管道线路工程中的水工保护管道线路工程中的水工保护，摘要水工保护是管道建设中的一个重要环节，但由于对其认识和重视程度不够，每年汛期，管道都会不同程度地出现一些水害问题。分析了管道遭受水害的一些基本现象及原因，提出一些常用的水工保护措施。建议在具体应用时，应因地制宜采用不同的水工保护措施，以便收到较好的效果。主题词管道线路水工保护基本现象措施随着国内外管道建设事业的发展，长距离管道建设工程越来越多，管道所经过的地域及地质条件也越来越复杂，姑且不论高山、丘陵、沙漠、沼泽、海洋等各种不良工程地质地段对管道建设带来的影响，单就水害问题对管道的威胁已足以引起重视。一、管道遭受水害的现象及原因要治水首先得摸清水情，然后才能对症下药，通过对以往工程的分析总结，发现长输管道遭受水害最严重的地方通常在河流、冲沟、黄土地区、河谷、陡坎、陡坡等地段。1、河流依水量情况河流分为常年有水河流和季节性河流。对常年有水的河流，普遍比较重视，设计所需要的水文资料便于收集，管道埋设较深，水工保护的施工质量也较可靠，因此出现的水害问题也较少。而对于季节性河流，由于枯水期河道干涸，汛期洪水又暴涨暴落，洪水对管道的危害程度往往为枯水期假象所掩盖，加之这种河流的水文资料不便获取，往往被忽视，若不能充分认识到其潜在的威胁，以后必将对管道造成危害。山区及山前区河流，因河道坡降较大而引发的汇水面积大、水流急、冲刷剧烈等，使河床常常暴露出基岩、卵砾石及漂石。在这类河道中敷设管道时，管道若不嵌固在稳定的基岩内或在埋深不够时，一旦山洪暴发，表层这些块石及漂石在高速水流作用下一起运动，管道极有可能被水冲出，造成断管。平原地区的河流其河道坡降相对较小，水流缓，河床多为粒径较小的砾石及卵砾石，两岸分布为黄土、粉土及粘土等土层。这类河流河床基本稳定，但岸坡易受水侵蚀塌陷，尤其在弯道处，凹岸受水集中冲刷，塌陷可达20 m以上。2、冲沟黄土地区季节性的中、小型河流，其区域汇水面积相对较小，但坡降很大，常时干涸，洪水暴发时，水流急、冲刷力强。常表现为沟头上溯、沟底下切及岸坡塌陷。冲沟的长度、深度及宽度日积月累都在不断发展，如西北地区的一条输油管道在施工时，邻近管道的一条冲沟沟头距离管道有几十米，但在运行十多年后，沟头距离管道不到10 m，这即是冲沟扩展对管道造成威胁的一个事例。因此管道在经过冲沟时，应充分认识到冲沟的这种发展趋势，以采取合理措施，保证管道安全运行。3、黄土地区黄土地貌主要集中在我国西北地区，是世界上比较罕见的一种灾害性地质。由于其土体内含有一定的盐分，在干燥状态下，盐分呈一种结晶状态，构成土体的基本框架，因此土质很坚硬。一旦受雨水冲刷，土体内盐分溶解，结晶状态受到破坏，土的剪切力、粘结力消失，土质变松散，在水力作用下，很容易塌陷。基于以上原理，黄土地区常常表现为沟壑纵横、支离破碎的地形地貌。因此在黄土地区敷设管道时，水害问题尤为突出，常见的现象有：沟底下切、河道摆动、岸坡塌陷、地下洞穴发育等。如某输气管道顺河道凹岸敷设，在汛期一次洪水作用下，凹岸塌陷达20m以上，致使管道悬空裸露。4、河谷地段有些管道由于经过的地形很复杂，在线路力求顺直的原则下，就不得不走河谷。一般情况下，管道顺河谷滩地敷设，避开了河道主流的冲刷作用，产生的险情相对较少，但汛期洪水常常能够漫到滩地，对管道产生冲刷。