周曉飛

(安塞區(qū)水土保持工作隊，陜西 延安 717400)

陜京天然氣管線水保方案線路比選及水保措施

周曉飛

(安塞區(qū)水土保持工作隊，陜西 延安 717400)

安塞地處黃土原高原區(qū)，生態(tài)環(huán)境惡劣，水土流失嚴重。為了確保陜京天然氣安塞段管線順利實施，不破壞當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和水土流失，根據(jù)中國石油天然氣股份有限公司建設(shè)需求，特對其編設(shè)的管線水保方案進行比選。文章通過分析陜京天然氣管線建設(shè)情況和水保方案情況，從線路布設(shè)、施工建設(shè)和水保防護措施三個方面對整個項目的水保方案進行了分析評估論證，分析項目實際水保的合理性，以促使水保方案更加科學合理，更好地保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境?？晒S土高原區(qū)同類開發(fā)項目建設(shè)進行借鑒。

天然氣；管線；水土流失；防治措施

1 概 況

陜京天然氣管線工程包括1條干線、2條支干線和1條聯(lián)絡(luò)線，線路總長1191.5 km。干線起自陜西省安塞，自西南向東北途經(jīng)陜西、內(nèi)蒙、河北、北京共4 省(市、自治區(qū))，涉及27 個縣市區(qū)，止于北京市高麗營末站，線路長度約1083 km，其中陜西省境內(nèi)43 km，工程總占地面積3431.47 hm2，其中永久占地51.54 hm2、臨時占地3379.93 hm2。工程土石方開挖總量1972.79 萬m3，回填方總量1828.7 萬m3，棄方量144.09萬m3。

2010年12月，中國石油天然氣股份有限公司委托黃河水利委員會天水水土保持科學試驗站開展陜京四線輸氣管道工程可研階段水土保持方案編制工作，并于2016年6編制完成了《陜京輸氣管道工程水土保持方案報告書》。方案在管線、渣場設(shè)置方面分別考慮了水保措施，并采取了工程、植物和臨時措施，盡最大努力減少水土流失[1]。

2 項目線路水保方案分析評價

2.1 線路走向方案

陜京天然氣干線起自陜西省安塞縣，止于北京高麗營末站，主體工程可行性研究報告中，對干線宏觀走向提出了南、北、中三個方案。

(1)南線方案。南線方案長度885 km。其中安塞—神木—朔州段，線路與陜京一線并行，該段線路位于晉陜黃土高原區(qū)，由于區(qū)內(nèi)黃土堆積厚度大、結(jié)構(gòu)疏松、水土流失嚴重，導致黃土高原區(qū)溝壑縱橫，黃土濕陷、地形破碎、沖溝發(fā)育[2]，滑坡、崩塌、塌陷、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，該段線路工程地質(zhì)條件復(fù)雜。線路擬穿越晉陜黃河大峽谷，施工難度很大，管線通過困難。其次，線路擬通過管涔山晉北黃土丘陵梁峁溝壑區(qū)，地形復(fù)雜，山勢起伏大，交通不便，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，線路施工難度大。南線方案管線還要經(jīng)過榆神煤礦、神木縣城市規(guī)劃區(qū)及和大同煤礦，兩煤礦均為全國優(yōu)質(zhì)煤動力基地，線路通過協(xié)調(diào)難度很大。同時距離沿線主要用氣市場張家口較遠。

(2)北線方案。北線方案干線線路起自陜西省安塞首站，沿包茂高速向北到達鄂爾多斯后，轉(zhuǎn)向東北在托克托縣西穿越黃河后到達呼和浩特，再向東經(jīng)過烏蘭察布市后折向東南，經(jīng)過張家口市宣化縣，然后再向東經(jīng)下花園北、懷來縣北，進入北京市延慶縣，最后管道折向東南通過楊樹溝隧道和軍都山隧道，接入北京市順義區(qū)的高麗營末站。本方案干線長約1063 km。

(3)中線方案。中線方案干線線路起自陜西省安塞首站，沿包茂高速向北到達鄂爾多斯，轉(zhuǎn)向東在托克托縣南穿越黃河后，經(jīng)過和林格爾、大同北到達張家口市宣化縣，宣化縣之后線路走向與北線方案一致。本方案干線長約1033 km。

