部区域地表漏水、井泉疏干、地表塌陷或植被枯萎等环境破坏。
        （3）定向钻施工作业需临时占用土地且产生大量的弃渣和废弃泥浆，在运输和堆积的过程中产生大量的水土流失，沿线堆积的弃土弃渣，如缺乏必要的防护措施，亦易冲刷流失，埋压农田，淤积下游河道。开挖的边坡，易于导致崩塌、滑坡等重力侵蚀。管线多次穿越河流、铁路、公路等，对岸坡稳定可能造成不利影响。定向钻施工作业产生的弃渣和废弃泥浆也易流失。
        3.4自然恢复期
        （1）管道穿越冲沟、河渠及大中型河流时，在水流冲蚀下，回填土容易被冲开，导致管道出露架空，在降雨及流水的冲蚀条件下，边坡会进一步垮塌，造成严重的水毁灾害，威胁管道安全。
        （2）示范区地面破碎，沟壑纵横，管道穿越地段位于坡面及坡底处易发生水土流失，由于黄土的湿陷性，坡面多出现陷穴，随着水流的冲刷，陷穴逐渐连在一起形成冲沟，冲沟不断发育，破坏整个坡面的稳定性，进而坡体发生滑塌、导致管道露管、失稳甚至破裂，造成大量的水土流失且严重威胁管道的安全运行。
        （3）管道在穿越高速公路及铁路段，公路或铁路局部边坡发生垮塌，降雨条件下易形成冲沟，进而造成严重的水土流失并威胁道路的安全。
        （4）由于水土保持植物措施的滞后性，在植被恢复初期，坡面裸露，在雨水冲刷下破坏地表，造成大量的水土流失。
        4 施工道路和检修道路水土流失特征
        工程施工过程中，车辆运输主要依托已建乡村公路、省道和施工作业带，为使管材和建筑材料到达施工现场以及将来管线的维护，对于无公路、铁路和简易道路可利用处，需修筑一定长度的伴行路，以满足施工车辆进入施工场地和管线维护车辆到达现场的要求。伴行路是依主体工程的要求沿管线修筑的永久性道路，按砂石路面、四级公路标准设计。
        为使管材和建筑材料到达施工现场，弃渣运到弃土（渣）场，对于无公路、铁路和简易道路可利用处，修建施工便道108km，占地面积64.8hm2，施工便道为临时性设施。
        施工道路和检修道路水土流失特征类似于公路建设项目，造成的水土流失路线长、强度大、难以监控和防范，特别是在山丘区施工道路和检修道路的边坡开挖容易造成较大的水土流失，容易出现挂渣问题，治理难度较大。
        4.1 施工准备及施工期
        （1）道路建设过程中会破坏大面积的地表植被，且会产生大量的挖方和填方，原有表土与植被之间的平衡关系失调，使砂、土、石暴露于地表，在雨滴击溅、地表径流及风蚀作用下，产生大量的水土流失。
        （2）在管道开挖及穿越铁路、公路及河流过程中，会产生大量的挖方堆土，因受地形和运输条件限制未能立刻运往填方段或弃（土）渣场，道路两旁出现大量的弃土弃渣，虽然对这些弃土弃渣采取了一定的临时措施，但一时还难以完全奏效，会产生新的水土流失。
        （3）在伴行路或临时道路建设过程中，会开挖山体，破坏土壤的稳定性，在暴雨和重力作用下，容易诱发滑坡、坍塌和泥石流等重力侵蚀的发生。
        （4）伴行路或临时道路一般沿坡体而建，通常是上部削坡产生土渣，倾倒至坡体下端形成填筑边坡，切削部分容易引发崩塌等重力侵蚀，填筑部分由于土体疏松，面蚀、细沟侵蚀都很严重。更严重的是在将土渣往下边坡倾倒过程中，土渣顺坡流泻，会形成比路宽多几倍甚至几十倍的斜坡面，破坏植被，产生十分严重的水土流失。
        4.2 自然恢复期
        伴行路是永久占地，在自然恢复期，伴行路仍然处于运行状态；临时便道是临时占地，自然恢复期进行迹地恢复。
        （1）伴行路的排水沟在大暴雨情况下或随着时间的推移会发生堵塞，进而损毁路面，产生严重的水土流失。
        （2）由于水土保持植物措施的滞后性，临时便道在迹地恢复过程中会长期产生水土流失，伴行路两旁的行道树在长成之前同样会产生水土流失。
        （3）一些伴行路和临时便道依靠山体或位于山坡上，降雨形成的坡面径流会冲毁道路，形成大量的水土流失。由于黄土的湿陷性，坡面上有一些陷穴及冲沟，在降雨的冲刷作用下，陷穴逐渐连在一起形成新的冲沟，冲沟不断发育，破坏整个坡面的稳定性，进而坡体发生滑塌、破坏伴行路及施工便道，进一步导致管道露管、失稳甚至破裂，造成大量的水土流失且严重威胁管道的安全运行。
