碛口-白文输气管线水毁风险原因及控制措施

郭伟 王少华（山西临县国新燃气有限公司山西吕梁03300太原燃气集团有限公司山西太原030000）

碛口-白文输气管线水毁风险原因及控制措施

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碛口-白文输气管线工程，是临县境内重要的输气管线，承担着向临县县城及周边村庄居民和企业的供气任务。该管线所经过地区地形地貌复杂多样，多为湫水河河床、漫滩、阶地等地貌形态，且湫水河地处晋西北黄土高原，夏季雨水多集中，常发生洪水，这增大了该管线的水毁风险。针对这钟情况，采取了一系列行之有效的措施，有效降低了水毁的风险。

长输管道；水工保护；水毁风险

引言

碛口-白文输气管线建于山西省吕梁市临县，位于山西省域的西部，地处吕梁山区西侧，黄土高原黄河中游晋陕峡谷东侧。属于晋西北黄土高原地貌，属暖温带大陆性季风半干旱气候。临县地区四季分明，春季干旱多风少雨，风向多为西北，夏季炎热多暴雨且雨量集中，秋季较为温凉湿润，冬季寒冷干燥。年平均降水量464.2mm。雨水多集中在6～9月份，尤其以7月最多。临县境内的湫水河是黄河一级支流，发源于山西省兴县黑茶山东北麓的大坪头，流经兴县、临县，于碛口镇汇人黄河。干流全长125 km，流域平均宽度为16 km，总面积1989 km，河道纵坡为6.5‰。流域内沟壑众多，主要由土石山和黄土丘陵区组成，其沟壑密度分别为4km/km2和5km/km2，呈树枝状分布[1]。多年平均径流量1.05亿立方米，年平均输沙量2400万吨，1967年实测，最大洪峰流量3670立方米/秒。碛口-白文线工程区域湫水河河谷发育河床、漫滩、阶地等地貌形态，堆积砂卵砾石、次生黄土。

1 管道水毁的危害

水毁灾害过程中由于露管，泥砂石对管道的摩擦刮蹭和撞击会造成外防腐层损伤，增加了管道发生腐蚀的风险。如有岩块或其他硬物随水流严重撞击，会是管道母材产生不可修复的凹坑或塌陷，导致管道产生应力集中，凹坑处也有可能造成清管器卡堵。最严重的是在洪水到来时，管道自身配重小于其所承受的浮力，造成漂管，漂管可能引发管道断裂的事件，会导致管道输气中断，影响下游用户正常用气。

2 碛口-白文线水毁风险原因

常见河道水毁的主要原因为冲刷、河床下切、堤岸垮塌、堤岸侵蚀、河流改道[2]。河道中敷设的管道在运行过程中，水毁风险影响极大，水土流失引起的滑坡、泥石流等水毁现象以及水体本身对管道的冲刷侵蚀都影响着管道的安全运行。需要根据具体情况制定具体的保护治理措施和解决方案，如果方案不适合所在地区的具体情况，则该方案将不能起到保护管道的作用，不仅浪费人力物力，甚至可能适得其反，对管道的安全运行造成更大的损伤。碛口-白文线面临的水毁原因则主要为冲刷、河床下切及堤岸侵蚀。

2.1 冲刷

冲刷（见图1）是由于河中水流在流动过程中遇到障碍物，如大块石等，水流因受到障碍物的阻挡，导致在障碍物附近发生水流改向或水流局部集中冲刷，在水流对河床的冲蚀淘刷过程中，形成冲刷坑，如果管道在此敷设，就可能会导致管道外露。在露管处，管道外防腐层易受泥砂石摩擦、刮蹭和撞击从而发生损伤，增加了管道发生腐蚀的风险，影响管道使用寿命，严重时还有可能由于撞击产生管道凹坑等现象。

2.2 河床下切

河床下切（见图2）是由于水流速度过大或沉积物源的减少，造成河床大幅降低。由于河床降低，敷设的管道会因冲刷而造成露出及悬空，暴露的管道受到河流携带的块石撞击，造成防腐层损伤，甚至管体损伤以及涡激振动，导致管道使用寿命缩短。湫水河为季节性河流，强降雨后易发生洪水，水流挟带泥沙的能力强，加之湫水河流域水土流失严重，极易形成水石流，对敷设的管道危害很大。

