油气管道湿陷性黄土的水工保护设计

石油工程
化 工 设 计 通 讯
Petroleum Engineering
Chemical Engineering Design Communications
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第45卷第12期
2019年12月
为切实提升水工保护设计合理性，在实际期间应当充分结合当地土质情况以及地貌特点，从而制定出合理的水工保护设计方案。

相较于其他地形情况，湿陷性黄土区域的地形地貌更为复杂，在水工保护设计期间务必及时作出调整，采取针对性的措施，以提升管道项目安全稳定性。

与常规地质水工保护设计有所不同，湿陷性黄土地区的油气管道水工设计要求更为复杂，故有必要就相关设计要点展开讨论。

1 湿陷性黄土地区管道水工保护特点
与其他土质类型有所不同，湿陷性的黄土含有大量的以粗粉粒为核心的多孔隙架构，而在各个粗粉粒之间则充斥着大量的可溶性盐物质。

当未受到水的浸润时，此时黄土的强度比较高，且压缩性较小。

而一旦为水所浸润时，富含其中的大量可溶盐将迅速溶于水中，由此粗粉粒之间的黏结强度也会大大降低。

此时整个土体在自生重力以及额外力的共同作用下其整个结构将遭受破坏，黄土的孔隙越来越大，实际破坏强度越高，则湿陷性情况越为严重。

管道工程建设项目往往需要对当地原始地质地貌等产生一定的改变，回填土的孔隙也比较大，相较于原土则更为松散，抵御水流冲击能力也更低，水土流失情况更为严重。

依据不同的情况，采取针对性措施对管道进行防护：第一，挡土墙类、堡坎类、护岸、护坡类；一般适用于陡坎、陡坡、河流岸坡处，根据不同的工程地质类型和有无水环境采用不同的形式，根据实际地形挡土墙类、堡坎类、护岸、坡类也可以组合使用。

第二，截水墙类；一般用于沿坡敷设段的管沟回填土保持，主要分为草袋素土截水墙、浆砌石截水墙。

土质地段采用草袋素土截水墙，碎石土、卵砾石地段采用浆砌石截水墙。

2 黄土沟壑段管道的水工保护设计
沟壑段管道主要是指由于自然冲沟以及山坡位于斜坡位置上，垂直倾斜度高于15°或者使用大15°的垂直向弯头的管道。

实际管道敷设经过山区以及冲沟区域时，因为地形情况较为复杂，地势比较陡峭，因此需要对管道周边的不稳定的土质条件等使用挡墙进行处理，从而更为可靠地支撑山坡的土体，避免水土流失等情况发生。

目前，较为普遍的挡土墙类型包含长方形、梯形以及斜形等；主要使用的原料为土夯筑、浆砌块石、条石码等。

首先，基础埋深设计。

针对常规土质的地基，则需要确保开挖后的地基面土质结实，密度、稳定性以及可靠性等均符合要求即可，通常埋置的深度以不小于20cm 为宜。

当基础土层
遭受雨水等冲击时，则埋置的深度应当控制在冲刷位置100cm 以下。

当基础选定在冻胀土位置时，则埋置的深度务必设定于冻结深度之下，且应当控制在25~100cm 为宜。

其次，变形缝设计要点，宽度通常以2~3cm 为宜，沿着缝的周边慢慢增加沥青麻筋以及涂沥青木板。

填充的深度应当不低于20cm ，墙顶则采用M10规格的水泥进行必要的砂浆抹顶处理，厚度控制在3cm 左右即可。

最后，填料设计，应当选择比例为3∶7的灰土进行分层夯实作业。

对于存在季节性冻土的区域，应当尽可能不采用冻胀类型的填充料。

选择符合要求的混凝土材料，并依据现场建筑物的建造环境、土壤地质条件以及气候变化规律等对混凝土的抗冻性以及耐腐蚀性、耐久性等进行综合考量。

除此之外，砌体的砖砌块强度大小应当不低于MU10，而石砌块的强度则控制在不低于MU20，砂浆选择尽可能以水泥砂浆为主，强度大小以不低于M5为标准。

另外，在陡坎以及陡坡等为主需要架设管道时，需要尤其注意管沟回填时可能遭受雨水冲击的风险，总而造成顺沟冲刷情况，一般需要在管沟内部每间隔一段距离专门做一个阻水基础。

自管道的底部开始，并设置其高度要略高于地表，从而可以将坡面所汇聚的水流等彻底排出管道。

目前较为常见的阻水墙主要设计为阶梯状形式，工程造价成本更低且可操作性较高。

主要流程为，在坡顶的位置以及坡的中段位置的管沟内修葺多个横向的用于阻挡的墙体，最终由上而下构成具备多个阶梯的挡土墙。

挡墙的基础设置在管沟底部的原土层上，顶端则和地面保持一定的距离，从而使得最终墙体的高度要些微高于管沟的整个深度。

这样在后期对管沟等进行回填时，即便回填过程中由于土质或者天气等原因造成地面有所沉降情况，但因为挡墙设计的原因，依然可以起到较好的阻断水流形成以及回填土被雨水冲刷流失等情况发生，可以达到较好的对管道保护的效果。

