武海峰

西氣東輸管道公司管道工程建設(shè)項(xiàng)目部 

位于長三角地區(qū)的江蘇省土地面積約10萬平方公里，其中平原沙土區(qū)面積約2萬平方公里。油氣管道在平原沙土區(qū)建設(shè)過程引發(fā)了農(nóng)田地力下降、礦質(zhì)營養(yǎng)元素流失、噴砂冒水、臨近河道堵塞、植被難以恢復(fù)等水土流失問題，從而增加了管道建設(shè)難度和管道運(yùn)行隱患。目前，我國對水土流失嚴(yán)重的西北、西南丘陵山區(qū)等地的治理措施及效益研究較多，一些切實(shí)有效的措施也被應(yīng)用到具體的項(xiàng)目中，但是對平原沙土區(qū)水土流失的研究卻很少。本文以如東-海門-崇明島輸氣管道項(xiàng)目實(shí)施過程為例（以下簡稱如海崇管道），分析研究了水土流失的成因、危害和治理措施，以期為油氣管道經(jīng)過平原沙土區(qū)的水土保持治理工作提供借鑒。

1 如海崇管道工程有關(guān)情況

1.1 項(xiàng)目概況

如海崇管道工程全長88.77公里，設(shè)計(jì)壓力6.3兆帕，管徑610毫米，采用X70直縫埋弧焊鋼管及加強(qiáng)級擠壓聚乙烯三層結(jié)構(gòu)防腐層，沿線設(shè)計(jì)兩座場站、6座閥室。

1.2 自然特點(diǎn)

1.2.1 地質(zhì)地貌與土壤

如海崇管道工程經(jīng)過的如東縣、濱海園區(qū)、海門市、崇明縣四個(gè)縣市級行政區(qū)域?qū)儆陂L江下游沖積平原，出露地層為第四系粘土、粉質(zhì)粘土、粉土及粉砂等，揭露地層為粉土、粉砂，局部夾粉質(zhì)粘土薄層。管道沿線魚塘、水塘及河流多，地下水位較高，年平均水位約0.5m~0.7m。

1.2.2 氣候與氣象災(zāi)害

屬于北亞熱帶濕潤性氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨水充沛，多年平均降水量1020mm，無霜期長，常見的氣象災(zāi)害有洪澇、干旱、梅雨、臺風(fēng)、暴雨、寒潮、高溫、大風(fēng)、雷擊、冰雹等，是典型的氣象災(zāi)害頻發(fā)區(qū)。

1.2.3 植被

處于亞熱帶落葉闊葉林植物帶，地帶性植被屬落葉闊葉和常綠闊葉混交林。作業(yè)區(qū)主要農(nóng)作物有水稻、小麥、油菜、大豆、棉花以及香樟、意楊、紫穗槐等四旁林，林草覆蓋約28%。

2 建設(shè)區(qū)水土流失成因分析

據(jù)測定，該管道建設(shè)區(qū)的平均水位在0.8m左右，土壤中的沙粒約占30%~40%，粉砂約占40%~50%，粘土約占10%~15%�？偪紫抖刃∮�50%，滲透系數(shù)1×10-6cm/s左右，土壤顆粒細(xì)小，結(jié)構(gòu)松散。長時(shí)間形成的較為穩(wěn)定的沙土區(qū)沙水結(jié)構(gòu)在施工機(jī)械的外力作用下剪力破壞而“垮塌”，顆粒瞬間下沉而引起水壓，水分上升外流并帶走一部分粒徑較小的顆粒，氮、磷、鉀、鈉等礦質(zhì)元素也隨之流失，導(dǎo)致地力下降。水分上升后顆粒下沉而使土壤受到“壓縮”。管溝開挖出的土壤大范圍裸露，加之雨水充沛，也會引起水土流失。土壤液化如圖1所示。