經(jīng)綜合考慮各方案地形、交通、線路工程地質(zhì)條件，繞避煤礦及城市規(guī)劃、市場、施工難易程度等諸因素，南線方案雖線路較短，但線路地形和工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度很大，且通過了國家優(yōu)質(zhì)煤大型煤礦開采區(qū)域，同時距離沿線主要用氣市場張家口較遠，因此首先排除了南線方案，著重對北、中線兩個方案進行了比選，確定出較優(yōu)線路。

2.2 線路宏觀走向方案比選

從管道長度、穿越地貌、公路、隧道、河流穿跨越、主要優(yōu)缺點、可比投資等對北線和中線方案進行比選?？梢钥闯觯涸诰€路長度方面，北線方案干線線路長約1063 km，中線方案干線線路長約1033 km，北線方案線路干線長度稍長，水土保持影響基本相同。在管道敷設(shè)條件方面，北線方案線路所經(jīng)地段地勢開闊、地形平坦、起伏較小，施工條件良好，對水土保持影響較小。中線方案線路所經(jīng)過線路局部翻山段地形條件差，較北線方案多布設(shè)2處隧道。山區(qū)施工對水土保持影響較大，且難以治理恢復(fù)。

2.3 線路宏觀走向比選水土保持分析

通過對安塞—高麗營北線和中線兩條線路方案進行水土保持影響分析比較結(jié)果可知，中線方案比北線方案短30 km，擾動地表和占壓土地面積約少110.2 hm2，北線方案對地表的擾動稍多。北線和中線的方案比較，由于中線山區(qū)段施工困難較多，施工困難段比北線方案多44 hm2，損壞水土保持設(shè)施面積約多78.8 hm2。同樣，中線方案土石方開挖量約多28.6萬m3，土石方回填量比北線約少35.3萬m3。由于中線方案施工困難段比北線多，棄方量比北線約多3.8萬m3，經(jīng)估算，可能造成的水土流失量中線比北線約多2.4萬t。

總體而言，雖然北線方案施工困難段較中線方案多，但北線方案的水土流失危害相對較小，有利于保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，避免造成更大的水土流失危害。因此，從水土保持角度出發(fā)，推薦北線方案。

3 水土保持防治措施評估

3.1 土地整治措施

管道采取分段施工方法，開挖一段，鋪設(shè)一段，回填一段，并恢復(fù)原地貌，由此可以減少管溝開挖和臨時堆土裸露時間，有利于減少水土流失的可能性。管溝回填后，余土首先堆置在管道作業(yè)帶順水流方向的中下方形成管堤，為了避免由于管堤修建改變原來地表徑流流向，及時排出管堤所攔蓄的降水，每隔一段距離，在管堤上預(yù)留出水口，與當?shù)嘏潘W(wǎng)絡(luò)相連接；待管道降雨沉降穩(wěn)定后及時對管堤進行復(fù)平；多余土方在管道施工作業(yè)帶平攤。

3.2 高陡邊坡處理措施

對于一般陡坡，采取在坡頂設(shè)置環(huán)形截水溝引流并消能，設(shè)置漿砌石垂直堡坎擋土墻；管道上下彎頭處設(shè)置灰土基礎(chǔ)并采取平行截水溝等措施。對于坡度大于30°的高陡邊坡，首先進行分階削坡處理，將坡度削減到30°以下，然后管溝內(nèi)底部采用灰土夯填以消除黃土濕陷性的影響，并在管溝內(nèi)每隔8～10 m設(shè)置一道灰土漿砌石垂直堡坎擋土墻。坡頂設(shè)置漿砌石截水溝；坡面底部設(shè)置漿砌石擋墻和漿砌石護坡；坡面中上部設(shè)置漿砌石土工格室，土工格室內(nèi)回填表層土，并種植護坡草皮。為了有減少由于管溝在陡坡的敷設(shè)而造成的水土流失，在管道作業(yè)帶管溝敷設(shè)面的其他部位，交錯布置魚鱗坑，坑內(nèi)種植護坡植物，是一種有效的水土保持綜合治理模式。

