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1、精选优质文档-倾情为你奉上西气东输管道水毁类型及发育特点李水平 胡卸文 吴迪(西南交通大学土木工程学院地质工程系，成都)摘要：西气东输管道水毁是指在西气东输管道沿线主要由“水“引发的一类环境及地质灾害，分为坡面水毁和河沟道水毁。调查发现，两种水毁在管道沿线发育十分普遍，但相对而言，西区段和东区段主要以坡面水毁为主，中区段两者皆发育，河沟道水毁更为严重。按岩土物性特点，坡面水毁主要发育在第四系冲洪积物、粘土岩组、砂土岩组和松散岩组中，河沟道水毁主要发育在黄土和砂泥岩岩组中。关键词： 灾害 管道水毁 西气东输 1 概述西气东输管道水毁，主要指在西气东输管道沿线由“水”引发的一类环境及地质灾害。水，
2、包括大气降水、冰雪融水、水库泄洪等。按地形特点，可将水毁分为坡面水毁和河沟道水毁两大类。坡面水毁，主要分布在坡度大于5的斜坡部位，水毁方式主要以横切管堤、顺蚀管沟和溯源侵蚀为主。河沟道水毁，主要图1 河沟道管道敷设平面示意图图2 河沟道管道敷设剖面示意图Fig.2 The cross section of the pipeline laying along the riverway or gullyFig.1The plane sketch map of the pipeline laying along the riverway or gully分布在管道沿途穿越的河流沟谷地带（如图1所示）
3、，水毁的方式主要包括河沟床的水流冲刷下切（如图2(c)），以及河沟岸坡凹岸部位因水流冲顶淘刷坍岸（如图2(b)、(c)）。对管道的危害，主要表现在管道盖层变薄，管道露管，以及管道悬空等灾害。严重时，有可能发生断管事件，例如马惠宁管道穿越环江段，汛期就曾发生过断管事件1。2西气东输管道水毁发育机理2.1坡面水毁坡面水毁主要由坡面水力侵蚀引起，坡面水力侵蚀强弱主要取决于降雨、坡度、坡长、岩土物性、植被和人为作用等因素。此外，坡面水毁的严重程度还取决于管道的敷设情况，埋深、回填等因素，以及管道的穿越方式，横向穿越、斜向穿越和顺向穿越等。从力学角度分析，水力侵蚀2：，当Fs1时，坡面岩土体发生冲刷，及
4、水土流失，管道盖层变薄；当Fs1，坡面岩土体稳定。坡面岩土物性、植被覆盖率直接影响岩土抗冲蚀力的大小，岩土越密实，植被越茂盛，岩土体的抗冲蚀力越大；反之，抗冲蚀力越小。而侵蚀力与降雨强度、坡度和坡长有关，侵蚀力与坡长和降雨强度成正比。据试验资料，在坡度小于24时，坡度与水流剪切力也成正比，但当坡度大于24时，坡度与水流剪切力成反比。2.2河沟道水毁河沟道水毁包括河沟床下切和河沟岸坡坍塌，前者与坡面水毁的机制相似，不再拗述，重点研究后者。图3 弯道水流受力示意图Fig.3 The force diagram of the stream current in curved conuit河沟岸坡坍塌
5、多发生在河流沟道的凹岸部位（如图1(a)、(b)），水流在重力和离心惯性力的共同作用下，使凹岸水面高，凸岸水面低，水流在此处产生表面横比降，出现动水压力。弯道内水流质点所受离心惯性力的大小与该质点的质量成正比、与该质点所处的半径成反比、并与该质点的纵向流速平方成正比，使得水面附近的各点所受离心力的作用大于河底附近各点所受离心力的作用。动水压力和离心力共同作用，在横向上形成一个封闭的环流3（如图3(a)）。横向水流与纵向水流结合在一起，便构成弯道中的螺旋流。在螺旋流的作用下，凹岸物质不断被掏蚀，搬运，形成临空坡脚（如图2(b)），在重力侵蚀作用下，发生岸坡坍滑。当岸坡坡度大于45时4，以崩塌为主
6、；当岸坡坡度小于45时，以滑坡为主。西气东输管道(干线)DC239，管道沿大理河河床由西向东顺河流流向埋设长达185m，河床为薄层状结构的水平基岩，岩性为第三系保德组属N2紫红色砂岩夹泥岩，管道埋于基岩掘开的管沟中，宽2m。管道上覆盖层被冲刷，枯水季节水流就沿管沟凹槽流动(如图4)，流速较大。因沟床内分布有较大块石，对管道造成撞击等，影响管道安全。图4大理河穿越段管沟被冲刷形成沟槽横剖面示意图Fig.4 The cross section of groove scoured by the current in DaLi River 3西气东输管道水毁发育特点3.1地域分布特点西气东输管道（干线
