付 亮 劉國棟

（1、中國地質(zhì)大學（武漢）工程學院，湖北 武漢 430000 2、長江三峽勘測研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

1 前言

我國各種能源資源在地域分布上都具有不同程度的不平衡性，能源由北而南和由西而東的大量運輸是長期存在的基本態(tài)勢。管道輸送是當代能源運輸?shù)闹饕绞?，利用長距離管道輸送油、氣、煤等資源已成為當今世界解決能源輸送的最主要手段。

長輸管線在設(shè)計、施工過程中會充分考慮繞避，但仍不可避免地會穿越一些雨林沼澤、山地等氣候惡劣、環(huán)境條件差的地區(qū)。由于受場地環(huán)境的影響，管線經(jīng)過山區(qū)山勢陡峻，溝谷深切地帶，往往沿著山區(qū)沖積性河流來回穿插敷設(shè)，水流對來回穿插敷設(shè)較淺的輸氣管道安全構(gòu)成威脅，因此對長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流的治理措施進行研究十分必要。

2 工程概況

忠武輸氣管道是中石油從渝東向華中地區(qū)輸送天然氣的一條國家重點線路工程，管線總長1345km，工程于2004年12月初主體工程竣工。研究河段位于輸氣管道在樁號301+477～316+711間沿榔坪河延伸段。

管道在榔坪河谷內(nèi)以挖溝掩埋方式鋪設(shè)，管道軸線與主河槽的關(guān)系分為并行、橫穿、斜穿、順河四類。管道埋深一般1.6～2.0m，穿主河槽處埋深一般0.42～1.45m。

在管道埋設(shè)之后的幾年時間，主河槽多次改變位置且呈現(xiàn)侵蝕下切趨勢，部分地段下切達0.6m。治理前，穿河槽部位管道埋深大多小于1.5m，最薄僅0.3m，與管道一同敷設(shè)的通信光纜硅管多處外露。若任其沖刷，穿河槽處覆蓋層會不斷刷薄。管道一旦外露，不僅遭受山洪流水的沖擊，而且水流中攜帶的大量卵礫石和漂石會撞擊管道，輕者管道防腐層損壞，重則可能使管道懸空彎曲甚至發(fā)生拉裂損壞現(xiàn)象，對管線安全構(gòu)成威脅。

鑒于此種不利情況，文章以榔坪河為例對長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流的治理措施進行了論證。

3 工程地質(zhì)

3.1 地形地貌

榔坪河地處湖北省長陽土家族自治縣西北部的榔坪鎮(zhèn)，屬清江一級支流招徠河的上游支流河水總體流向自東向西。

榔坪河一帶地貌類型總體屬侵蝕－溶蝕中低山溝谷地貌，位于長陽背斜北翼深切割東西向"V"型溝谷，河道兩翼山嶺之間的分水嶺-碑坳埡口高程1300m左右，而榔坪河谷底高程僅500～700m，切割深度達800～1000m，兩側(cè)山高坡陡，坡角35°以上，匯水面積大，榔坪河谷深。

3.2 地層巖性

榔坪河河床及漫灘第四系覆蓋層主要為沖洪積卵礫石層。兩岸覆蓋層分布較廣，為殘坡積碎石土、土夾碎石。兩岸在沖溝、公路等處有基巖露頭，北岸為志留系頁巖、泥質(zhì)粉砂巖，南岸以奧陶系灰?guī)r、白云巖為主，巖層走向為東西向，基本與榔坪河流向一致，傾向北。

3.3 水文地質(zhì)

榔坪河一帶地表水系較發(fā)育，研究區(qū)內(nèi)兩岸沖溝較多，共有24條大小不一的沖溝，并有較大溪流社坪河匯入，龍?zhí)逗釉诶破汉酉掠卫破烘?zhèn)西端匯入榔坪河。

榔坪河為典型的山區(qū)性河流，雨季易暴發(fā)山洪，水位急劇上升，水量大，流速快，水流中攜帶大量石塊與礫砂等推移質(zhì)，向下游傾泄，山洪沖刷能力強，具暴漲暴落特征。旱季水量小，僅主河槽過水，水深0.3～0.5m，河槽卵石基本裸露，上游基本干涸。

3.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象

3.4.1 山洪

從成因上講，高強度暴雨是山洪災害形成的首要條件。河床坡度陡、森林植被差等原因使山洪洪峰流量大、匯集時間短。防災措施差則造成受災損失大。

從管道鋪設(shè)期間在河道內(nèi)修建的擋墻腳掏蝕情況分析，榔坪河主河槽近兩年以沖刷侵蝕為主。山洪沖刷作用對管道的影響主要為主河槽內(nèi)管道蓋層不斷被刷薄。調(diào)查發(fā)現(xiàn)管道蓋壓層呈不斷刷薄的趨勢。對管道的安全極為不利。

