楊衛(wèi)濤 蘇 東

1. 陜西省天然氣股份有限公司, 陜西 西安 710016; 2. 中國石油工程建設有限公司, 北京 100120

0 前言

已建成運營的漢中至安康輸氣管道工程位于陜西省漢中市和安康市,線路全長235.1 km,設計壓力6.3 MPa,年輸氣量4.82×108m3,全線共設場站6座,閥室10座,屬重大生命線工程[1]。

該管線全部位于秦巴山區(qū),途經(jīng)漢中市漢臺區(qū)、城固縣、西鄉(xiāng)縣、石泉縣、漢陰縣及安康市漢濱區(qū)七個區(qū)(縣),沿線地貌類型主要有沖積平原區(qū)、河谷盆地區(qū)、低山丘陵區(qū)及中山區(qū)。沿線地形復雜,溝谷深切,河流縱橫,區(qū)域新構造運動較為活躍,巖土特性復雜,由于秦巴山區(qū)獨特的地質、地理環(huán)境,導致區(qū)內(nèi)地質災害易發(fā)、多發(fā)[2]。

對該區(qū)域長輸管道工程沿線地質災害發(fā)育特征進行研究,并找出相應的防治對策,對于維護管道安全,保證管道正常運營,具有積極意義。

1 秦巴山區(qū)環(huán)境及地質條件

秦巴山區(qū)海拔1 000～3 000 m,地形條件復雜,在低山丘陵區(qū)與中山區(qū)之間分布著大量小盆地及山間谷地。

該區(qū)域在大地構造位置上屬于秦嶺褶皺系和揚子地臺兩個構造單元區(qū)[3],以陽平關-洋縣深大斷裂與饒峰-麻柳壩-鐘寶區(qū)域性斷裂為界,北側屬于秦嶺褶皺系南秦嶺褶皺帶,南側為揚子地臺漢南古陸,受復雜的地質構造變動與內(nèi)外地質應力的長期作用,褶皺斷裂構造發(fā)育,巖漿活動頻繁,變質作用廣泛[4-5]。巖性復雜,主要出露的地層有元古代、古生代、中生代、新生代以及侵入巖體,巖土體類型有堅硬塊狀侵入巖類、較堅硬塊狀火山巖類、中～厚層堅硬碳酸巖類、堅硬～較堅硬中厚～厚層狀碳酸巖～碎屑巖類、較堅硬薄層碎屑巖類、軟弱薄層狀淺變質巖類、軟弱中厚層狀碎屑巖類、膨脹土、黏性土以及碎石土類[6]。

該區(qū)域屬于典型的大陸性季風氣候,最大降雨量在 1 500 mm以上,由于獨特的地理環(huán)境和地形地貌,該區(qū)域降水在時間及空間上分布不均的現(xiàn)象非常明顯,勉縣、漢濱區(qū)降雨量大,白河、旬陽降雨量相對較少,暴雨主要集中在7～9月,7 ～9月降雨量占全年70%以上,局部地區(qū)48 h降雨量可以達到300 mm以上。

該區(qū)域人口較多,由于沒有足夠的平地用于建設,因此道路建設、居民建房及城鎮(zhèn)建設等人類工程活動開挖邊坡后造成大量的高陡邊坡和危崖,對自然邊坡破壞較大。

由于秦巴山區(qū)獨特的氣象水文、地形地貌及地質條件,加上大量的人工活動,造成該區(qū)域滑坡、崩塌及泥石流等地質災害頻發(fā)[7]。

2 長輸管道沿線地質災害分布及發(fā)育特征

2.1 地質災害分布

通過野外地質調查,漢中至安康輸氣管道沿線共發(fā)育地質災害點57處,其中滑坡48處、崩塌8處、泥石流1處,分別占地質災害點總數(shù)的84.2%、14.0%、1.8%。滑坡是管道沿線的主要地質災害,且主要為淺層堆積體滑坡,廣泛分布于中低山及丘陵的斜坡地帶,斜坡多為上下陡、中部緩或上陡下緩的復合型斜坡,緩坡處多有村莊,附近有水田或旱地,且滑坡往往位于公路、田地上方坡體或屋后,多存在人工擾動坡腳影響[8]。漢中至安康輸氣管道沿線地質災害分布情況見表1。

