何明華

簡? 介：輸油管道鋪設在山區(qū)、河谷、沖溝段，穿越問題比較突出，普遍都存在管道地質(zhì)災害問題，尤其是水毀危害問題，以西南成品油管道黔南作業(yè)區(qū)都勻站轄區(qū)打鐵鄉(xiāng)段河谷為例：臨近汛期以過去10年的維護實踐，對該山區(qū)河谷段管道水毀情況進行總結(jié)和分類。河谷水流的沖刷侵蝕及河道改變、人類建設工程活動等是管道在該河谷段水毀的主要因素，災害表現(xiàn)形式分為漂管危害、懸空危害、推移危害和撞擊危害4類。以實際經(jīng)驗總結(jié)出各水毀類型的形成條件及危害特征，并以此提出有針對性的解決方法。針對各種方案提出了簡明的示圖及適用條件，以期對類似山區(qū)河、溝谷段地形鋪設的管道在運營中的安全維護提供參考。

一、 打鐵鄉(xiāng)山區(qū)河谷段水毀現(xiàn)狀

西南成品油管道沿線經(jīng)過的區(qū)域地形地貌特征是山區(qū)河谷多樣，特別是貴州省黔南州貴定境內(nèi)的打鐵鄉(xiāng)河谷段特征明顯。管道在河谷中鋪設長度約9公里（2.1公里沿河中順直鋪設），穿越河道共36 處，運行近11年，截至2015年8月，各類型水毀點共計45處，河道段水毀約占91％；共造成損失及后期整改投資約千萬元。典型水毀如：2015年6月，打鐵鄉(xiāng)段管道DG023+100米處洪水沖刷露管并致防腐層嚴重破損（圖1、圖6），形成漂管。因此，河谷段水毀是輸油管道水毀危害的主要部分，如何有效防治河谷段水毀災害對管道的安全運營至關(guān)重要。

二、 河谷段水毀作用方式

洪水湍急的沖刷、侵蝕及河道擺動是造成輸油管道在河谷段水毀的主要動力因素。河谷段水毀的主要作用方式包括：河床下切、河岸側(cè)蝕、泥石流以及人類工程建設活動4類。

1 、河床下切作用

河床下切易引起河勢不穩(wěn)定，導致河床的容砂和容水空間加大，沖刷河底可能出現(xiàn)深槽現(xiàn)象，造成管道懸空。同時，在洪水水流作用下，穿越河道的管道覆蓋層被明顯沖刷減薄，甚至使管道發(fā)生外露。管道一旦外露，不僅受山洪水流的沖擊，而且受水流攜帶的大量石砂和礫石的撞擊和沖刷，易損壞防腐層，并可能導致管道彎曲甚至斷裂，嚴重威脅管道運行安全（圖2）。

2 、河岸侵蝕作用

河流拐彎處凸岸最易受到水流的側(cè)向沖刷和侵蝕作用，常引起河岸坍塌，導致岸坡不穩(wěn)。這是河道發(fā)生擺動的主要原因，侵蝕嚴重威脅沿岸鋪設輸油管道的安全（圖4）。

3、 泥石流作用

泥石流是一種由液相和固相構(gòu)成的特殊流體。液相（直徑d<2 mm 的細顆粒與水流）以紊流運動為主； 固相（直徑d ≥2 mm 的粗顆粒）以推移質(zhì)形式存在，推移質(zhì)在流體中以滾動、滑動及跳躍的形式運動，運動過程中不斷與地面泥沙發(fā)生交換。泥石流爆發(fā)時，會對沿途河谷產(chǎn)生強烈的侵蝕作用，在運動過程中液相部分對溝岸進行劇烈沖刷，固相部分對溝岸進行強烈撞擊，最終導致溝岸邊坡失穩(wěn)破壞。泥石流對河溝段侵蝕作用的基本形式仍為下切作用和侵蝕作用，只是強度更大。

4、 人類工程活動作用

貴定縣昌明鎮(zhèn)打鐵鄉(xiāng)段至今各項建設施工工程接踵而至，首先是黔桂鐵路、貴廣高鐵、夏蓉貴都高速、風力發(fā)電、礦資源開采、村民建房、旅游開發(fā)等。河道內(nèi)開采砂石、建造建筑物、修砌水工等人工建設活動都會改變河溝道原始徑流環(huán)境，人為直接或間接打破了自然條件下的平衡狀態(tài)，導致原順直河道發(fā)生彎曲變道、過水斷面狹窄、通水不暢，加劇水流的沖刷下切和縱橫向侵蝕作用，雨季一旦來臨，很容易形成新的水毀危害。

