【摘要】长庆油田主产区所处的区域主要为陕甘宁黄土高原地区，该区域黄土分布面积广,厚度大,存在陷穴、冲沟与河流侵蚀、滑坡、滑塌及崩塌等诸多环境工程地质问题,严重影响着油田长输油气管道的建设与安全运营。在分析环境工程地质问题形成机理的基础上,提出了相应的防治措施。
【关键词】管道环境工程地质对策
长庆油田主产区所处的区域主要为陕甘宁黄土高原地区，该区域黄土分布面积广、厚度大,地貌形态以梁、峁和沟壑为主,其次是黄土塬和黄土平原,该区域土壤侵蚀十分严重,陷穴、冲沟、河流侵蚀、滑坡、滑塌及崩塌等不良地质现象对油田长输油气管道的安全运营构成了潜在的威胁。
一、环境工程地质问题
黄土存在大孔隙、垂直节理、立壁性强及抗冲蚀能力差的缺点,按其生成年代可划分为新黄土和老黄土,其中新黄土为晚更新世马兰黄土和全新世黄土,分布在河谷Ⅰ、Ⅱ级阶地(一般为全新世黄土)或梁、峁、塬的表层(马兰黄土),土质结构松散,强度低,变形大,具有湿陷性。老黄土为早更新世午城黄土和中更新世离石黄土,主要分布在河流Ⅱ级以上阶地表层或在梁、峁、塬部位,在马兰黄土之下,由于成岩作用时间久,其强度高,变形小,所以离石黄土
的湿陷性一般已消失,但在较大压力下才会表现出湿陷性,午城黄土的湿陷性已完全退化消失。长输管道工程在黄土地区所遇环境工程地质问题主要发生在从地面至地下约10~15 m深度范围内的表黄土中,局部为老黄土中的离石黄土。常见的环境工程地质问题有以下几种。
1．陷穴发育部位有可能发生露管陷穴由入渗水流的溶解、潜蚀以及黄土自身的湿陷作用共同形成。在坡面径流集中部位,地下水的入渗使黄土中的易溶盐逐渐溶解,失去了其胶结作用,由于渗透水流带走了胶体粘土微粒,造成了潜蚀空洞。当下渗到不透水或弱透水层时,就汇集成地下水流,随后逐渐横向发展,形成通至沟谷壁或陡坎壁的陷沟。陷穴通常发育在黄土梁、峁和塬边缘的坡肩处,或宽阔冲沟的阶梯状沟床近陡坎部位。长输管道经过陷穴发育部位时,易被雨季汇流的水流冲出,导致输油气管道暴露。
2．冲沟和河流侵蚀使穿越管道易被冲出或冲断降雨时,雨滴直接打击土体,土体被击碎,离散的土粒或土块随溅散的雨滴跃起散落四周,地面的薄层水流向低洼处汇集,对地面产生不均匀的侵蚀,形成了深度和宽度在几厘米或几十厘米的细沟。细沟无固定汇水面积,呈网状分布。细沟经逐渐侵蚀扩展,就变成了深度和宽度为几十厘米乃至1~2 m的浅沟;也可能形成深度为10 m,宽度为几米甚至几十米的切沟;或者深度为十几米至几十米,宽度为几十米甚至上百米的冲沟。沟床下切、谷坡扩展和沟头前进是黄土浅沟、细沟、切沟和冲沟等各类沟谷共有的侵蚀方式。沟床下切过程也是沟床纵剖面的塑造过程,水流汇集到一定量后,首先发生下切侵蚀,同时伴有侧向侵蚀,受水流最小耗能原理支配,沟床呈现出一条起伏不平的阶梯状曲线。谷坡扩展是由于沟床不断下切和侧蚀,谷坡的相对平衡受到破坏所致。滑坡、滑塌及崩塌可导致谷坡的迅速扩展。沟头前进是我国黄土地区最活跃的沟谷侵蚀方式,大暴雨径流期间常常在沟头形成瀑布,在陡崖下方冲蚀成潭穴,使陡崖迅速崩塌后退。小暴雨径流期间,水沿崖面掏蚀,使陡崖面向内凹进,并引起凹部上方土体滑塌或崩塌,沟头作弧形扩展前进,埋于沟头前方的管道,极易被雨季汇集的水流冲出,穿越黄土各类沟谷的管道易被雨季水流冲出或冲断。当洪水来临时,水流速度与紊流强度迅速增大,携带泥沙的能力急剧提高,此时洪水中的泥沙含量往往小于携沙能力,因而连续冲刷河床,补充水流含沙量,逐渐形成滞后于洪峰后的一个含沙量高峰。