最有危害性的一种现象就是河道摆动对管道造成威胁。5、陡坎和陡坡地段管道经过山区、丘陵地段时，往往要在陡坎、陡坡上敷设管道，由于施工时原来的地表植被和土质状态被破坏，管沟回填的松散土体在汛期坡面汇水的冲刷下，很容易流失，形成顺沟冲刷，结果使管道裸露。这是在陡坎、陡坡地段敷设管道遭受水害的一种普遍现象。二、合理的水工保护措施为了防止管道在不同的地形、地貌以及地质条件下遭受水害，人们采用过多种多样的水工保护措施来保证管道的安全运行。如过水堤、护坡、丁坝、顺坝、挡土墙、截水墙等，既有成功的经验，也有失败的教训。实际上用于管道防护的水工保护工程，关键在于如何去因地制宜地应用这些保护措施。1、合理选线合理选线是避免水害最根本的方法。对一些冲刷强烈、发展不稳定的河流、沟谷、黄土地区以及陡坎、陡坡段，能避开则避开，若受条件限制，确实无法避开时，一定不要在弯道处穿越河流或顺弯道凹岸敷设管道，对黄土地区宁走山脊不走沟谷。如某输气管道原本可以穿公路而避开走河道，但由于定线不合理，使管道处在受水冲刷的境地，在汛期一次洪水作用下，原有的水工保护措施被毁，致使管道裸露。2、合理的埋深管道穿越河流、冲沟或在河沟内敷设时，最安全稳妥的方法就是将管道埋设在设计冲刷线以下，并辅以适当的水工保护措施，若管道埋深不足，只一味增加水工保护工程，不但不能收到明显的效果，相反还可能带来一些反面影响。例如在河道里修筑过水堤时，如果太高，就有可能造成汛期洪水漫堤而淹没上游两岸耕地；修筑丁坝、顺坝时，就不得不考虑水流的改变是否会对对岸一侧原本安全的耕地、公路或构筑物产生影响。因此在做水工保护工程时一定要统筹考虑多方面的影响因素。3、常用的水工做法下面列出一些常用的水工做法，在实际应用时，可针对情况，灵活选用。（1）稳管措施管道在穿越江、河、湖泊及沼泽地带时，为防止静、动水的浮力作用使管道漂起来，一般需要经过计算设置稳管措施。其形式主要有：复壁管、混凝土连续覆盖层、现浇混凝土压重块等。由于其抗冲能力有限，在冲刷剧烈的河道中，稳管措施若没有埋设在稳定层内，则极有可能被水流冲动，这时不但没有起到稳管作用，反而给管道施加一个外荷载，对管道安全极为不利，这点在已建成的管道上有过深刻的经验教训，因此应因地制宜、合理选用。（2）打桩加固目前，许多管道由于运行已久，在穿越河流处，河床被冲刷下切，致使管道悬空裸露。若条件许可，应尽量采用沉管措施，但深谷穿越段及石方段多不具备沉管条件，因此也可采取打桩稳管加固措施。打桩分为打单桩和双桩两种，管道最终固定在桩上。这两种结构整体抗冲能力强，但在洪水挟沙的冲刷作用下，管道防腐层易遭到破坏，因此管道最好另加套管进行保护。（3）锚筋(杆)加固当管道敷设在有基岩出露的山区河道时，由于管沟开挖破坏了基岩的原有整体性，管沟回填土即使在有浆砌石或混凝土护面的保护下，也无法抵抗高速水流的冲刷作用而被带走，针对这种情况，可采用钢筋混凝土护面加锚筋(杆)的结构，将管道紧紧嵌固在基岩内。施工时，还应将管沟周围的松动块石清除干净，并打掉尖角，保证混凝土与基岩的紧密接触。另外钢筋混凝土护面还应与原有河床面保持齐平，并平滑连接，以防在不平处产生气蚀。（4）过水堤采用过水堤主要是为了阻止沟谷与河道的继续下切，使堤上游河道挟沙淤积起来，保证管道埋深。