7、）西起新疆塔里木的轮南,东迄于上海西郊的白鹤镇,途径九省一市，全长逾3800km 5。沿线地形地貌、气候气象、水文植被复杂多变，区域分布特点明显。经野外实地调查，西气东输管道沿线发育的水毁灾害也具有明显的地域分布特点。西气东输管道（干线）的分区，通常以太行山东麓和腾格里沙漠东缘为界，将西气东输管道划分出西、中、东三个区段6。经野外调查和室内资料整理发现，对于管道水毁灾害，第二个分界点应西移，以河西走廊西端为界。水毁的关键是“水”，水的多少，直接影响水毁的发育程度。而河西走廊正好处于一个降水量突越点，以西年均最大降雨量不足65/a，以东年均最大降雨量大于195/a6。为此，以太行山东麓和河西走廊
8、西端将西气东输管道沿线水毁环境划分为西、中、东三个区段。西气东输管道沿线地形总体上呈西高东低展布，最高海拔为2590m，最低海拔为2m。西区段全长1127km，海拔区间为8001900m，段内平均地形起伏（平均起伏（最高海拔最低海拔）/ 区段长度）0.98m/km，年均最大降雨量62/a；中区段全长1778km，海拔区间为4302590m，段内平均地形起伏1.21 m/km，年均最大降雨量736.2/a；东区段全长937km，海拔区间为2120m，区段内平均地形起伏0.1m/km，年均最大降雨量1200/a。依据2006年汛期前后（4月、11月）野外实地调查，野外现场调查152处典型水毁点，坡
9、面水毁84处，河沟道水毁54处，其它14处。其中，西区段发育29处，占统计总数的19.1，坡面水毁21处，河沟道水毁5处，其它3处；中区段发育107，占统计总数的70.4，坡面水毁57处，河沟道水毁45处，其它5处；东区段发育16处，占统计总数的10.5%，坡面水毁6处，河沟道水毁4处，其它6处。各区段水毁分布如图5所示。图5 西气东输管道沿线各区段水毁发育统计直方图Fig.5 Statistical bar chart of rainfall-caused hazards in each section alongthe west-to-east gas transporting pipel
10、ine 由图5可知，西气东输管道沿线的水毁主要发育在中区段，而西区段水毁主要以坡面水毁为主，东区段水毁发育相对较弱。3.2多岩组特点根据对西气东输管道沿线152处典型水毁灾害点的实地调查与统计分析，西气东输管道沿线发生水毁的工程地质岩组主要划分为第四系冲洪积物、黄土、粘土岩岩组、砂土岩岩组、砂泥岩岩组、松散岩岩组等6个工程地质岩性组。把某一岩组中发育水毁灾害数目与总灾害数目的比值称为水毁潜力比，反映该岩组水毁发育的程度。对每一岩组中发生的管道水毁进行的统计分析结果见表1。表1 西气东输管道沿线岩土体工程地质性质比较Table 1 The comparison of the engineerin
11、g geological property of rock and soil along the west-to-east gas transporting pipeline岩组名岩性工程地质评述水毁潜力比第四系冲洪积物块碎石土、卵砾石土结构松散，无胶结或弱胶结，易发生冲刷、下切，在管堤上形成深切冲沟30.2黄土粘质粉土、粉土结构较密实，节理发育，可塑，遇水易崩解，易发生冲刷、滑坡、崩塌、泥石流47.6粘土岩岩组粘土岩多呈硬塑或坚硬状，具有一定的直立性，浸水后易崩解7.9砂土岩岩组砂土、粉砂土结构松散、无胶结或弱胶结，易冲刷6.3砂泥岩岩组砂岩、泥岩软硬相间，易发生坍塌和顺层掏蚀4.8松散岩岩
12、组坡残积物松散堆积，易发生浅滑，冲刷3.2岩组水毁潜力比与该岩组的分布范围、岩土物性、结构等直接相关，分布范围广，岩土体结构松散，节理裂隙发育，无胶结，或弱胶结，抗冲蚀能力弱，则图6水毁潜力比与岩性关系图Fig.6 Relation of flood potential damage and the property of rock and soil水毁潜力比大。反之，水毁潜力比小。水毁潜力比依岩组不同而不同，见图6。由图6可以看出，黄土的水毁潜力比最大，一般情况下，在其它条件满足的情况下，黄土更易发生水毁灾害。其次是第四系冲洪积物。3.3人类工程活动西气东输管道为线形浅埋输气管道，埋置深度2
