呂明波

(中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

引言

在山西省的“十三五”規(guī)劃中，“以氣化山西為引領(lǐng)，全力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)地面煤層氣與煤礦井下瓦斯抽采，實(shí)施煤礦瓦斯抽采全覆蓋工程，積極探索煤層氣多樣式利用”是推進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展，著力加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要內(nèi)容。目前，山西省已將煤層氣產(chǎn)業(yè)列入首要的新興產(chǎn)業(yè)之一，加速煤層氣資源開發(fā)對(duì)于維護(hù)能源安全、改善能源主體結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、加快經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展具有重要意義。煤層氣采氣管線工程線路跨度大，線路比較長，管徑粗，臨時(shí)占地面積大，堆棄土方不集中且數(shù)量大，涉及范圍廣，如果不實(shí)施有效的防護(hù)手段，將會(huì)給沿線造成水土流失，并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞[1]。水土保持是人與自然活動(dòng)形成的水土流失所采取的預(yù)防和有效治理措施[2]，是我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的不可缺少的一部分。

因此，在項(xiàng)目動(dòng)工之前，科學(xué)有效地編制水土保持方案，使水土保持工程和主體工程保持“三同時(shí)”，對(duì)保護(hù)煤層氣采氣管線沿線水土資源、維護(hù)地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要作用。

1 項(xiàng)目及項(xiàng)目區(qū)概況

山西省某煤層氣開發(fā)調(diào)整工程項(xiàng)目涉及4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。采氣管線長125.68km，管溝采用倒退式開挖，施工便道利用管線占地，以機(jī)械施工為主，開挖斷面呈矩形，開挖頂寬1.2m，管線做保溫處理后，利用機(jī)械下放管線，進(jìn)行直埋敷設(shè)。采氣管線共穿越河流12次、穿越?jīng)_溝23次、穿越S331省道1次、穿越高速公路1次、穿越水泥路51次、穿越鄉(xiāng)村土路36次。穿越河流和沖溝采用大開挖方式，穿越省道和高速公路采用頂管方式，穿越水泥路、鄉(xiāng)村土路采用大開挖方式。當(dāng)管線通過>10°斜坡時(shí)，分段設(shè)置了擋土墻、護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)。一般在坡度10°～25°，每隔10～15m設(shè)置1處；對(duì)于坡度在25°以上的斜坡，每隔8～10m裝置1處。采氣管線全線共設(shè)擋土墻226處、護(hù)坡26處。此外，項(xiàng)目還包括井場(chǎng)165座(利用原有井場(chǎng)7座)、新建井場(chǎng)道路30.0km、新建10kV供電線路52.50km。本工程總占地面積為131.37hm2，包括永久占地39.60hm2，臨時(shí)占地91.77hm2。

采氣管線所經(jīng)過的區(qū)域地貌類型為中低山丘陵地貌，位于太行山西麓沁水盆地，地處山地丘陵地帶，溝谷切割，基巖出露。地形較復(fù)雜，相對(duì)高差600m，海拔高度700～1300m。項(xiàng)目區(qū)主要土壤類型為褐土，褐土厚度一般25～30cm，項(xiàng)目區(qū)土壤質(zhì)地屬壤土。項(xiàng)目區(qū)植被類型為暖溫帶落葉闊葉林帶，其中喬木以溫性針葉林、溫性針闊葉林為主；灌木以溫性落葉灌木為主。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地形地貌、土地利用現(xiàn)狀、水土流失狀況等，結(jié)合實(shí)地調(diào)查綜合分析，項(xiàng)目區(qū)以輕度侵蝕為主。

2 采氣管線施工工藝

管道施工采用人機(jī)相結(jié)合的方式，開挖的土、石、渣料暫時(shí)堆存在管溝作業(yè)帶一旁，分層堆放，待管道裝置完成后填平，先回填底層土，再回填表層土；另一側(cè)放置管道和施工機(jī)械。管道采用汽車運(yùn)輸，管道堆放于管溝一側(cè)，經(jīng)焊接后用調(diào)管機(jī)整體鋪設(shè)于管溝內(nèi)，部分地段采用地下焊接，拐彎地段采取多樣鋪設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)冷卻、熱煨彎頭3種樣式，達(dá)到管道靈活裝置的條件。管溝開挖、堆土、管道施工裝置的器具和施工人員現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)，均在施工作業(yè)帶范圍內(nèi)進(jìn)行。

作業(yè)帶開拓原則是能滿足車輛和施工機(jī)械作業(yè)要求，所有施工作業(yè)都嚴(yán)格控制在作業(yè)帶以內(nèi)。作業(yè)帶施工時(shí)間較短，管道焊接完成、管溝回填土之后，作業(yè)帶就可以恢復(fù)治理，但是由于作業(yè)帶被施工器械反復(fù)碾壓，對(duì)原地貌和植被破壞非常嚴(yán)重，所以作業(yè)帶是本工程主要防護(hù)水土流失的地域。