此外，挡墙设计一般综合考量多方面因素，因此不会对当地生态环境以及植被等产生任何破坏。

3 其他水工保护技术分析
小斜坡灰土盖层封水，大都坡度为5°~15°的小斜坡是农耕用地，一些设计文件以及文献资料等往往不会对其进行额外的处理。

而纵观大量文献资料不难发现，在强降雨天气下，该类型斜坡往往存在回填土遇水沉陷的情况，此时管沟等就成了排水沟，水落则会不断地进行冲刷并剥蚀管道周边的土壤等情况，严重的甚至可能造成管道出漏、塌陷以及水流不断等问题。

一些情况下甚至可能会对农田造成大面积冲毁等情况。

故而，务必重视对于小斜坡的处理。

目前常用的方法主要为首先使用素土夯实并回填至距离
（下转第43页）
摘　要：针对湿陷性黄土区域的水工保护实际是一项涉及多个领域且非常复杂的系统项目。

如果水工保护设计不到位或者存在疏漏，极有可能带来严重负面影响。

水工保护设计需要考量的因素较多，对于设计人员设计水平也有一定的要求。

故就油气管道湿陷性黄土的水工保护设计展开探究，希望对有关水工保护设计部门有所帮助。

关键词：油气管道；湿陷性黄土；水工保护设计中图分类号：TE973 文献标志码：A 文章编号：1003–6490（2019）12–0024–02
Hydraulic Protection Design of Collapsible Loess For Oil And Gas Pipelines
Lian Jiang-tao
Abstract ：Hydraulic protection for collapsible loess areas is actually a very complex and systematic project involving multiple fields.If the hydraulic protection design is not in place or there are omissions ，it will most likely bring serious negative impacts.There are many factors to consider in the design of hydraulic protection ，and there are certain requirements for the design level of the designer.Therefore ，this paper explores the hydraulic protection design of collapsible loess for oil and gas pipelines ，and hopes to help the relevant hydraulic protection design departments.
Key words ：oil and gas pipeline ；collapsible loess ；hydraulic protection 油气管道湿陷性黄土的水工保护设计
连江涛
（陕西宇阳石油科技工程有限公司，陕西西安 710018）
收稿日期：2019–11–15作者简介： 连江涛（1986—），男，陕西渭南人，助理工程师，主要
从事油田地面工程集输工艺设计工作。

油气开采化 工 设 计 通 讯
Oil and Gas Production
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第45卷第12期
2019年12月
地下水跟踪监测井设置、施工废水及生活污水处理、生态恢复、固废治理等方面。

2.9 评价专题设置情况
目前上报的报告专题通常有风险评价专题、地下水评价专题、生态评价专题、土壤评价专题。

各专题更加详细地对报告内容进行了分析及环境影响预测。

3 存在的问题及解决方案
3.1 区域开发现状及现存环境问题论述不清晰
大庆油田经过多年开发建设，现阶段建设内容多在已开发的区块内进行，在进行区域开发现状及现存环境问题分析时，往往由于区块过大且用地性质复杂，会导致论述不清晰。

评价时，要对已开发区块内现有的油水井、场站情况做调查，明确现有场站排污达标情况，勘察生态恢复情况，油田建设项目除在市区内、与居民区交错的，还有占用草原、耕地的情况，这部分项目需要调查在本区域已有环境影响评价报告中提出的环保措施落实情况，调查临时占地的生态恢复情况，耕地的补偿情况等。

如果临时占地植被恢复效果不佳，要在本次报告中提出治理措施，保证建设区域尽快达到开发前的状态。

3.2 依托工程及依托能力核实内容缺失
项目有依托工程的，在建设项目基建油水井较多的情况下，会依托于不同的场站，容易在分析时漏项。

应在明确工程建设内容的基础上，逐个梳理依托场站，重点核实依托工程的依托可行性，现有报告存在依托工程内容及依托能力核实缺失，导致项目产油、产液及排污去向不明确。

通常钻井和产能项目依托工程有两方面：
一方面，为工程建设过程中产生的污染物处理依托工程。

施工期和运行期产生的污染物主要依托去向为生活垃圾填埋场、废压裂液处理站、工业固废填埋场等，进行依托可行性分析时，要准确核实依托工程的负荷情况，并根据本次项目产能预测情况，计算依托后的负荷，保证依托可行。

另一方面，为产能过程中集输管线依托、中转站、联合站依托。

在油水井分布密集的区域，通常通过依托周边已有场站实现对采出液进行油水分离、废水回注地下、压裂液无害化处理等。

有时两个或者两个以上同一区块的项目同期进行环境影响评价，若项目分别为不同的评价单位完成，就可能会出现拟同期建设的两个甚至两个以上拟建设的项目依托于同一个场站，评价单位在进行相关场站依托可行性分析前，要向建设单位收集相关材料，认真梳理拟同期建设的项目依托的前后顺序，校核依托负荷情况，否则就会出现依托场站超负荷的情况。