3.4.2 泥石流

根據(jù)地理條件，榔坪河谷乃中原地區(qū)通過鄂西山區(qū)到達川、渝的咽喉之地，318國道、宜萬鐵路、滬蓉西高速公路等國家眾多重點交通工程通過此河谷，大量棄渣遍布榔坪河沿線兩岸，且無可靠的支擋措施，一旦遇到暴雨，極易引發(fā)棄渣隨雨水沖刷而下，形成小型泥石流。泥石流一旦發(fā)生，可在短時間內(nèi)將大量棄渣推入河中，堵塞河道，引起上下游水流狀態(tài)的改變，導致河床的劇烈變化，泥石流的運移將對管道產(chǎn)生強烈的沖擊。

4 治理方案研究

基于山區(qū)沖積性河流的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，從保護天然氣管道的基本出發(fā)點考慮，采取有效工程措施盡量保持工程建設(shè)期間管道的埋深，避免管道穿越河床的位置進一步?jīng)_刷下切，同時所采取的工程措施應最大限度地減小對行洪的影響，避免抬高洪水位從而造成對兩岸重要建筑物和居民點的危害。工程措施甚至應該有利于改善河流流態(tài)，增大河床泄洪能力，保持岸坡穩(wěn)定。

基于這種考慮，工程治理措施首先應分段清理河床，擴大行洪斷面，固定主河槽，避免水流忽左忽右沖刷岸坡，也即使河流流態(tài)平順。同時應采取工程措施固定河床，阻止管道所在位置河床下切。綜合國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，選用的工程措施為攔沙壩。即在擴寬河床斷面和疏浚主河槽的前提下，在管道穿越河床的下游修筑漿砌石或鋼筋混凝土低壩，用于攔蓄泥沙，固定河床，阻止河床下切，同時結(jié)合壩肩翼墻穩(wěn)定兩岸岸坡，這樣加大了上游管道的埋深，使其得到有效保護。為最大限度地減小對行洪的影響，所修筑的壩不宜太高，一般以高出原有河床面0.3～1.0m為宜，同時清理和擴寬河床面是這種措施有效性的一個必要條件。下面以下圖示意說明這種方案的基本原理。

從上圖可以看出，在未設(shè)攔沙壩之前主河槽不穩(wěn)定，并有進一步下切的可能。設(shè)置攔沙壩以后，由于擴寬了河床，整平了河床面，過水斷面非但未減小甚至可能擴大很多，說明設(shè)置攔沙壩不僅未減少河道的行洪能力反而提高了河道的泄洪能力。

綜上所述，攔砂低壩對管道間接地進行保護，同時疏浚了河道，改善了河流流態(tài)，提高了泄洪能力，是一種一舉多得的工程措施。采用攔砂低壩對橫穿河道的管道進行防護是切實可行的方法。

5 治理效果

防護工程于2007年初竣工至今經(jīng)歷了三個洪水期的考驗，輸氣管道以及其附屬設(shè)施硅管電纜等未出現(xiàn)一次裸露事件，忠武輸氣管線在榔坪河段得到了一勞永逸的治理，為華中公司向湘鄂大地奉獻能源，為兩湖人民竭誠服務(wù)提供了有力的保障。

圖5-1 防護工程施工后狀況

防護工程施工后，改善了當?shù)氐暮恿魃鷳B(tài)環(huán)境，保護了兩岸的耕地，促進了榔坪河流域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和人民群眾生活水平的穩(wěn)步提高。

6 結(jié)論

榔坪河防護工程利國、利民、利于河道治理。其完工后，河流流態(tài)平順，天然氣管道得到很好的保護。

本項目既是管道防護工程措施，又具有水利建設(shè)項目的特殊性，有一定的防洪效益。本工程發(fā)揮了一定的政治效益、社會效益、環(huán)境效益、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的效益。

穿河段管線防護措施是多樣的，具體工程項目應根據(jù)山區(qū)河流的特點、水文、地質(zhì)等條件，因地制宜，采用安全、經(jīng)濟、合理的防護方案。攔砂低壩的運用，是長輸管道穿越山區(qū)沖積性河流的成功案例，對管道、電纜等線路工程穿越?jīng)_積性河流具有一定的借鑒意義

[1]余文疇.長江分汊河道口門水流及輸沙特性[J].長江科學院院報.1987年01期