管溝采用單斗挖掘機(jī)挖掘，管溝分為土質(zhì)管溝和土石質(zhì)管溝。根據(jù)管道建設(shè)規(guī)定，土質(zhì)管溝可利用開挖料回填，對(duì)石質(zhì)管溝可通過機(jī)械將碎石破碎回填。管道穿越斜坡、陡坎和溝谷時(shí)，由于回填后的管溝已屬于擾動(dòng)土，易被沖刷，因此管道鋪設(shè)完畢后，需增設(shè)水土保持措施。

3 項(xiàng)目水土流失特點(diǎn)

項(xiàng)目為線性工程，通過河道、道路等工程多，施工形式比較復(fù)雜。采氣管線工程線路較長，沿途所經(jīng)區(qū)域的地貌類型主要為丘陵，共穿越河流12次，包括穿越固縣河10次、沁水縣河2次；穿越?jīng)_溝23次；穿越S331省道1次；穿越高速公路1次；穿越水泥路51次；穿越鄉(xiāng)村土路36次，特別是管道穿過丘陵區(qū)的高陡斜坡時(shí)，施工過程難題多，需布設(shè)施工臨時(shí)便道。

管線分段動(dòng)工，施工期很短。采氣管線鋪設(shè)采取分段落式施工方式，通常在完成100～300m的管線鋪設(shè)后即進(jìn)行管槽填平、地面整平，隨后再開始下一階段管槽的開挖工作，有些動(dòng)工難度容易的地段，管溝回覆能在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束，開挖土石方臨時(shí)堆存的時(shí)間很短。在局部地勢(shì)起伏較大的地區(qū)、穿越溝道，動(dòng)工非常難且危險(xiǎn)，管溝開挖深度時(shí)間較長，開挖土石方暫時(shí)堆存時(shí)間較短。

項(xiàng)目臨時(shí)占地大于永久占地面積。項(xiàng)目總占地面積為131.37hm2，臨時(shí)占地91.77hm2，主要包括管線的施工作業(yè)帶范圍、穿過施工過程中的施工場(chǎng)地及施工道路等占地。

項(xiàng)目施工作業(yè)帶范圍大，暫時(shí)堆土量面積大，水土流失呈條形分布。采氣管線長度為125.68km，管溝采用倒退式開挖，施工便道利用管線占地，以機(jī)械施工為主，開挖斷面呈矩形，開挖頂寬1.2m，管線做保溫處理后，利用機(jī)械下放管線，進(jìn)行直埋鋪設(shè)。施工前先將管線運(yùn)至管線一側(cè)，施工總占地寬度為8.0m。采氣管線有4種布設(shè)方式：沿本項(xiàng)目新建井場(chǎng)道路布設(shè)，長度為30.0km，地下埋深1.0m，與新建井場(chǎng)道路重合，占地面積已經(jīng)計(jì)入道路占地，不重復(fù)計(jì)算；沿原有道路布設(shè)，長度為76.55km，地下埋深1.0m，占地面積61.24hm2；沿山坡布設(shè)，長度為11.48km，地下埋深2.0m，占地面積9.18m2；沿河道布設(shè)，長度為7.65km，地下埋深2.5m，占地面積6.12hm2。

4 水土流失防治措施布局

根據(jù)工程所在地區(qū)生態(tài)環(huán)境條件及工程建設(shè)和生產(chǎn)特點(diǎn)，在分析主體工程設(shè)計(jì)中具有水土保持功能工程的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場(chǎng)勘查，提出防治分區(qū)措施布局，加強(qiáng)預(yù)防保護(hù)措施，形成完整、科學(xué)的水土流失防治體系。

4.1 擋土墻及護(hù)坡

擋土墻墻身采用M5水泥砂漿砌筑，M5水泥砂漿勾縫，毛石強(qiáng)度等級(jí)不小于MU40。擋土墻頂寬0.45m，坡比1∶0.4，墻高2.77m，基礎(chǔ)埋深0.67m。護(hù)坡以M5砂漿砌MU20塊石，護(hù)坡厚度0.25～0.3m，碎石墊層0.1m。

當(dāng)管線通過>10°斜坡時(shí)，需要設(shè)置擋土墻、護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)。一般在坡度10°～25°，每隔10～15m設(shè)置1處；坡度>25°的斜坡，每隔8～10m設(shè)置1處。采氣管線全線共設(shè)擋土墻226處、護(hù)坡26處。

4.2 土地整治及植被恢復(fù)工程

管線竣工后，對(duì)管線施工范圍內(nèi)等臨時(shí)用地恢復(fù)原有地貌類型，原有占地類型為耕地的，恢復(fù)為耕地；原地貌占地類型為林地的，恢復(fù)為林地?；謴?fù)林地時(shí)，應(yīng)需考慮管線中心線各一側(cè)2m之內(nèi)，不能栽植根系生長快的喬灌木，對(duì)于管線中心線2m之外的可以栽植喬灌木和種植草籽，使水土保持效果更佳顯著。