3.3 丘陵溝壑段的水工保護措施

陜京天然氣管線通過的丘陵溝壑，主要采取以下水土保持防護措施。順坡通過：管道順坡防護措施有生態(tài)防護和工程防護兩類。生態(tài)防護主要包括植草、漿砌石網(wǎng)格護坡、漿砌石拱形骨架植被護坡。工程防護主要包括草袋護面、草袋護坡、漿砌石護坡、漿砌石護面墻等。這些措施不僅是水工保護措施，同時也具有水土保持功能。橫坡通過：為減小坡面匯水沖刷對管溝回填土的影響，通常設(shè)置截排水渠、護面等措施進行防護疏導。坡面防護除以上常規(guī)做法外，還可以采用原土截水墻與魚鱗坑相結(jié)合的方式對坡面進行防護。

3.4 沖溝水工防治措施

管線在通過大型沖溝時，常常伴隨著通過兩個高陡邊坡。邊坡地形起伏大，溝壁陡峭，坡度48°～60°，溝底部與兩坡肩最大高差約35～50 m，常見伴有小型滑塌，溝谷下切和溝頭溯源侵蝕強烈，穩(wěn)定性較差。對這些大型沖溝需首先進行邊坡坡面的治理，具體措施為：對高陡邊坡進行分階削方處理，使管線通過的坡度不大于30°，管溝內(nèi)每隔8～10 m設(shè)置一道灰土擋土坎；在有可能產(chǎn)生積水或高跌水的位置，考慮設(shè)置截、排水溝，將水疏導至遠離管線的地方，避免出現(xiàn)漏斗、溶洞以及對管溝的沖蝕。坡面交錯布置魚鱗坑，坑內(nèi)套種植物(刺槐、酸棗、沙棘、旱蘆葦、檸條等)，以攔截匯水，就地下滲、防止形成匯流。魚鱗坑的數(shù)量根據(jù)實際地形、匯水面積和方向進行設(shè)置，并應(yīng)防止管道附近災(zāi)害性地貌的再次發(fā)育。管線在通過沖溝時，設(shè)置合理的截排水溝，將上部匯水排至安全區(qū)域，可以有效地起到防護作用，并可以極大地節(jié)省投資。以上措施均有較強的水土保持功能。

3.5 沿溝谷敷設(shè)防治措施

當管線沿溝谷敷設(shè)時，易因洪水沖刷，造成長距離露管、懸管等危險[3]，沿線此類區(qū)域合計長度約77.2 km。防護以抗沖刷為主，迎水側(cè)可采用漿砌石護岸、護坡進行防護，當臺地較陡立時，可采用堡坎、擋土墻等進行支擋防護。為防止水流沖刷淘蝕，還應(yīng)在防護措施根部增設(shè)鉛絲石籠。

3.6 棄渣場的水工保護

本工程共設(shè)棄渣場6 處，均位于隧道進出口附近。渣場棄渣主要來自隧道工程，棄渣多為巖石塊體。對渣場采取以下措施進行防護：渣場四周(視地形而定)設(shè)置擋土墻，避免隨意堆放，減小占地面積。棄渣場完工后，進行渣場平整，渣面覆土300～500 mm 厚，并種植適合生長的植物。

4 其他防治措施

4.1 工程措施

處于固定半固定沙丘的管道作業(yè)帶、施工道路、供電工程等臨時占地區(qū)，在工程施工完成后，及時布設(shè)草方格沙障。管道沿黃土梁峁敷設(shè)時，結(jié)合管溝夯實回填，將作業(yè)帶整治成隔坡梯田或水平臺地；在作業(yè)帶上方布置坡面截排水溝；布置填土草袋護坡措施。大開挖穿越河道時對破壞的兩岸坡面采取漿砌石護岸工程，施工結(jié)束后，對河道進行整治，恢復(fù)行洪通道；管道穿越黃土沖溝時，在溝頭布設(shè)溝頭防護工程，下游布設(shè)土石谷坊，控制溝岸擴張、溝頭前進、溝底下切。管道采用頂管或頂箱涵穿越鐵路后，對挖損的道路排水溝進行恢復(fù)。在站場周邊布置排水溝攔截來水，在站場內(nèi)布設(shè)雨水集蓄利用工程，集蓄的雨水可用于灑水降塵和澆灌草地。對施工道路路面3.5 m范圍內(nèi)采取礫石壓蓋措施， 路基在沙質(zhì)邊坡及坡腳以外10 m范圍內(nèi)布置沙障固沙工程。對各類臨時占地可恢復(fù)的地類，待施工結(jié)束后進行土地整治，恢復(fù)原土地利用類型。本區(qū)工程措施的工程量按類型統(tǒng)計如下：布設(shè)草方格沙障固沙面積803.3 hm2；作業(yè)帶坡面整地(梯田和隔坡梯田)47.28 hm2；漿砌石截、排水溝13 421 m，漿砌石工程量6178 m3；填土草袋護坡3250 m，填土草袋27 300 m3； 漿砌石護岸768 m，漿砌石工程量4959 m3；河道整治8.22 hm2，砂礫石壓實12 316.50 m3；溝頭防護工程6110 m/102處；土谷坊3085 m/205座；輸氣站場雨水集蓄利用工程1處；礫石壓蓋路面51.56 hm2；整治各類土地465.44 hm2，回覆表土721 934 m3。