这是水工保护中用得很普遍的一种方式，由于这种水工保护设施抬高了原有河床面，在其下游脚跟处形成跌水，势必对脚跟形成冲刷，因此，一般要求对脚跟部位做适当的消能措施，如护坦等。另外河道纵向受到约束，其侧蚀相应加强，故对两侧边坡也应做防护。黄土地区基础比较软，结构可做成柔性的，如石笼、抛石等，以适应不均匀沉降。岩石或卵砾石河道中适用于浆砌石结构，基础最好是在稳定的岩层上，否则就得增加埋深，其位置一般在管道下游一定距离，不能压在管道上。（5）护坡主要有浆砌石护坡、石笼护坡、灰土墙护坡、草皮护坡等几种形式。浆砌石护坡适用于基础比较坚硬、常年受水冲刷的部位；石笼护坡柔性大，可适应不均匀沉降，适用于软土地基；灰土墙护坡抗雨水冲刷能力强，可适用于黄土冲沟两侧防护，但施工技术要求高；草皮护坡可用在陡坡、陡坎段管沟和黄土地区冲沟防护，草皮一旦长成，可以减缓地表径流速度，起到拦沙固土的作用，效果比较好，建议推广使用。（6）丁坝、顺坝管道在弯道穿越河流时，其凹岸受冲刷比较严重，通常有向内塌陷的趋势，此种情况在做水工保护时，一方面应在管道上游一定距离做顺坝或丁坝 ，以改变水流方向，减轻凹岸冲刷；另一方面还应在凹岸做护坡防止水流冲刷。丁坝、顺坝的结构可根据河床地质情况做成浆砌石或石笼，在平面布置时，方向角度一定要控制好，否则就不能达到改变水流方向的目的，或使水流方向改变过大而冲刷对岸。（7）挡土墙对管道附近不稳定土体应采用挡土墙进行保护，挡土墙形式有浆砌石挡土墙和灰土挡土墙。浆砌石挡土墙宜建在地基较坚硬的地层上，对其结构形式应进行力学计算，一般间隔1520 m设一道沉降缝，间隔2m设一个排水孔，内侧回填土分层夯实；灰土挡土墙适用于黄土、软土地区，施工时应保证质量，按照拌匀、湿水、夯实的步骤严格施工。（8）截水墙在陡坎、陡坡上敷设管道时，为防止管沟回填土被雨水冲走，形成顺沟冲刷，通常在管沟内每隔一定距离做一道截水墙。从管底做起，并露出地表适当高度，以将坡面汇水排离管道。当坡面特别陡且比较长时，还可在管沟表面补做浆砌石、干砌石或草皮护坡来加强保护。（9）堵排结合的方式堵排结合的方式可以有效地控制管道附近水流方向，使其不致对管道造成危害。一般情况视现场地形而定，对流经管道附近的一些冲沟，如果在其上游远离管道处有可以排水的通道，则可以切断上游来水，引走水流，使管道附近水流消失或减缓。三、结论和建议(1)管道线路工程遭受水害最严重的地方主要在河流、冲沟、黄土地区、河谷地段及陡坎、陡坡地段。故从设计、施工到管理维护上都要对这些地段给于足够的重视。(2)选线时，除特殊情况外，管道应尽可能走山脊、山梁，避开易遭受水害的地质地段，如黄土地区冲沟、河流弯道处、河床内、桥梁下等。(3)水文、工程地质资料是水工保护工程设计的基本依据，对有水文资料的大江、大河，可到有关水利部门收集详细资料；对缺乏水文资料的季节性河流及冲沟，可通过多方调研和了解，并结合河道的一些自然状况分析判断，以取得设计基础资料。(4)管道穿越河流时，合理的埋深是保证管道安全运行的基本条件，只有在此前提下，所做的辅助水工保护工程才能收到较好的效果。(5)对各种各样的水工保护措施，应针对具体情况，在充分调研和现场勘察的基础上，因地制宜的选用，不能一概而论。(6)水工保护是一项长期的工作，要从思想上重视，施工上严格要求，并在管理上加强巡线工作，做到汛前预防，汛期注意观察，了解水情，汛后及时发现问题，及时补