        5结论
        （1）示范区涉及陕西省佳县、山西省临县、方山县及吕梁市离石区；地貌单类型属黄土丘陵沟壑区。
        （2）管道建设不同阶段主要水土流失表现形式有：弃土弃渣点和扰动地表（如材料的临时堆放占地、施工临时便道），土壤颗粒因经机械施工扰动后被雨水冲刷或风力侵蚀搬运；在管道开挖和回填过程中，扰动和破坏耕作层土壤结构，造成土壤肥力下降、土地生产力降低；穿越公路、铁路、河流、水利工程等时，施工会产生弃土和废弃泥浆被冲蚀或流失。
        （3）施工道路和检修道路水土流失造成的水土流失路线长、强度大、难以监控和防范，特别是在山丘区施工道路和检修道路的边坡开挖容易造成较大的水土流失，容易出现挂渣问题，治理难度较大。
        参考文献：
        [1]樊玲丽，李盛，华清.管网工程水土流失预测方法及防治措施[J].江西水利科技，2020，46（01）：66-69.
        [2]武海峰.晋西南地区天然气管道工程的水土保持措施及防治效果分析[D].西北农林科技大学，2019.
        [3]冀瑞瑞.线型输气管道工程水土保持措施研究——以岚县—太原输气管道工程为例[J].山西水土保持科技，2019（02）：41-43.
        [4]焦金鱼.小流域治理中水土保持技术应用的研究[J].现代农业研究，2018（11）：16-17.
        [5]王继成.天然气长输管道建设及正常工况下的环境影响分析研究[D].中国石油大学（华东），2017.
        [6]王永炎，林在贯.中国黄土的结构特征及物理力学性质[M].北京：科学出版社，990.
        [7]刘毅.伊犁黄土滑坡特征、成因及稳定性分析.石河子大学新疆石河子；2015.
        [8]王念秦.黄土滑坡的基本类型与活动特征.甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，甘肃兰州；成都理工大学环境与土木工程学院四川成都；2002.
        [9]吴玮江，王念秦.黄土滑坡的基本类型与活动特征[J].中国地质灾害与防治学报，2002，13（2）：36-40.
        [10]王念秦，张倬元.黄土滑坡灾害研究[M].兰州：兰州大学出版社，2005.
        [11]李智毅，颜宇森，雷海英.西气东输工程建设用地区的地质灾害.地质力学学报.中国地质大学北京；中国地质环境监测院，北京；2004.
        [12]徐张建，林在贯，张茂省.中国黄土与黄土滑坡.岩石力学与工程学报.西北综合勘察设计研究院，陕西西安；西安地质矿产研究所，陕西西安；2007.
        [13]王志荣，王念秦.黄土滑坡研究现状综述[J].中国水土保持，2004.
        [14]张龙飞，董斌.地下油气管网建设中的若干地震安全问题浅析——以平陆城区为例[J].山西地震，2016（04）：27-31.
        [15]张龙飞，韩晓飞，史双双.2020.太原盆地田庄断裂几何特征及活动性分段研究[J].地球物理学进展，35（3）：1205–1216，
        [16]李春荣，黄骁，孔繁玉.某深基坑工程勘察中地下水的影响评价[J].城市地质，2015（S2）：73-81.
        [17] 向贤华.基于流固耦合作用的富水砂卵石地层深基坑变形特性分析[J].铁道标准设计，2016，60（6）：80-84.
        [18] 何旭龙.深基坑边坡稳定性及支护技术研究[J].山西建筑，2014，40（11）：104-106.
        [19]杜时贵，程俊杰，王思敬.岩体的基本构成——结构面和结构体[J].工程地质学报，2000（S1）：305-308.
        [20]包永兴.边坡稳定性分析中主要影响因素的判别[J].四川水利，1998，19（3）：49-52.