三、水毀危害的類型

水毀是山區(qū)河、溝谷段管道的主要危害，對管道的危害形式分為漂管、懸空、推移和洪流攜礫石撞擊4 類。

1、 漂管危害

漂管是指采用大開挖直埋方式穿越河流或湖塘的管道，由于水位暴漲、沖刷、侵蝕或人工活動等作用導致管道上方覆土厚度不足形成裸露段而產(chǎn)生的漂浮現(xiàn)象。管道為薄壁鋼管，當裸露長度達到某臨界值時，在浮力作用下，管道容易漂浮彎曲變形；若變形超過管材的屈率極限，將引起管道損壞破裂，釀成管道事故。2015年6月28日，貴定縣昌明鎮(zhèn)打鐵鄉(xiāng)段山區(qū)遭遇連續(xù)強降雨，山洪使該段輸油管道經(jīng)過的打鐵河谷水位暴漲，形成長距離漂管危害。

2、 懸空危害

懸空是指采用大開挖直埋方式穿越河流的輸油管道與河床表面不發(fā)生直接接觸的懸空段。懸空改變了管道的受力狀態(tài)，尤其是管道懸空段在水流的繞流作用下，常伴有周期性的渦漩，如出現(xiàn)此種情況，極有可能導致管道出現(xiàn)疲勞扭曲損傷等，一旦河流中管道出現(xiàn)該情況將對管道的危害很大（圖7）。

3、 管道推移危害

山區(qū)河谷段管道若埋深不足，易受短時強水流（泥石流）的沖擊。管道與管周覆土受到?jīng)_擊向下游移動，管道不斷向下游及上方屈曲，其后砂石不斷填充管道屈曲遺留下的空隙，造成管道位移量不斷增大，若此時沖擊作用未終止或管道未得到進一步得穩(wěn)管加固，極有可能因屈曲位移量較大發(fā)生管道損毀事故（圖8）。

4、撞擊危害

撞擊對管道的危害多出現(xiàn)在山區(qū)河谷，短時強水流夾雜大量礫石移動具有較大的沖擊力，穿越河谷、溝谷段管道一旦覆土不足甚至出現(xiàn)裸露情況，將受到極大的威脅，小而多的礫石可能損毀管道防腐層及光纜，大直徑的礫石可能造成管道表面凹陷、產(chǎn)生裂紋甚至出現(xiàn)擊穿管道的情況 。

四、解決辦法及方案

1、直接工程防護方案

直接工程防護的主要目標是管道本體，對其進行直接保護，避免受到直接接觸式損傷。

（1）箱涵。適用條件：山區(qū)河流溝谷，易發(fā)山洪、水（泥）石流的河溝道；結(jié)構(gòu)材料：鋼筋混凝土。

（2）U形槽。適用條件：山區(qū)季節(jié)性河、溝谷，不適用于：山洪頻發(fā)及河道水流量流速較大的河道，結(jié)構(gòu)材料：鋼筋混凝土預制構(gòu)件。

（3）硬覆蓋。適用條件：山區(qū)河谷段，水流量和流速較大的河道；結(jié)構(gòu)材料：鋼筋混凝土、漿砌石。

（4）石籠。適用條件：易發(fā)一般性洪水，山洪、水（泥）石流規(guī)模較小的河道；結(jié)構(gòu)材料：鋼筋籠， 大石塊；屬于臨時性防護結(jié)構(gòu)。

2、間接防護及方案

間接防護方案的主要目標是改善管道所處環(huán)境， 從而提高管道的安全性。分為穩(wěn)定河床結(jié)構(gòu)（如建攔沙壩、淤積壩、河底硬化等）和穩(wěn)定河岸坡結(jié)構(gòu)（如加固護岸擋墻、擋水墻、定期疏通河道、降低河床與河岸管道高度等）。

（1）攔沙壩、淤積壩。適用條件： 山區(qū)河谷，易發(fā)山洪、水（泥）石流的河道；結(jié)構(gòu)材料：鋼筋混凝土、素混凝土、漿砌石。

（2）河底硬化。適用條件：山區(qū)河谷，水流量流速較大的河道；結(jié)構(gòu)材料：混凝土預制構(gòu)件、漿砌石。

（3）護岸擋墻。適用條件：存在側(cè)蝕威脅或向岸侵蝕的河道岸坡。結(jié)構(gòu)材料：混凝土、漿砌石。

五、 結(jié)論

基于華南管網(wǎng)茂昆線西南成品油管道黔南作業(yè)區(qū)貴定縣昌明鎮(zhèn)打鐵鄉(xiāng)段河谷幾次水毀災害的現(xiàn)實，總結(jié)了山區(qū)河谷段水毀的作用方式、管道水毀危害的類型及解決方案，得出以下結(jié)論：

（1）山區(qū)河、溝谷段水毀的作用方式包括河床下切作用、河岸側(cè)蝕作用、泥石流作用及人類工程建設活動作用。

（2）山區(qū)河、溝谷段水毀對管道的危害形式分為漂管危害、懸跨危害、推移危害和洪流攜礫石撞擊管道4類危害。

（3）山區(qū)河、溝谷段管道水毀的解決辦法及方案可分為直接和間接兩大類，各方案均有其不同的適用條件及防護目標，應根據(jù)水毀條件因地制宜，發(fā)揮主觀想象、選取恰當?shù)姆雷o結(jié)構(gòu)。

作者單位：國家管網(wǎng)集團華南分公司貴州輸油部