3 平原沙土區(qū)水土流失危害

3.1 降低土地生產(chǎn)力

土地的耕作層一般為10cm~30cm，是農(nóng)作物賴以生存的基礎(chǔ)。管溝開挖必然對土壤的層次、質(zhì)地產(chǎn)生很大改變。油氣管道從焊接到下溝，從試壓到回填、地貌恢復(fù)，需要較長一段時(shí)間，而工程隊(duì)伍無論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都無法實(shí)現(xiàn)對開挖土壤的保護(hù)。據(jù)測定，管溝回填完成后土壤中的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮含量均顯著低于非作業(yè)帶，表層土壤全磷含量也顯著低于非作業(yè)帶。施工作業(yè)對原有土體構(gòu)型必然產(chǎn)生擾動，使土壤養(yǎng)分狀況受到影響，嚴(yán)重時(shí)使土壤性質(zhì)惡化，甚至難以恢復(fù)，因而會對其上生長的植物產(chǎn)生影響。

管溝開挖、機(jī)械碾壓不僅會破壞開挖土壤的結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生的作用力還會使相鄰?fù)寥赖慕Y(jié)構(gòu)受到破壞，引發(fā)土壤液化、地表下沉，導(dǎo)致土壤的緊實(shí)度、塑性、通透性、蓄水能力、根系穿透能力等發(fā)生改變，從而影響植物生長。

3.2 破壞生態(tài)環(huán)境

管道作業(yè)帶一般寬為18m，管溝一般深1.5～2.0m，寬約1.1m～1.3m，施工機(jī)具進(jìn)場、管溝開挖過程中會對原地生態(tài)產(chǎn)生擾動或破壞，損壞原來的水土保持設(shè)施，長時(shí)間的土壤暴露和雨水沖刷會加速當(dāng)?shù)厮�土流失，影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

3.3 影響河道功能

管道沿線有長江、海門河、大洪河等數(shù)十條大中小型河流、河道和灌溉渠，如不進(jìn)行合理的水土保持設(shè)計(jì)和施工，確保施工質(zhì)量，施工過程中對土壤的擾動和液化不僅會加重水土流失，還會使河流邊坡受損、河床淤積、輸沙量增加，影響通航和灌溉。

3.4 危及周圍建筑物安全

大型施工機(jī)具的連續(xù)作業(yè)會引起大范圍土壤液化、地表沉陷，地面的傾斜、龜裂會影響周邊房屋、圍墻、大棚等的安全，帶來人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 影響工程進(jìn)度與安全

由于地下水位高、土壤液化，作業(yè)環(huán)境成為“泥潭”，使施工機(jī)具移動緩慢，管溝開挖速度變慢、開挖深度難以維持良好的作業(yè)基準(zhǔn)面，管道敷設(shè)作業(yè)、焊接、組口等都會受到不同程度影響，從而影響施工速度和質(zhì)量。土壤流失后可能造成地基失穩(wěn)，施工作業(yè)過程中就可能發(fā)生人員傷害、機(jī)具毀壞和周圍建筑物傾斜等情況。原土回填后，由于結(jié)構(gòu)破壞，地表會發(fā)生沉降、滲漏，引起地基塌方，導(dǎo)致管道發(fā)生位移、變形，影響清管。另外，沉積的雜物和水會加速管道的銹蝕，影響管道安全和壽命。

4 水土流失防治措施

4.1 管道作業(yè)區(qū)

（1）設(shè)計(jì)階段對管道沿線進(jìn)行勘測，管道埋深要盡量避開高液化趨勢區(qū)。

（2）施工前測定地下水位，對于地下水位較高的地段，作業(yè)面與非作業(yè)面應(yīng)隔開，同時(shí)進(jìn)行井點(diǎn)降水，降低作業(yè)面含水量并夯實(shí)地基。開挖過程要采取分層開挖、分層堆放，并將熟土層堆土遮攔起來，以保持土壤肥力。土壤液化區(qū)宜采用小型機(jī)械或者人工方式進(jìn)行開挖，減少大型機(jī)械對作業(yè)區(qū)土壤的擾動。

（3）合理安排工序、工期，因地制宜地控制作業(yè)帶寬度。避開雨季施工，作業(yè)完成后要及時(shí)進(jìn)行回填和恢復(fù)。管溝回填應(yīng)分層進(jìn)行，接近地表層應(yīng)混入約20%比例的粘土和一定的氮磷鉀肥，以保持土壤肥力�；謴�(fù)地貌時(shí)要結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，及時(shí)進(jìn)行植被的補(bǔ)種補(bǔ)植。