表1 漢中至安康輸氣管道沿線地質災害分布情況表

2.2 地質災害發(fā)育特征

漢中至安康輸氣管道沿線滑坡地質災害多分布于中低山區(qū)斜坡緩坡帶、江河兩側及溝谷出口。主要為淺層堆積層滑坡和巖質滑坡,厚度一般小于6 m,有少數(shù)6～20 m的中層滑坡。在溝谷陡坡和中低山山麓緩坡帶多分布堆積層滑坡;在安康盆地、漢中盆地邊緣山前地帶斜坡位置多分布膨脹土滑坡;在千枚巖、片巖、板巖分布區(qū)域多為基巖滑坡[9]。

漢中至安康輸氣管道沿線崩塌地質災害主要發(fā)育于坡度大于60°的斜坡地帶,多為巖質崩塌,規(guī)模一般不大,以小型為主。

漢中至安康輸氣管道沿線泥石流地質災害溝不發(fā)育,在石泉縣發(fā)育一條流石流溝,溝道平緩處淤積嚴重,沖洪積物厚度較大;溝道陡降段溝床基巖出露,溝壁光滑。

3 典型地質災害對管道的影響分析

3.1 典型淺層滑坡對管道的影響

漢中至安康輸氣管道沿線滑坡地質災害主要為淺層滑坡,天然氣管道管溝開挖深度一般2 m左右,管道本體整體基本處于滑體內(nèi)?；麦w的下滑會對管道產(chǎn)生巨大的拖拽力和沖擊力,從而導致管道發(fā)生彎曲變形、拉裂甚至整體斷裂等破壞,在管道走向和滑坡方向垂直地段,其破壞尤為明顯,危害極大。根據(jù)滑坡作用下輸氣管道受力分析可知,管道本體一般無法承受滑坡的推力,因此當管道位于滑坡體內(nèi)部時均應采取工程措施[10-12]。

漢陰縣平梁鎮(zhèn)西嶺村H 39淺層堆積體滑坡隱患點滑坡體長50 m、寬60 m、厚2 m、體積6 000 m3、坡度30°、坡向243°[13]。坡體后緣為田地,前緣有寬約0.4～0.6 m 的錯動,坡體雨水沖刷痕跡明顯,中部坡體有多處串珠狀小型落水洞。滑坡頂部為梯田,地形較緩,土質疏松有利于地表降雨下滲浸入土體;坡腳修建村道,開挖坡腳,增加坡體臨空面;雨水浸入使土層處于飽和狀態(tài),自重增大,抗剪強度降低,同時該處場地土具微膨脹性,增加了坡體的不穩(wěn)定性,現(xiàn)狀穩(wěn)定性較差。管道緊鄰滑坡體西側邊界埋設,管頂埋深1 m,在該滑坡發(fā)生時可能使天然氣管道露管、埋深不足甚至損毀[14-16]。H 39淺層堆積體滑坡影像和剖面見圖1～2。