3.3 湿地没有纳入主要环境保护目
大庆素有“百湖之城”的美誉，辖区内地表水体多，面
积不等，功能不同，还有些季节性的泡沼，部分区域还有一般湿地、湿地保护区，部分项目忽视了对湿地影响的分析。

评价时要重点调查项目建设区域周边地表水体功能、是
否有湿地保护区等，其中地表水饮用水源地及湿地保护区要作为环境保护目标进行重点分析并提出保护措施。

3.4 地下水监测点位不合理
由于很多油井距离村屯较远，很多油水井附近没有地下水开采利用情况，无法找到现有水井[4]，在地下水现状监测时，往往会依托周边村屯的水井，导致监测点位与实际油井距离很远，甚至不在评价范围内，监测数据缺乏代表性。

另外，部分村屯水井情况复杂，在调查时要分别调查饮用水井和非饮用水井个数，并且要重点调查饮用水水井的供水人口，与本建设项目最近的油水井的距离，确保预测结果的准确性。

建设单位可根据开发计划，有针对性地新建部分监测井，既可以进行现状监测，也可以用于后续的跟踪监测。

既可以为评价单位减少负担，也方便于后续管理工作的进行。

3.5 重复评价的问题
根据油田滚动式开发的特点，每年都会有部分项目有已开发区块的加密工程，这就容易导致与原有项目评价范围重叠或交叉的情况，因此会出现不同的建设项目会对同一个联合站、转油站等场站重复分析，对同一个区域环境质量重复监测及评价的情况。

建立区域环境质量监测数据、依托管线、场站等的环境管理动态数据库，便于评价单位核实相关场站负荷情况，进行依托可行性分析，减少重复监测的情况。

4 环境影响评价工作的建议
大庆油田已经运行几十年，存在一些遗留问题，而近几年环保标准不断提高，有些区块现状已经不能达到环保要求。

老区块的建设项目通常会有
“以新带老”的问题，建议根据区块整体情况，由大庆油公司及各采油厂进行系统的、详细的调查后，进行科学的以新带老的工程改造。

同时，对石油开采工程完成后一定年限内，结合环境影响评价报告、竣工验收报告等材料，以及现场调研等方式对石油开采区域的环境影响进行后评估，验证环境影响预测的准确性，并对评价时未认识到的一些环境问题进行分析研究，对期间发生的各类变化情况补充完善，以达到改进环境影响评价技术方法和管理水平，并采取补救措施，消除不利影响。

参考文献
[1] 郭昂青.松辽盆地油田开发建设对地质环境的负面影响——以大庆油田为例[J].地质与资源，2016，4，25（2）：176-180.[2] 张玉慧.关于石油勘探开发建设项目环境影响评价的探讨[J].内蒙古石油化工，2018（3）：53-54.[3] 刘海萍，吴婷，张健，等.油田开发建设项目环境影响评价要点浅析[J].环保安全，2018，8（8）：63-66.[4] 王茉，于新明，孙树海.吉林中西部地区是由开采环境影响评价过程存在的问题及解决措施[J].吉林地质，2017，36（1）：124-126.[5] 柴红云，赵东风，卢磊.石油开采过程中环境影响后评价的初步探索[J].现代化工，2017，2，32（2）：17-21.
（上接第24页）
管沟顶端适当的位置，具体情况则依据耕作的深度所决定。

随后使用灰土进行彻底的夯实并回填封水盖层，在其上侧使用原土进行回填，并留有一定的沉降空间。

一些35°以上的陡坡处理也十分重要。

一般在其下侧一半或者三分之二的位置使用浆砌石等进行护坡处理，并在其上侧使用草袋进行装素土埋草种护坡，在坡的顶端修筑围堰型的石砌以及灰土截水沟进行截水处理，从而可以将水流进一步引入安全区域。

实际水工保护是一项非常复杂的工作，一些细小之处如若处理不到位极有可能造成一系列严重的后果，故而对于相关人员务必重视细节管理，切实提升水工保护设计的规范性以及有效性。

4 结束语
与常规地质管道水工保护设计不同，湿陷性黄土区域的管
道水工保护设计需要考量的因素众多，对于技术综合性要求也更高。

为确保工程完工后管道质量可靠性，在水工设计阶段，相关部门就应当对整个工程现场有具体的了解，并结合当地气候条件、地质地貌以及其他等多方面因素，制定科学合理的水工保护设计方案。

在工程施工期间经常会出现突发状况，设计人员应当对工程保持高度关注，就现场情况等对水工保护设计方案进行必要的调整，确保工程质量。

参考文献
[1] 黄鑫.油气输送管道水工保护工程在湿陷性黄土中的施工方法研究[J].工程建设，2017（4）：14.[2] 王春海.湿陷性黄土陡坡和冲沟处输气管道的水工保护[J].煤气与热力，2013，33（11）：10-12.[3] 李永军，张小龙.靖边—咸阳输油管道水工保护技术措施[J]油气储运，2002，21（8）：29-30.。