邓丰林

国家管网集团西南管道公司兰州输油气分公司

摘  要：地质灾害影响油气管道运行安全和使用寿命。黄土高原作为我国油气管道东西和南北的交叉点，其灾害发育与黄土湿陷有明显的相关性。从油气管道管理工作实际出发，简要分析了黄土湿陷机理和其对油气管道的危害，探讨了防治措施，总结目前在黄土湿陷治理方面比较有效的经验，希望对油气管道穿越黄土地区灾害防控有所帮助。

关键词：油气管道；山区管道；黄土地区；黄土湿陷；防治措施

黄土高原是国家西气（油）东输、北油（气）南运等油气管网重大工程的必经之地，目前该区域内的在役管道里程累计逾5000 km，各类地质灾害中有超过80%以上均与黄土湿陷作用有关。因黄土湿陷导致地基下沉或洞穴发育，发生管沟的不均匀沉陷、裂缝或管道的悬空、裸露等危害，严重影响其安全运行。笔者开展山区油气管道黄土湿陷形成机理以及防治措施探讨，以期为黄土湿陷灾害监测与治理提供依据。

1  黄土湿陷产生机理

黄土是在干燥条件下形成的一种富含孔隙、结构疏松、垂直节理发育、一般具有不同程度湿陷性的第四纪特殊沉积物，它以粉土颗粒为主，富含碳酸盐类，具有多孔性和柱状节理发育。引起湿陷的原因是黄土在形成时是极松散的，季节性的短期降雨把松散的粉粒黏结起来，而长期的干旱气候又使土中水分不断蒸发，随着含水量的减少土粒彼此靠近，形成了以粗粉粒为主体骨架的多空隙结构。当黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间，于是结合水连接消失，盐类溶于水中，骨架强度随之降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，土粒向大孔滑移，粒间孔隙减小，从而导致大量的附加沉陷，即黄土湿陷。

理论上黄土湿陷经历了两个阶段。第一阶段即黄土随着含水量的增加产生湿陷的过程，至含水量增加到25%左右时，黄土的变形量基本稳定，湿陷性基本消失。第二阶段当黄土含水量增加到 25%以后，在一定的压力作用下，黄土颗粒间黏结力消失，产生快速变形而致黄土结构破坏，即液化变形阶段。

2  黄土湿陷对管道的危害

2.1  黄土湿陷灾害发展过程

据2019年兰成原油管道地质灾害调查资料，甘肃段黄土地区共发育灾害188处，其中黄土湿陷54处，占发育灾害总量的29%（表 1），表明黄土湿陷发育密集、规模大，易发性高。黄土湿陷灾害由产生到威胁管道安全经历以下过程。

（1）未被夯实且结构遭到破坏的管沟填土，在雨水和湿土自重作用下会发生沉降，产生局部负地形，为水流进一步汇入创造了条件。

（2）水流汇入后，水头压力增大，带走黄土中的黏土粒和粉土粒，扩大土体节理、裂缝和动植物孔穴，溶解易溶盐，产生陷穴。

（3）水流找到出口后流速增大，溶蚀和土粒搬运能力增强，陷穴不断扩大。管道上部覆土湿陷下沉会导致管道浅埋，陷穴则会最终导致露管、管道悬空、管道下沉弯曲变形，由此造成管道破坏。而陷穴属于隐蔽性灾害，不易察觉，有的陷穴规模较大。

2.2  黄土湿陷对管道的危害

黄土湿陷对管道的危害主要体现在管沟塌陷、管道裸露、管道暗悬等，如图 1所示。

（1） 管沟塌陷。管沟塌陷是黄土地区最为频繁发生的灾害类型。管道建设中对沿线原黄土层和植被造成的扰动，是导致管沟塌陷的主要因素。其中沟蚀对管沟的危害最为严重, 主要表现在沟底下切、沟岸扩展和沟头前进，严重时地面沉陷，造成管道裸露悬空。

（2）腰岘垮塌。管道沿黄土山脊修建时，在特殊地段依托腰岘通过较为常见，但湿陷性黄土腰岘在遇到降雨、灌溉、降雪时，容易发生垮塌，造成管道及光缆裸露悬空。

（3）管道裸露。由于黄土湿陷，在管道上方形成负地形，影响原有的水流途径，水流呈散流状引起冲刷下切、侧蚀或溯源侵蚀，最终造成边坡失稳，管道裸露。

（4）管道暗悬。地表下沿管道发育的暗沟多位于连续斜坡上，其源头位于斜坡上部管线附近的黄土漏斗、陷穴、落水洞等下方，水从源头流入，沿管道侵蚀管道周边及下方黄土，至斜坡下方管线附近的出水口流出，形成的管道暗悬具有隐蔽性，致使发现这类灾害的难度极大。

3  黄土湿陷防治措施

（1）疏导水。黄土湿陷防治最主要思路是疏导水流，其主要措施为修建截排水沟/土埂等水工保护工程。截排水沟将水引至它处，避免水流向管道上方低洼处或冲刷水工保护工程主体而发生黄土湿陷或护坡损坏。截排水沟可用混凝土制作或者预制，也可用三七灰土或二八水泥土夯筑，或尝试在迎水面以石笼替代土埂，效果不错。

（2）固土法。包括抗滑桩、挡土墙、格构、坡体植草等，都是针对腰岘处的灾害特殊性，使土体不流失而进行的固土措施。如兰成原油管道柏家山段腰岘处的灾害治理措施，前期投入虽较高，但后期投入较少，维护较为方便。

（3）夯实法。适用于管沟塌陷和管道暗悬的地质灾害治理。管沟回填高于地面100～200 mm，超出管沟外 300 mm 左右，回填土应分层夯实，在管道上方 0.5 m 以下应仔细回填, 压实系数不低于0.93。回填料根据实际情况可选用黄土、灰土或者水泥土，并保证最优的含水量。

（4）预浸法。较多用在大面积建筑工程地基，处理效果明显。近些年尝试用于山区管道黄土湿陷灾害治理。做法如老乡的水浇地，使黄土湿陷慢慢消除，形成稳定状态。在土地相对较平坦、有水源情况下，可以有限度尝试应用。

（5）截水墙。该方法是目前治理黄土湿陷、防治大面积开挖的主要手段之一。其主要做法是间隔5 m左右，开挖到管道下方0.5 m，再回填夯实至地面高程。施工过程中可以添加石灰或水泥，治理效果更好。

（6）添加改良剂。常用的改良剂有水玻璃、抗疏力土壤稳定剂、酒石酸钠等。其作用原理基本类似，即让土颗粒具有吸附黏土颗粒、带有负电荷、水化能力强的特性，能够起到聚结稳定性、分散和护胶作用。

兰州分公司在兰郑长成品油管道K9+480米处以抗疏力改良黄土夯筑挡土墙，经冻融和汛期考验，未出现垮塌和冲刷现象，且植被恢复效果较佳（图 2）。进一步优化方案后，在兰成原油管道K47+900米处开展了新型黄土改良剂挡土墙尝试，表明其不影响农作物生长，施工快捷，具有很好的推广和应用价值（图 3）。

作者简介：邓丰林，1973年生，毕业于中国石油大学（华东）油气储运专业，工程师，现任兰州输油气分公司副经理，从事长输油气管道管理工作。联系方式：18087118326，1144130450@qq.com。