油气输送管道敷设的滑坡防治措施与应用

　[收稿日期]6　[作者简介]王小俊(63),男,6年中专毕业,工程师,现从事计划管理和施工管理工作。

油气输送管道敷设的滑坡防治措施与应用

王小俊,邓梓玲,侯来夫　(中石化管道储运分公司襄樊输油处,湖北襄樊441002)

[摘要]在油气输送管道敷设工程中,滑坡的危害极大,必须加以防治。通过对边坡失稳的岩土力学原因

分析和坡体稳定性的理论分析,提出了管道敷设中滑坡与坍塌的防治措施;主动防治包括避让、排水、

卸载和避免管道敷设产生新的诱因;被动防治包括支挡、反压和设置锚杆等方法。应用实例表明,采用

上述措施可用于保证管道安全渡汛,最终措施是采取改线绕避方案。

[关键词]管道敷设;管道穿越;滑塌构造;岩土力学;稳定性;滑坡;防治

[中图分类号]TE97314;TE88[文献标识码]A [文章编号]16731409(2006)04011603

近几年来,随着以西气东输工程为代表的石油天然气长输管道的建设,高压力大管径油气管道通过地表复杂地质条件的情况越来越多,管道敷设和坡体稳定之间的联系也越来越紧密[1,2]。我国幅员辽阔,地形地貌多变,地质构造复杂,在高原山地滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害时有发生,这对长输管道的破坏力在许多地区远大于地震的危害,特别是大型滑坡对管道往往带来灾难性的后果。同时,管道敷设也不可避免地会改变山体边坡条件,使一些长期稳定的坡体产生滑塌,加上有些山区地貌本身就隐藏了许多不稳定的坡体和历史上曾经活动过的老滑坡,给油气管道敷设带来很大困难。事实上,随着大型和特大型工程对地质灾害评价的日益重视[3,4],长输管道一般不会通过大型滑坡地段;但中小型滑坡地段往往由于不容易发现或没有引起足够重视,还长期危害着油气管道的输送安全。因此,讨论如何避免因管道敷设过程改变场地条件诱发滑坡和坍塌对管道的危害很有必要。

1　边坡失稳的岩土力学原因分析

从岩土力学的角度看,边坡失稳主要有以下两方面的原因:

1)与边坡地质地貌有关的内部因素　主要包括:①边坡的岩土性质。组成边坡的岩石和土体,其抗剪强度、抗风化和抗水侵蚀的能力各不相同,硬质岩石组成的边坡一般比较稳定,由软质岩石和土组成的边坡稳定性差因而容易滑动或坍塌。②组成边坡岩土的结构和构造。岩(土)的层面、断层面、裂隙等的倾向都对边坡稳定有极大的影响,倾向与边坡同向就容易滑动,反向边坡就比较稳定;在坡体岩(土)层有遇水软化夹层时,上层滑动的可能性就会增加。③边坡的外形。高陡边坡容易失稳,低缓边坡比较稳定;而高陡边坡中部的平台对后部边坡有支撑作用,稳定性比没有平台要好。

2)对边坡稳定影响的外部条件　主要包括:①水的作用。工程实践表明,90%以上的边坡滑动都和水有直接关系。水的作用主要表现在:增加岩土容重,增大坡内剪应力;软化岩土,降低岩土抗剪强度;产生静水压力和动水压力;溶解岩土内易溶物质,改变岩土的土力学特征;冲刷坡脚,削弱下部坡体的支撑作用;对不透水层以上的覆土层或软弱夹层起润滑作用。②振动的影响。地震、爆破、打桩等引起的振动,都会不同程度降低岩土的抗剪强度,改变边坡的平衡状态。③工程建设等人为因素。在工程建设过程中,不合理开挖坡脚、不适当地在坡顶弃土或在坡顶修建房屋、堆放材料,都有可能改变边坡平衡条件,引起边坡滑动。