水土保持措施之間彼此相協(xié)調(diào)，有時(shí)間順序?qū)嵤?，一般先施工工程措施，再施工植物措施，工程措施一般在非主汛期施工，植物措施?yīng)以春秋兩季施工。施工過程需植物措施在主體工程之后實(shí)施，隨著有序施工調(diào)整，在項(xiàng)目施工期范圍內(nèi)有計(jì)劃地實(shí)施水土保持措施，植被措施在后期要加強(qiáng)管理，以起到發(fā)揮最大水土保持效益。

工程中所栽植的喬木等大苗，須帶土球起苗，在經(jīng)過整地的栽植點(diǎn)挖坑，坑的大小要比苗根大，坑深要大于苗木主根尺寸，坑寬要大于苗木根幅，以使苗根舒展。挖坑時(shí)盡量將表土與心土分別堆放坑旁，苗木要求栽植在坑中央，栽植深度均要求超過根頸3～5cm，栽苗時(shí)先回填表土后回填心土，分層壓實(shí)，使土壤與根系緊密結(jié)合。穴面修整成下凹狀，以利于儲(chǔ)存水。壓實(shí)后，坑表面再覆上一層虛土或撒上一層枯枝落葉，以保護(hù)土壤水分。對(duì)大規(guī)格苗木填土后還需樹立支柱，以防灌水后土軟樹歪和被風(fēng)吹而動(dòng)搖樹根，影響成活。苗木定植后，應(yīng)即刻灌水，使根系和土壤緊密相接，其后每隔3～5d連澆數(shù)遍，方可成活。

4.3 編織袋裝土圍堰及密目網(wǎng)苫蓋

為了減少降水沖刷導(dǎo)致表土損失，對(duì)開挖土四周布設(shè)編織袋裝土圍堰措施。共需編織袋裝土量為90.0m3。

施工過程中，方案新增對(duì)未開工管線開挖土料采取臨時(shí)密目網(wǎng)苫蓋措施進(jìn)行防護(hù)，以減少臨時(shí)堆土隨風(fēng)揚(yáng)塵和產(chǎn)生侵蝕，采氣管線共需密目網(wǎng)苫蓋10050m2。

為縮短開挖土方的臨時(shí)占地和堆存時(shí)間，施工工藝要分階段動(dòng)工，實(shí)時(shí)清理施工現(xiàn)場(chǎng)，完成一處立即清理一處；對(duì)開挖土進(jìn)行密目網(wǎng)苫蓋及灑水降塵等措施。

5 水土保持效益分析

通過采用有效的工程措施和植物措施相結(jié)合后，本方案水土流失防治效果方案值大于指標(biāo)值，效果非常明顯。管線區(qū)、施工臨時(shí)用地、施工臨時(shí)便道等均恢復(fù)了原有地貌，很大限度地恢復(fù)和改善了生態(tài)環(huán)境。

表1 水土流失防治效果表

6 結(jié)語

大力扶持利用煤層氣，加速形成從煤層氣技術(shù)研發(fā)、勘探、抽采、輸送、壓縮、液化、化工、發(fā)電、汽車用氣、民用用氣等完整的產(chǎn)業(yè)體系，把煤層氣綜合利用產(chǎn)業(yè)培育成為全市新興支柱產(chǎn)業(yè)?！笆濉币?guī)劃中指出，逐步降低煤炭消費(fèi)比重，繼續(xù)實(shí)施“氣化晉城”戰(zhàn)略，加大地面煤層氣開采和井下瓦斯抽采力度，加快煤層氣輸配系統(tǒng)建設(shè)，擴(kuò)大煤層氣在工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、居民生活和農(nóng)村等領(lǐng)域的應(yīng)用是十分必要的。

水土保持方案的編制有效地執(zhí)行了《中華人民共和國水土保持法》的規(guī)定，是減少人為造成水土流失的重要方法，通過分析煤層氣項(xiàng)目的水土保持方案案例特點(diǎn)，歸納出類似項(xiàng)目的水土流失特點(diǎn)，有目的性地提出了治理水土流失的有效防治措施，將有效地控制和改善水土流失現(xiàn)狀，使“三大效益”發(fā)揮顯著的作用。隨著煤層氣產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，采氣管線建設(shè)過程中帶來的水土流失防治問題將更加突出，所以建設(shè)項(xiàng)目要從施工占地面積、開挖土石方量、施工和工藝等源頭上治理好水土流失問題，同時(shí)對(duì)后期的水土保持措施的優(yōu)化，提出更加有效的治理措施。后續(xù)需要更加深入的研究，以有效的方式處理類似建設(shè)項(xiàng)目帶來的水土流失問題，從而維護(hù)水土資源和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)利用及可持續(xù)發(fā)展。