油气集输管线隧道穿越不良地质构造及其治理.pdf

石油天然气学报2 0 1 2 年 9 月第 3 4 卷第 9 期 Jo u r n a l o f Oi l a nd Ga s Te c hn ol o g y Se p ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 No ． 9 油气集输管线隧道穿越不 良地质构造及其治理 姚建平 中石化管道储运分公司襄阳输油处， 湖北襄阳4 4 1 0 0 2 [ 摘要] 以川气东送管道工程为例 ，对油气输送管线隧道 穿越可能遭遇 的不 良地 质构造 滑坡 、崩塌 、不 稳定斜坡 、泥石流 、地面塌 陷、不 良土体 、地 面沉 降等进行分 析 ，提 出 了相应 的治理措 施 ，以保 障 油气 输送管 线隧道穿越工程 的顺利施工 。 [ 关键 词] 油气集输；管道 ；穿越 工程 ；隧道 ；不 良地质构造 ；治理 [ 中图分类号]T E 9 7 3 ． 4 [ 文献标 志码 ]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 9 0 3 3 9 一 O 3 油气 输送 管线 建设 包含 大量 的穿越 工程 ，特 别是 隧道穿 越工 程经 常会 遇到不 良地 质构 造 。对不 良地 质 构造 的治理 是隧 道穿越 工程 的关 键技 术 ，直 接影 响 隧道穿 越工 程 的进 程 和成败 。下面 以川气东 送 管道 工程为例 ，探讨油气输送管线隧道穿越工程遭遇不良地质构造现象及其治理措施 。 1 隧道穿越可能遭遇的不 良地质构造 1 ． 1 滑 坡 山体滑坡是指斜坡上某一部分岩土在重力 包括岩土本身重力及地下水的动静压力作用下 ，沿着 一 定 的软弱结 构 面 带 产 生剪切 位移 而整 体地 向斜坡 下方 移动 的作 用和 现象 。J I I 气 东送 四J l I 段管 线沿 线 滑坡类 型 为松散 堆积 层滑 坡 ；重庆 段管线 沿线 滑坡类 型 主要 为堆积 层滑 坡与基 岩顺 层滑 坡 ；湖北 段土 质 、岩 质滑 坡均有 分 布 ；安 徽 、浙江 、江 苏 、上海境 内管 道 附近无威 胁管 道安 全 的滑坡体 存在 。 1 ． 2崩塌 崩塌是一种突然的地质灾害 ，一旦发生其危害性极大。按变形破坏阶段可分为山体开裂 、危岩体、 崩塌 ，前二者是后者破坏变形的二个阶段 。在中低山地区，由于地势高陡，修筑道路或人工开挖形成I临 空面 ，在重力作用或者其他因素作用下 ，不稳定结构的山体易产生失稳破坏 ，出现崩塌 。川 I 气东送管线 四川段主要分布于中山～低山的较软一 较坚硬岩区，为 自然陡坡或人类活动切坡过陡，岩石 因裂隙切割 ， 形成不稳定块体 ，或陡坡坡顶土体在连续暴雨作用下导致崩滑 ；重庆段主要分布于低中山～低 山的较软 一 较坚硬岩区，主要为陡斜坡处砂岩因裂隙切割 ，局部形成不稳定块体 以及斜坡上崩坡积块石土 出现小 规模崩滑等 ；鄂西南山区地势高、切割深 、悬崖峭壁多，岩体风化卸荷后易开裂形成危岩体并发生崩塌 灾 害 ；鄂东 地 区因存 在灰 岩 、砂 岩 、石英 岩等 厚层硬 脆性 岩石 常能 形成 高陡 的斜坡 ，在触 发 因素 的作用 下 易 发生崩 塌 ；浙江 省 内因有 两段斜 坡第 四纪 覆盖 层 和全 风化 层 较 厚 ，且岩 层 产 状 与坡 向一致 ，因此 ， 在暴雨、强降雨等外部环境条件改变下 ，工程建设时可能引发崩塌 、滑坡 ，其地质灾害危险性中等；达 州专线崩塌体 S C D Z B 1 是 由于人类工程活动修建道路开挖边坡形成的崩塌点，组成坡体的岩体风化严 重 ，坡体表面破碎，由于泥岩和砂岩风化程度不同，坡体表面形成了凹腔，从而形成局部垮塌。 1 ． 