圖1 H 39淺層堆積體滑坡影像圖Fig.1 Landslide image of H 39 shallow accumulation

圖2 H 39淺層堆積體滑坡剖面圖Fig.2 Landslide profile H 39 shallow accumulation

3.2 典型崩塌對管道的影響

該區(qū)域崩塌對管道的危害程度相對滑坡較小,主要為崩塌落石對淺層埋設的管道沖擊破壞,或者局部崩塌導致后方埋設管道暴露甚至失穩(wěn)。

西鄉(xiāng)縣茶鎮(zhèn)鎮(zhèn)茶鎮(zhèn)村三組B 06崩塌坡高30 m、寬50 m、厚1～2 m、體積 3 000 m3、崩向30°。坡體自上而下分5級臺階,平均坡度70°,臺階寬度1.5～2.0 m。巖性為凝灰?guī)r,風化程度中等,坡頂為自然原始地貌,坡度10～15°,覆蓋層厚約1.5 ～2.0 m,巖性為含礫粉質黏土,植被覆蓋茂密,坡腳緊鄰316國道。該崩塌體處于中低山丘陵前緣,具有明顯的土巖二元結構,上部覆蓋層為殘坡積含礫粉質黏土及腐殖土,下部為中風化的凝灰?guī)r。該邊坡分級刷坡時已對原風化層進行清理,現(xiàn)狀坡體大部分巖體整體完整性較好,但局部風化坡頂?shù)谒南蹈采w層臨空條件好,穩(wěn)定性較差,已出現(xiàn)局部滑塌,坡面臺階有小面積崩塌堆積物。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,在降雨作用下裂隙水壓力增大,同時人工開挖造成坡體臨空,巖體穩(wěn)定性降低,形成危巖,引發(fā)崩塌。天然氣管線橫向從坡體頂部埋設通過,距離坡頂最小水平距離3 m,管線埋深1.5 m,崩塌對管道危害程度大[17]。B 06崩塌影像和剖面圖見圖3～4。

圖3 B 06崩塌影像圖Fig.3 B 06 collapse image

圖4 B 06崩塌影像剖面圖Fig.4 Profile of B 06 collapse image

當管道上方有落石時,崩塌落石的沖擊力可按式(1)計算。

(1)

Z=VR

(2)

4 典型地質災害的預防措施

1)秦巴山區(qū)長輸管道工程的選址及線路規(guī)劃尤為重要,實施前對路線經(jīng)過區(qū)域內(nèi)地質災害展開詳細排查,盡量避開地質災害影響區(qū)域。

2)穿越不穩(wěn)定斜坡線路段需根據(jù)管道施工擾動的破壞預先采取必要的巖土工程措施,達到避免事故、減輕管道破壞的目的。如削坡減載、支檔結構(擋土墻、抗滑樁、錨拉梁等)、滑動面加固(灌漿等)及必要的截排水設施。其中邊坡工程中截排水設置最為普遍和有效,如導流防止地表水浸入滑坡體,滲溝排水疏導滑坡體中的地下水等,顯著改善邊坡土體力學性質,有利于破體的穩(wěn)定性[18-20]。

3)管道設計應結合地質災害破壞影響,在局部不利地段,選用延性大的管材,并適當增加管道厚壁,使管道能有一定的抵抗土體移動的能力。管道敷設時,避免與滑坡方向垂直以減小滑坡對管道的拖曳力,或結合淺層堆積體滑坡的特點,增加埋深使管道低于滑動面位置。

5 結論

本文通過對秦巴山區(qū)長輸管道工程沿線地質環(huán)境條件、地質災害發(fā)育特征以及典型地質災害影響的研究,結合地質災害特點提出了防治對策。通過分析和論述得出以下主要結論:

1)秦巴山區(qū)長輸管道工程沿線地質環(huán)境條件復雜,滑坡、崩塌、泥石流等地質災害易發(fā)和多發(fā),其中以淺層堆積體滑坡地質災害對管線破壞威脅為主。淺層堆積層滑坡多分布于中低山區(qū)斜坡緩坡帶、江河兩側及溝谷出口位置,其發(fā)育受地形地貌、降雨、巖土體性質及人類工程活動影響。巖質崩塌主要分布于中低山及丘陵地帶高陡邊坡地段,其發(fā)育受巖土體性質、風化作用及人類工程活動的影響。

2)管道敷設走向與滑坡滑動方向垂直或斜交布設的管道受滑坡地質災害威脅大,可通過局部調整線路規(guī)劃、實施巖土工程治理(擋土墻、抗滑樁、錨拉梁、灌漿、截排水等)、加強局部管道材質,以及適當調整管道埋深及布設方式等措施進行避災、防災、減災。