（4）對臨近河邊、溝渠的特殊地段，應(yīng)進(jìn)行邊坡砌護(hù)，防止管溝開挖引起土壤液化和邊坡坍塌，造成水土流失。管溝處可采取板樁、沉箱、設(shè)置混凝土截水墻等措施進(jìn)行截?cái)�，防止土壤液化時(shí)增加管道側(cè)向應(yīng)力，影響管道安全。

4.2 場站和閥室區(qū)

為防止建設(shè)期和運(yùn)行期土壤液化對站場和閥室區(qū)的影響，在選址過程中要進(jìn)行地質(zhì)勘測，盡可能避繞高液化趨勢區(qū)。無法避繞時(shí)，可考慮采取灌漿或加大基樁深度（約0.5m～1.0m）使其穿過高液化趨勢區(qū)到達(dá)穩(wěn)定的土層。

本文所舉管道工程案例就采取了加深基樁深度進(jìn)行進(jìn)行穩(wěn)固的方式。施工中，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)排水溝，排除基根處的水分，防止受干擾后地基失穩(wěn)。

4.3 管理措施

嚴(yán)格執(zhí)行水土保持“三同時(shí)”制度，委托具有專業(yè)資質(zhì)的水土保持方案編制單位、監(jiān)理單位、監(jiān)測單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位開展各階段水土保持工作，確保水土保持工作保質(zhì)保量完成，各項(xiàng)水土保持措施起到預(yù)期效果。

在工程發(fā)包標(biāo)書中明確提出水土保持要求，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和監(jiān)測單位在投標(biāo)文件中對照項(xiàng)目水土保持方案及批復(fù)要求提出具體明確的水土保持防治措施。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)參照水土保持方案，結(jié)合工程實(shí)際情況編制水土保持投資概算，并確保資金�？顚Ｓ谩Ｊ┕で皯�(yīng)進(jìn)行環(huán)境保護(hù)、水土保持交底，將各項(xiàng)水土保持措施及要求納入工程建設(shè)施工計(jì)劃。施工中應(yīng)落實(shí)水土保持工程進(jìn)度及質(zhì)量控制，定期開展水土保持監(jiān)測，嚴(yán)格執(zhí)行既定的各項(xiàng)水土保持措施，嚴(yán)禁偷工減料、降低工程標(biāo)準(zhǔn)。

5 水土保持效益分析

與擬定的水土保持方案比較，如海崇管道工程在實(shí)際施工中，作業(yè)帶和場站、閥室的土壤流失控制比由1.0降低至約0.78和0.8，植草恢復(fù)及治理度由97%提高到98.4%，林草覆蓋率由15%提高到29.9%，管道作業(yè)帶每公里失土量較平原沙土區(qū)未采取措施的地區(qū)減少約120立方，同時(shí)減少了工程區(qū)及周邊水域的泥沙淤積量和水體污染，未發(fā)生一起因土壤液化引起的建筑受損和人員傷亡事件。農(nóng)作物在管道作業(yè)帶恢復(fù)結(jié)束三個(gè)月后能夠?qū)崿F(xiàn)良好生長，臨時(shí)施工帶來的農(nóng)田臨時(shí)補(bǔ)償由2-3季降低為補(bǔ)償1季即可，減少了工程投資。

工程建設(shè)按照計(jì)劃如期完成，未因作業(yè)環(huán)境特殊而受到影響，工程質(zhì)量和地質(zhì)穩(wěn)定性得到了提高，有利于管道安全運(yùn)行和延長使用壽命。同時(shí)，減少了工程維護(hù)和管理費(fèi)用，間接效益良好。

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作者：武海峰， 1987年生，男，在讀碩士，工程師，供職于中國石油西氣東輸管道公司管道工程建設(shè)項(xiàng)目部，主要研究方向?yàn)橥寥狼治g、水土保持技術(shù)和荒漠化治理。

《管道保護(hù)》2016年第6期（總第31期）