由于各种因素的影响,顺直河道水流的深泓线会发生摆动,出现偏向于某一边岸的侧向侵蚀和垂向侵蚀,与此同时,另一岸则接受堆积,在这种情况下,受侵蚀的一岸因被淘刷而发生崩塌,后退移动,而另一岸因接受堆积而前进,这种侧向侵蚀与垂向侵蚀常常是往复式的,使得穿越河流的管道极易在河流的侧向侵蚀与垂向侵蚀中被冲出,甚至冲断。在宽谷中,由于泥流携带泥沙,比重大,对河床碎屑颗粒搬运能力成倍增长,从而刨蚀河床与岸坡,破坏水工建筑物。在狭窄的Ⅴ形谷中,因坡降大,并受到左右空间局限,泥流的刨蚀与破坏作用很大,穿越沟、河的管道如遇到泥流时,更易被冲出甚至冲断。
3．滑坡滑塌和崩塌危及近距离埋地管道的安全滑坡是指斜坡上的黄土体在重力作用下,沿着一定的软弱面整体向下滑动,而滑动土体内部的相对位置没有发生明显的改变,造成滑坡的原因除了与地质构造因素有关外,主要是雨水的渗入,增加了土体重量,降低了软弱结构面的抗剪强度,其次是冲沟、河流或人为影响,侧蚀了坡足。滑塌的活动过程是土体在斜坡或陡坡处先向下滑,由于地形高差大,地面坡度陡,下滑土体不能在斜坡上停留而继续向下运动,出现了土体破碎甚至翻转现象。崩塌是黄土地层受流水下切侵蚀,在冲沟或河流陡岸形成临空面以后,卸荷裂隙发育,土体破碎,多以垂直节理为软弱结构面,由于基部土体被流水掏蚀以及暴雨期或雨后不久剩余基部土体吸水软化,陡岸上部土体向下坡倾倒或倒塌。滑坡可使近距离埋地管道出现裸露,也容易使滑动土体内部埋设的管道出现裸露,甚至扭弯、拉断。滑塌、崩塌也可使近距离埋地管道出现暴露。当管道穿越冲沟与河流,边岸的滑塌、崩塌可使埋地
管道发生裸露或被冲断的危险。
4．上游桥梁和水库等水工建筑物对先期穿越河流管道构成威胁河流中的桥墩可导致河道局部变窄,造成下游在有限距离内水流速度和紊流强度提高,这样水流冲刷河床形成局部冲刷坑,冲刷起来的泥沙被冲到下游一定距离便沉积下来,对先期穿越河流的管道构成一定的威胁。拦河而建的水库对流水起到调节和卸载泥沙的作用,当汛期大流量放水时,对下游较长距离内的河床可产生冲刷,增大了原河道的冲刷强度,对先期穿越河流的管道同样构成威胁。
二、解决环境工程地质问题的主要措施
1、精细选线
在管道未建之前,首先要进行选线,这样可避免环境工程地质问题的出现,使管道的受损程度降到最小,选线的原则如下。
(1)黄土塬、梁、峁地段选线：
应选择坡体稳定、排水条件较好的地段,避免地形凌乱、沟谷深切地段,管道的上下边坡应尽量垂直坡面等高线展布或顺着梁、峁脊部展布,一般情况下不应倾斜于等高线展布。
(2)地表水富集地段的选线：
管道通过黄土地区拟建水库地段时,应考虑水库可能的溃坝、塌岸影响及蓄水后引起的周围工程地质条件变化等,避免管道与长大干渠近距离并行。
(3)新构造运动强烈地段的选线：
管道应尽量避开这一地段,必须通过时,应以较短的距离并采用简易工程(即沟埋敷设)通过,避免采用隧道、跨越等工程方案。
(4)冲沟和河谷地段的选线：
应利用河流宽谷阶地展布管道。管道穿跨越沟河时,选择沟、河床下切缓慢,沟、河顺直,岸坡稳定的地段通过,应避开谷坡凌乱地段。
(5)滑坡和滑塌地段的选线：
管道遇到滑坡、滑塌地段应考虑绕行。
(6)黄土隧道地段的选线：
隧道口应选择在山体稳定、地表排水条件较好的山坡;洞身应选择在塬、梁顶面平整或地形凸起地带,应避免在坡体凌乱、塬边缘或塬顶有封闭洼地地段通过。