3潜在 不稳 定斜 坡 潜在不稳定斜坡一类属 自然斜坡 ，即地壳长期的抬升和地表水侵蚀下切作用下形成的天然斜坡 ；另 一 类为人工边坡 ，为后期人类工程活动开挖形成。天然不稳定斜坡 由于自身结构存在不稳定 因素 ，在外 界条件成熟时易发生变形破坏 ，或滑坡 ，或崩塌。常见的以滑坡形式破坏的不稳定斜坡主要有易汇水的 [ 收稿日期]2 0 1 2 0 82 6 [ 作者简介]姚建平 1 9 7 0一 ，男 ，1 9 9 2年江汉石油学院毕业 ，工程师 ，现从事油气储运 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天然气 学报 石 油机械 工程 2 0 1 2年 9月 松 散堆 积体斜 坡 、松 弛破碎 岩体 斜坡 、切 脚 的顺层 岩质斜 坡等 ；常 见 的以崩塌 形式 破坏 的不稳 定斜 坡 主 要 有 明显具 有外 倾结 构面 的高 陡斜坡 、受 多组 裂 隙切 割 的外倾 楔形 岩体 悬崖 陡壁 。前者 多在 管道顺 坡穿 越的 “ V”型 沟 ，后者 多在 管道 跨越 的 “ U”型谷 。人工 不稳 定 边坡 主要 表 现 为公 路边 坡 及居 民建 房形 成的局部切坡 ，土质边坡多以局部小范围的坍塌为主，岩质边坡多以零星崩塌掉块为主。在管道沿线已 建和在 建 的交通 线路 上多 次见有 人 工不稳 定 边 坡 ，一般 高 3 ～2 0 m，长 1 0 ～ 2 0 0 m 不 等 ，一 般 都 有 不 同 程度的变形 。天然气管道线路经常就从这些不稳定斜坡体上方或下方经过或横穿 ，施工时极易造成该边 坡体 失稳破 坏 ，给 自身带 来损 失 。川气 东送管 线重 庆段 、鄂西 南 山区 、鄂 中 、鄂东 地 区 、达 州专线 均有 潜在 不稳 定斜坡 。 1 ． 4泥 石流 泥石 流是 山 区暴 雨 引发 的最常 见 的一 种地 质灾 害 ，集 中在 坡高 沟深 、地势 陡 峻 、沟 床纵坡 降 大 、地 形破 碎 、流域形 态便 于水 流汇 集 的地 段 。川气 东送 管 线 四川 段有 4条 泥 石 流 沟 ，均 属河 谷 型 稀性 泥 石 流 ，规模 为小 型 ，危害性 小 ；鄂西 南 山区 由于沟谷 两侧 多为人 类 聚居地 ，农耕 及工 程活 动频繁 ，地 表植 被稀 少 ；随着 西部 大开发 的全 面展 开 ，沪蓉西 国道 、忠武线 天然气 管线 及宜 万铁路 等工 程陆续 建设 ，工 程对 地质 环境 破坏 大 ，主要 表 现在 开 挖 边 坡 、地 下采 空 、抽 排 地 下 水 、弃 渣 堆积 不 当 、砍 伐 树 木植 被 等 ，它们可诱发多种地质灾害。受山区降水多具有季节性 、集 中性 、多发性特点影 响，常常形成暴雨 ， 为泥石流的形成提供了动力条件。泥石流主要为沟谷形成和工程弃渣形成。 1 ． 5地 面塌 陷 1 岩溶地面塌陷 岩溶地面塌陷均发生在山区岩溶槽谷洼地内，与岩溶地下水活动密切相关 。川 气 东送 四川段 管线 未发 现岩溶 落水 洞引 起 的地面塌 陷灾 害分布 ；但 在鄂 西南 山 区 ，还有 鄂 中 、北 平原 丘 岗区，均有岩溶地面塌陷发生。 2 采空地面塌 陷 在中低 山地 区，由于人工开挖形成临空面 ，或浅层地下水采空后 ，在重力作用或者其 他 因素作用下 ，不稳定结构的山体易产生失稳破坏 ，出现地 面塌陷 。川气东送湖 北境 内管线途经地 区采空塌 陷在大冶市大箕铺镇地段，已发生多处大小不等的采空塌陷灾害，塌陷呈趋强势头，危险性较大。 1 ． 6不 良土体 不 良土体主要 有 软土 和膨胀 土两 种 。