13、m左右5，大部分管段只作简单的沟埋回填，无其他任何防护措施，极易受人类经济工程活动的影响。东区段的苏浙沪段为我国经济发达地区，工业、人口分布密度大，工程经济活动十分频繁。2006年4月野外调查，典型灾害点8处，人为水毁灾害点6处，3处鱼塘清淤，造成管道配套的通信硅管悬浮， 1处灌渠清淤，将通信硅管挖断，2处高速公路取土抗，积水成为水塘，侧蚀坍塌，造成管道裸露、悬管。另外，西气东输管道沿线九省一市的工业布局、人口人布、以及社会经济发展具有异地性，因此工程活动对管道水毁的影响也有异地性，应该区别对待。4结论西气东输管道水毁按地形分为坡面水毁和河沟道水毁两类。西区段和东区段以坡面水毁发育为主，中区段
14、坡面水毁和河沟道水毁都很发育。另外，坡面水毁主要发育在第四系冲洪积物、粘土岩组和砂土岩组，以及松散岩组中；河沟道水毁主要发育在黄土和砂泥岩组中。坡面土体越松散，坡度越大，越容易发生坡面水毁；河沟道凹岸处地弯道曲率越大，河沟床水力比降越大，岩土体越松软，越容易发生岸坡坍塌。因此，坡面水毁整治中，原则上要求：一要降缓坡度，二要夯实管道填土；在河沟道岸坡坍塌整治中，原则上要求：一要减缓弯道水力比降；二要护住坡脚。为了管道长期安全运行，还应做好宣传工作，做到“人人知我管道，人人爱我管道”，减少人类工程活动对管道的破坏。参考文献1 梅云新.马惠宁管道地质灾害类型及水工保护问题J.油气储运，22（11）.
15、2 姚文艺，汤立群.水力侵蚀产沙过程及模拟M.郑州：黄河水利出版社.2001.115116.3 李炜等.水力计算手册(第二版)M.北京:中国水力水电出版社.2006.4 蒋爵光.铁路工程地质学M.北京：中国铁道出版社.1991.5 李智毅，颜宇森，雷海英.西气东输工程建设用地区的地质灾害J.地质力学学报，2004，10（3）.6 中国地质环境监测院.西气东输工程建设用地地质灾害危险性评估报告R.2001.BASIC CLASSIFICATION AND DEVELOPING CHARACTERISTIC OF RAINFALL-CAUSED HAZARDS IN THE AREA ALONG
16、THE WEST-TO-EAST GAS TRANSPORTING PIPELINELI Shui-ping ，HU Xie-wen ，Wu Di（Civil Engineering College ，Southwest Jiaotong University ，Chengdu ，China）Abstract：The rainfall-caused hazards in the area along the west-to-east gas transporting pipeline,consisting of slope wash and stream erosion,which are m
17、ainly caused by the water.Investigativly finding,there are large numbers of flood in the line region.Comparatively,there is mostly slope wash in the west section and east section ,and in the central section ,there are both slope wash and stream erosion .According to the engineering geological proper
18、ty of rock and soil ,the slope wash basically develops in the strata of Quaternary，clay，sand and residual soil，and the stream erosion mostly distributes in the loess and shale and sandstone .Key words:Rainfall-caused hazard；Water damage along pipeline；West-to-east gas transportation；作者简介:李水平(1981-),男,硕士研究生,主要研究方向:工程地质、地质灾害防治。专心-专注-专业