2　坡体稳定性的理论分析

1)以岩土力学为基础的理论分析　目前对滑坡的理论分析已经非常成熟[2]。按照工程地质勘察资611长江大学学报(自科版)　2006年12月第3卷第4期理工卷Jour na l o f Y a ngtze U niver sity (N a t Sci Edit)　Dec 12006,Vol 13No 14S ci &Eng V 2000928

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料确定滑动层面和滑坡范围;在一些大型滑坡体,经常有多个滑动面存在,需要对最大滑坡推力进行计算并采取工程措施;同时,需要验算在实施工程措施后浅层坡体的稳定性。

图1　滑坡受力分析

2)从工程角度的宏观分析　从地质构造上分

析,滑坡体一般由滑动段、挤压段和阻滑段3部分

构成(图1)。其中,滑动段为不稳定坡体,形成累

积下滑力P ;挤压段为自身稳定的坡体,不形成累积

下滑力,也不提供明显的抗滑力,在一些滑坡中并不

明显;阻滑段为稳定坡体,提供累积抗滑力F 。

根据3部分的受力特点,可以有针对地采取工

程措施。对滑坡的宏观分析对管道工程有非常重要

的指导意义。减小下滑力,增加抗滑力是防治滑坡

的最终目标。不论“削坡卸载压脚”,还是设置挡墙和抗滑桩,都是建立在“减小下滑力,增加抗滑力”这一原则上的。

3　管道敷设中滑坡与坍塌的防治措施

针对边坡失稳的原因,管道敷设中防治滑坡与坍塌有2种工程措施[5～7],一种是减少或消除坡体失稳的内外部因素,称为主动防治;另一种是采取工程措施增加抗滑力,使有滑坡和坍塌趋势的坡体处于稳定状态,称为被动防治。对于具体的管道敷设工程,可采用主动与被动防治相结合的方式防治滑坡和坍塌。

311　主动防治

1)避让　对活动的滑坡或坍塌,采用避让是最安全的,尤其管道避开滑坡地段导致增加投资不明显的情况下,应该首先采取绕避方案。另外,在形成滑坡因素非常复杂、治理十分困难的情况下,也应该优先采取绕避的方案。

2)排水　地表水和地下水是滑坡和坍塌发生的重要外因,在一些稳定的古老滑坡地带,往往因为地表水渗透到滑动层,使滑动层软化,滑动层土体抗剪强度大幅度降低,导致抗滑力下降;同时地表水的渗透和地下水位上升使滑坡体重量大幅度增加,也将导致下滑力显著增加。因此,应该采取有效的排水措施,避免地表水在滑坡段坡体表面聚集,也要避免邻近坡体的地表水排到滑坡体范围。同时对地表也要做适当的处理,阻隔地表水向坡体深层渗透。对地下水,主要是防止在暴雨季节地下水位的大幅度上升,这就需要分析地下水的补给方式和补给范围。主要工程措施也是把补给地下水范围的地表水排走。另外,要防止地表水,尤其是河道和沟渠对山体阻滑段的冲刷,以免削弱坡体的自身抗滑能力。

3)卸载　由于下滑力和滑动段的坡体重量是正比关系,因此减轻滑动段的重量,能有效减少滑坡体的下滑力,从而使滑坡体达到稳定;同时削坡卸载处理措施得当也可以使地表水更顺畅排走。

4)避免管道敷设产生新的诱因　管道敷设对山体稳定性的破坏往往比小范围的建筑工程要明显。管道设计的路由一般优先选择稳定、平坦、顺直的地段,避免从坡面通过,所以线路施工损坏的经常是滑坡体的抗滑段;线路施工作业带的开辟也会减轻抗滑段的有效重量。以上两方面都会不同程度削弱坡体的抗滑能力。小范围的建筑工程对坡体是一个点的破坏,抗滑段的抗滑能力损失不是十分明显。线路走向很多时候都在坡体的抗滑段范围,因而线路施工经常是对坡脚产生大范围破坏,如果没有适当的工程措施,很容易造成一些稳定的坡体和稳定的古滑坡产生滑动的可能。另外,施工作业过程不可避免会有振动,也有可能造成局部排水不畅等,这些都可能成为滑坡的诱因。