川 气东 送鄂 中 、鄂 东地 区管线 经 过地 区有软 土分 布 ，该 类 土具 有 触变性 ，即 当土体受 震荡 后 ，原 始结 构遭 破坏 ，形成 稀释状 态 ，降低 土 的凝聚 力 ，因此 产生土 的侧 向 滑 动 、不均 匀沉 降及基 底面 向两 侧挤压 现象 ；安 徽省 境 内管 道经 过软 土分 布 区的范 围较大 ，对 于承 载力 要求很低 的管道工程而言 ，危险性较大。膨胀土主要存在于湖北 、安徽 、江苏等省境 内，其中对川气东 送管线工程造成一定影响的有湖北地区管道经过地区的膨胀土 ，强、弱膨胀土均有分布 ，但膨胀土变形 危害性 小 。 1 ． 7地面 沉 降 地 面沉降 的发 生 、发展与长期过量 开采深层地下水 ，导致地下水 位持续下 降密切 相关 ，内 因是该 区松 散堆积物厚度 大 、存在 软弱压 缩层位 。地 面沉 降主要发生在 浙江省沿海平原 区及江苏省 、上海市境 内。 。 2 隧 道穿越不 良地质构造的治理措施 总 的原则是 ，在 隧道 穿越线 路选 择过 程 中 ，对管 道安 全影 响较 大 的不 良地质 构 造 应尽 量 进行 避 让 ； 对于受地形、规划、下气点等原 因无法避让或与管线距离较近的不 良地质构造地段 ，应在详细勘察的基 础上 采取 相应 的处 理措施 ，以保证管 道 的施 工 与运行 安全 。 2 ． 1滑坡 治理 措施 对于 无法 避让 的滑坡 ，通 过勘查 论证 其稳 定性 ，确定 防治 方案 ，确保 滑坡 稳定 。对 于距 管线较 近 的 滑坡 ，在 科学论 证 的前提 下 ，划定保 护 区 ，预 留安全 带 ，区 内严禁 开 山炸石 。对 于场地 条件好 ，且 方量 小 易治理 的 滑坡 ，可进行 适 当勘查论 证 后实施 工程 治理 。对 于整体 稳定 的滑坡 群 ，只需 进行 局部 边坡 的 防护 。对于整体不稳定的滑坡群，应论证管线避让的距离，以免诱发再次滑坡 。对于较大的潜在不稳定 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 9 期 姚建平 油气集输管线隧道穿越不良地质构造及其治理 斜坡 ，对 其进 行长 期监测 ，酌 情处 理 。滑坡 的治 理可根 据具 体情 况相应 采 取如下 措施 ① 滑坡 防治应 首 先 考虑采 取挡 土墙 、抗 滑桩 、抗滑 锚杆 等措施 对 滑坡体 进行 支挡 ；② 采用 向滑 动面 内灌浆 等措施 ，粘结 滑坡体 ；③采用卸荷等方法彻底清除滑坡体 ；④为防止地面水侵入滑动面内，布置有效 的导流措施 。 2 ． 2崩 塌治 理措 施 对 于距 离管线 较 近 的崩 塌 ，要予 以适 当的避 让或设 置 障碍拦 挡滚 石 ；对于无 法 避让 的崩塌 ，宜 选在 枯水季节施工，同时严禁使用爆破手段 ；对于峡谷段的跨越点 ，开展专门的勘察 ，论证两岸岩体稳定 性 ，确定 支 撑点 位置 。所有 对管线 产 生威胁 的崩 塌危岩 体 ，施工 时都应 做 到边施 工 ，边监 测 ，发 现 问题 及时处置。避不开的山体崩塌，可根据具体情况相应采取如下措施 ①清除崩塌体 ；②修筑明洞、棚洞 等 防崩 塌构 筑物 ；③ 在坡角 或半 坡设 置起拦 截作 用 的挡 石墙 和拦 石 网 ；④ 在危岩 下部 修筑 支柱 等支 挡加 固措施 ；⑤ 对易 崩塌 岩体采 用锚 索或 锚杆 串联加 固 ，同 时对 岩体 中的裂缝 、空洞 采用 片石 填补 、砼 灌浆 等方 法镶补 、勾 缝 ；⑥有水 活动 的地 段 ，应 相应 设置 导流 系统 。 2 ． 3不稳 定斜 坡治 理措施 。 在基础 开挖 时 ，应采取 基坑 预 降水及 围护措 施 ，防止 在 因软土剪 切变 形或 在地 下水头 差作 用下 引发 粉性 土流水 、涌砂 。 同时 ，在基 坑开 挖施 工过 程 中应 加强 对 明 、暗浜地段 的围护 ，加强监 测 ，发现 异常 及 时处理 ，以防止地 质灾 害 的发生 。