4.2 植物措施

對作業(yè)帶管溝上方10 m寬范圍內(nèi)撒播草籽恢復(fù)植被、管溝兩側(cè)區(qū)域除管線經(jīng)過的庫不齊沙漠區(qū)域(流動沙丘區(qū))種草外，其他區(qū)域采取造林種草措施恢復(fù)植被；對站場空閑地及站場道路進行綠化；施工便道臨時占地種草恢復(fù)植被；供電工程的塔基區(qū)、牽張場等擾動區(qū)域人工種草恢復(fù)植被。本區(qū)植物措施工程量按類型統(tǒng)計如下：本區(qū)布設(shè)植物措施面積 949.85 hm2，共用各類喬灌苗木1227.78 萬株、草籽47 004 kg。其中綠化面積0.94 hm2，栽植喬木苗953 株；恢復(fù)植被面積 948.91 hm2。

4.3 臨時措施

對管溝開挖帶、穿越工程施工場地、站場閥室區(qū)、施工道路、供電工程塔基區(qū)和牽張場等臨時占地范圍內(nèi)可恢復(fù)的地類進行表層熟土剝離；對各工程區(qū)剝離的表土，以及管溝開挖、頂管穿越頂出土、建筑物基礎(chǔ)開挖等產(chǎn)生的臨時土方采取集中堆放，并用彩鋼板、編織袋裝土擋墻、防塵網(wǎng)等加以攔擋和保護。管道穿越有常流水的河道采取土石圍堰和導流渠進行施工導流，管道敷設(shè)完成后應(yīng)及時拆除圍堰并將拆除土料運回原處回填管溝。在站場閥室及其臨時堆土周邊布置臨時土質(zhì)排水溝，在排水溝末端布置臨時沉沙池。本區(qū)剝離和保護表層熟土21.46萬 m3；彩鋼板攔擋16 366 m；編織袋裝土臨時擋墻39 656 m3；防塵網(wǎng)苫蓋面積531.49 hm2；河道大開挖穿越修筑、拆除土石圍堰5784 m，填筑土石料3.47 萬m3，開引導流渠2315 m；修筑臨時土質(zhì)排水溝1230 m；布設(shè)大小臨時沉沙池9 個。

5 結(jié) 論

陜京天然氣管線盡量避讓了飲用水源地、生態(tài)脆弱區(qū)域、易引起嚴重水土流失和生態(tài)惡化的地區(qū)；避開了全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的水土保持監(jiān)測站點、重點試驗區(qū)和定位觀測站；對無法避讓的，采取提高水土流失防治標準，嚴格控制擾動地表和植被損壞范圍、優(yōu)化施工工藝、加強臨時防護等措施，有效地降低了區(qū)域生態(tài)惡化的風險，因此，基本不存在水土保持制約因素，水保建設(shè)方案可行易于施工。

[1] 聶彬.長輸管道工程中水土保持問題的分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(14)：91-92.

[2] 韓海輝，王藝霖，李健強，等. 資源三號衛(wèi)星在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用對比——以寶雞黃土區(qū)為例[J].遙感信息，2016(2)：69-74.

[3] 張巖.長輸管道水工保護施工實施方法[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2013(4):138-139.

周曉飛(1979-)，男，陜西延安人，工程師，主要從事水土保持建設(shè)工作。E-mail:751438948@qq.com。

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2096-0506(2017)01-0073-04