因此,选择管道线路有时不能只考虑线路本身的设计、施工和运行管理,同时要分析管道建设对边坡稳定性的影响,要量化分析管道建设对抗滑力的削弱,采取必要的工程措施增加抗滑力,减少下滑力。312　被动防治

)支挡　挡墙、抗滑桩、锚拉桩等都是常用的支挡措施,对小型滑坡一般采取设置挡墙的措施;抗滑桩和锚拉桩经常在大型或特大型滑坡治理中采用。支挡结构的设计原理即是利用增加构筑物的抗滑

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11第3卷第4期王小俊等:油气输送管道敷设的滑坡防治措施与应用　1

力,达到抵抗累积下滑力的效果。

2)反压　反压经常是削坡卸载的配套措施,把滑动段的土体压在抗滑段坡脚,反压的目的是利用增加抗滑段的重量达到增加抗滑力的目的。

3)其他方法　在工程实践中,还有其他一些工程措施,例如对有坍塌趋势的岩质边坡,可以设置锚杆,把坡边的岩体锚拉到稳定的坚硬岩体上。

4　输气管道敷设滑坡防治处理应用实例

在笔者参加的陕西黄土地区某管道敷设工程中,发现一处滑坡蠕动征兆。建设方委托勘察单位对该段补充勘察,并组织专家小组进行现场研讨,对坡体稳定性进行分析计算。结论为:河道冲刷、管道施工等综合原因使该处的古滑坡产生了活动趋势。下面是对该地段进行防止滑坡的处理过程。

1)现场情况分析　该地段属于黄土浅丘,坡脚下临河道,下半部坡度较缓,管道从坡体由陡坡下沿通过,在管道通过位置平整了一条6m 宽的施工作业带。从现场观察,坡体范围下半部为耕地,上半部为天然植被,坡面地貌特征没有近几十年产生滑动的迹象。管道施工完成后,河道对坡脚淘蚀造成坡脚地表土大范围垮塌,滑坡范围线顶端有不贯通的地表裂缝产生。经地质勘察和专家论证认为,该处存在滑坡条件,有古滑坡受外界条件变化复活产生新滑动的可能。

2)原因分析　该处古滑坡复活主要有以下几方面的原因:①河道对坡脚的淘蚀。在建设管道过程中将余土散堆在坡脚,河道淘蚀造成新填土和部分坡脚原土垮塌,削弱了坡脚对滑坡体的支撑,对上部坡体滑动起到了牵引作用。②地表水大量向地下渗漏。在滑坡边界线附近发现多处落水孔洞,地表水通过孔洞向滑动层补给水分,在地质勘察中明显反映出,滑动层的含水量非常高。滑动层抗剪强度大幅度降低,造成下滑力增加,抗滑力下降。③管道建设的影响。管道从坡体抗滑段或挤压段横穿,对抗滑段的抗滑力有一定的削弱。④缺少对坡脚必要的水工保护措施。施工余土压脚本来是很好的抗滑措施,但应采取压实措施,坡脚缺少支挡措施抵御河道冲刷,而黄土的土力学特征恰好是抗冲刷能力非常差。暴雨对地表冲刷与河道对坡脚淘蚀综合作用使坡脚垮塌,这是该处古滑坡蠕动的主要原因。

3)处理措施　根据上述原因分析,有针对性地采取了治理措施:①支挡。坡脚堆放钢筋石笼,既起到防止河道继续冲刷坡脚的作用,同时也有效增加了抗滑力。②截排水。修建地表排水沟,收集地表雨水直接排入河道,避免地表水聚集和向滑动面渗漏。③堵漏。将坡体范围内和周边的洞孔堵实。④坡面整治。压实坡面,尤其是管道作业带以下坡面,避免新的垮塌,结合排水措施,加固抗滑段坡体。

基于管道重要性、技术经济和其他原因,以上措施主要用于保证管道安全渡汛,最终措施应采取改线绕避方案。

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[编辑]　舍　予811　长江大学学报(自科版)2006年12月