在穿 跨 越河 流 时 ，尽 量减 小工程 施工 对河 岸 的影 响 ，避免 在其 附近堆 土 、堆物及 大 量 的车辆运 行 ，必要 时可对 现有 河岸 进行加 固。 2 ． 4泥石 流治 理措 施 危 害程度严 重 的泥石 流 ，管线必 须避 开 ；危 害程度 中等 的泥石 流 ，管线原 则上 也应该 避 开或 只能在 稳定 的堆 积 区通过 ，但避 免直 穿洪 积扇 ，可在 沟 口设 桥 墩 通 过 ，桥 位应 避开河 床弯 曲处 ，宜采 取一 跨或 大跨度 跨越 ，并 应注 意跨 越 的安 全 高度 ，不得 在沟 里埋设 支墩 ；危 害程度 较小 的泥石 流 ，管线 可在 洪积 扇通 过 ，但 不能 改沟 、并 沟 ，并 宜分 段设 桥和 采取 排洪 、导 流等 防治措施 。泥 石流 的防 治措施 一般 有 ①泥 石流 形成 区宜采 取植 物造林 、修 建 引水 、蓄水 工程及 削弱 水动力 措施 ；修 建 防护工程 ，稳 定 土 体 ；流通 区宜建 拦沙 坝 、谷坊 ，采 取 拦 截 固体 物 质 、固定 沟 床 和减 缓 纵 坡 的措 施 ；堆 积 区宜 修 筑 排水 沟 、导流 堤 、停淤场 ，采 取改 变流路 ，疏派泥 石流 的措 施 。②对 于稀性 泥石 流 ，宜 修建 截水 沟 、引水渠 和植 被措 施 ， 以调节 径 流 ，削 弱水 动力 ；对粘 性 泥石流 ，宜修 筑拱 石坝 、谷 坊 、各 种支 挡结 构和造 林措 施 ，以稳 定 土体 ，遏制 泥石流 的形 成 。 2 ． 5地 面塌 陷治 理措 施 对 于无 法 避让 的采空 区 ，如果地 面 发生塌 陷现 象 ，将会对 管线 形成 危 害 。治理 措施 有 ①对 尚未形 成危害的采空区，应与地方煤炭管理部门进行协商 ，今后在靠近线路下方采煤时应 留足保安煤柱 ，以确 保 输气 管道 安全 ；②对 已形成 地 面塌 陷 的采 空 区 ，应采 用 回填或 压力灌 浆 的方法 进行 处理 ，回填 材料 可 采 用 毛石混凝 土 、粉煤 灰 、灰土 或砂石 料等 ，或 采用桩 基础 跨越 的措 施 ；③在其 周边 设置一 定数 量 的变 形监测点进行长期观测 ，以便随时掌握变形破坏程度 ，及时采取预防措施。 2 ． 6不 良土 体治 理措 施 管 线施 工前应 详细 查 明管 线工 程沿 线 的软土 分布及 其厚 度 ，线路 、站址 尽量 避开 较厚 的软 土区 。在 地 基土 空间分 布变 化较 大 的地 段 可采取 松散 物进 行 回填 ，并 采取 相应 的措施 降 低 管道 外 壁 的摩 擦 阻 力 。 当采用不 同的施工 工艺 基 础形式 时 ，应 在基 础形 式变 化 地段 设 置柔 性 接头 或 其 他可 靠 的 技术 措 施 ， 以减轻 或避 免差异 沉 降对工程 建设 的危 害 。 2 ． 7 地 面沉 降治 理措 施 加强地面沉降监测 ，及时分析区域地面沉降可能对工程的影响。在工程沿线增设沉降监测点，及时 监 控施 工过 程及竣 工运 行后 的沉 降影 响 ，施 工时 尽量 避开 雨季 、雨天 。运 营期 间工 程沿线应 进 行定期 沉 降监测 ，对后期沉降较大的地段加大监测力度 ，缩短监测周期。将工程沿线的沉降监控纳入地方地面沉 降 监控 网络体 系之 中 ，进行地 面沉 降预 测 、预报 。加强 沿线 及 区域地 下水 开采管 理 ，防止 地下 水位大 幅 下 降 。对 于 地面建 构 筑 物 ，可在设 计 时根据 区域 地面 沉降趋 势及 工程 设计 使用 年 限综 合考 虑进 行预 留标高 。 [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m