2.3 堤岸侵蚀

堤岸侵蚀（见图3）主要发生在河流弯道的迎水面，由于水流不断冲刷迎水面，使该处堤岸逐渐后退，在洪水期间，水流量大且夹杂大量砂石，迎水面冲刷更加严重。当管道在该侧堤岸或外侧敷设时，由于堤岸侵蚀容易被暴露。碛口-白文线沿河敷设距离长，且湫水河弯道较多，堤岸侵蚀危害很大。

图2

图1

图3

3 碛口-白文线水毁风险的控制措施

长输管道施工过程中，水工保护工程十分重要，对沿河敷设的碛口-白文线更是如此，它是管道保护和水土保持的重要措施。由于管道施工破坏了原来的河床等地形地貌，因此在管道施工的同时，必须采取水工保护措施并恢复和改善原有地形地貌，以保护管线的安全运行。

3.1 基岩开槽浇筑

湫水河河道部分区域河床浅层有基岩地形，遇到此类地形则在基岩上开凿管槽后敷设管道，最后沟槽用满槽混凝土覆盖封顶，并达到基岩标高，此方法不仅能够防止冲刷露管，还能起到一定的稳管作用。

3.2 过水面护底

过水面护底是采用钢筋砼等修建成硬覆盖结构，对管道上方的河床进行连续防护，通过在管道上方修建过水面护底，可以有效防止水流冲刷河床形成的冲刷坑，并且可以防止河床下切。过水面护底属于面层防护措施，不占据河道断面，河道水流可以从其上方自由通过，且不改变水流特性。此外，过水面结构简单、施工方便、防护效果也较好。

3.3 浆砌石挡墙和护岸

浆砌石挡墙和护岸可以防止河流侧向侵蚀及因河道局部冲刷而造成引起的堤岸侵蚀及堤岸垮塌等灾害，有效防止此类灾害造成的露管。浆砌石挡墙和护岸具有施工简易灵活、适应河床变形、能分期实施、逐步加固等优点，此外，工程的护坡、护脚及墙体均可采用块石，材料能够做到就地取材，有效控制成本。需要注意的是，在修建此类工程时，需根据工程墙体顶部地形、地貌及水体浸入情况，修建截水沟、排水沟或封闭地表等措施，防止水体浸入到破裂土体内；如有地下水，应设置排水盲沟，为防积水渗入基础，须在最低排泄孔下部夯填一定厚度的粘土隔水层。

3.4 增加配重块

在夏季时，临县地区强降雨时有发生，强降雨后，湫水河易发生洪水，水量大、流速急，且部分河道狭窄、多急弯，水工保护工程承受极大风险，一旦因水毁导致露管，露管处将由于浮力和水动力作用，仅依靠管道自身重力，不能保持管道沉降深度和稳定，有可能引起管道漂浮，这时需采取有效经济的稳管措施，才能将管道稳定的固定在管沟内。增加配重块可以有效解决漂管问题，将雨季水毁导致的后果降到最低。

4 建议

通过对碛口-白文线水毁风险原因及相应控制措施的分析，可为该管线及其他管线的水工保护设置提供建议：

（1）坚定防范优先于治理的理念，在设计前及施工过程中，应多观察实际水文形势，了解实际情况，设计与施工紧密结合，因地制宜的制定合理的水工保护措施。

（2）影响水工保护工程效能的重要环节是水工保护工程的设计水平，提高水工保护工程设计水平。设计水平直接决定防治效果及经济成本。再具体的实施中赢从依靠经验的定性设计做到因地制宜的定量设计，确保水工保护工程的防治效果及经济成本。

（3）加强施工质量管理，提高工程质量。工程存在的质量问题，主要是混凝土工程混凝土强度达不到设计要求，浆砌石基础不牢、块石强度不合格、砂浆不饱满等现象。为了避免这些现象，必须提高业主管理水平、监理人员素质、施工单位素质，同时加强施工质量控制，加强监理管理，严把各验收环节的管理。

（4）加强后期维护，提高对水毁灾害点以及水工保护工程的管理水平，定期排查工程的局部损毁情况，发现局部损毁后及时组织人员进行维修，有效防止工程损毁的进一步扩大，延长水工保护工程的使用寿命。

[1]范堆相．山西水资源评价[M]．北京：中国水利水电出版社，2005

[2]Mark Leir,Michael Reed,Eugene Yaremko.Field Inspection Module for Hydrotechnical Hazards,Proc.5th IPC 2004,ASME,Calgary,Canada

郭伟（1985.6-）男，籍贯河南开封，2014年7月毕业于西安石油大学油气田开发工程专业，全日制硕士学位。