武萬 寇健 王軍亮

西部管道新疆輸油氣分公司

 

摘要：長輸油氣管道在沙漠、戈壁地段敷設時，受地形地貌、土體性質、氣候、植被等影響，易遭受風蝕沙埋災害威脅。主要分析了西部管道風蝕沙埋災害分布和危害，總結歸納了目前典型、有效的防治措施，為降低對管道、伴行道路的影響，保障油氣管道安全運行提供指導。

關鍵詞：油氣管道；風蝕沙埋；危害；防治措施

 

我國西北地區(qū)受土壤風蝕及土地沙漠化影響的面積占國土總面積的二分之一以上[1]，在干旱、多風，晝夜溫差懸殊，光輻射強烈氣候條件下，巖土體遭受寒凍和機械等物理風化的作用非常強烈，不斷產生大量的砂和粉砂物質，形成了沙地（丘），使途經(jīng)敷設的油氣管道容易遭受風蝕沙埋災害的威脅。

風蝕地貌主要是由風和風沙流的吹蝕和磨蝕作用塑造的地表形態(tài)，包括風蝕坑（洼地）和戈壁。風積地貌則是平緩沙地、沙丘及由沙丘組成的沙漠或沙地。風力作用下土壤顆粒主要有懸移、躍移和蠕移三種運動類型，不同運動方式風蝕強度有一定的差異，其中以“懸移”方式的土壤損失最為明顯，對油氣管道危害最大。風蝕積沙包括風蝕、堆積和搬運三種狀態(tài)。其中，風蝕是搬運的開始，堆積是搬運的結束，搬運則是風蝕和積沙的轉化，可應用這一風蝕積沙規(guī)律開展災害治理[2]。本文通過收集資料，總結歸納了西部管道沿線風蝕沙埋災害的表現(xiàn)形式和相應的治理措施，為今后開展相關工作提供借鑒。

1  風蝕沙埋災害分布及危害

1.1  災害分布

西部管道風蝕沙埋災害主要分布在西一線、輪吐線博斯騰湖南緣東部、西一線庫木塔格沙壟、澀寧蘭一線和澀寧蘭復線澀北首站及其以東約80 km的范圍內，呈流動的沙地（丘）與半固定沙地（丘）相間斷續(xù)小片狀分布的特點（圖 1）。

圖 1 西部管道風蝕沙埋災害示例

1.2  風蝕危害

風蝕地段，沙地（丘）在大風作用下來回不定地移動，會降低管道埋深或使管道外露、懸空（圖 2），同時使管道外圍溫度、濕度更接近于土壤表層或大氣環(huán)境，因含氧量、植物根系分布量增加，對煤焦油瓷漆防腐層破壞概率增高，溫度劇變造成防腐層易脫落，兩種因素加速了管道防腐層老化。冬季管道環(huán)境溫度降低，更易形成天然氣水合物，在露管管段下游或有降壓、截流部位會造成冰堵，嚴重影響油氣管道的安全運行和下游用戶的正常用氣[3]。除此之外，風蝕容易造成陰保測試樁及各種標識物宣傳牌的傾斜、倒伏及伴行道路路基寬度減小、路肩路面坍塌等，影響行車安全。

圖 2 西一線庫木塔格沙壟段露管現(xiàn)場及應急處置

1.3  沙埋危害

風積地段，由于風沙流受阻積沙或沙丘前移，加大管道埋深，掩埋并中斷管道伴行道路（圖 3），在溫度及沙土重力作用下增大管道上覆層應力，可能使管道產生不均勻沉降。西一線管道KP788-KP793段穿越庫木塔格沙壟處五個典型截面的管道應變監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了這一結論。

圖 3 風蝕沙埋災害致伴行道路通車不暢

2  沙埋地災監(jiān)測

2017年以來，西部管道新疆輸油氣分公司對西一線管道KP788—KP793段穿越庫木塔格沙壟處開展管道應變監(jiān)測。選取五個典型截面，其中X1、X2截面布設于1#沙丘兩端覆沙較薄段， X3、X5截面位于2#沙丘兩端覆沙較薄段，X4截面位于2#沙丘中部覆沙最厚段，截面間距約60 m（圖 4）。

圖 4 KP788—KP793管道應變監(jiān)測截面布局示意圖

歷史監(jiān)測周期內，僅有X4監(jiān)測截面出現(xiàn)過2次黃色預警、1次藍色預警；其余監(jiān)測截面均長期處于無預警級別，詳見表 1。

表 1 西一線KP788—KP793管段X4監(jiān)測單元預警情況

最新監(jiān)測周期內，KP788-KP793管段應力監(jiān)測值均未達到設定的監(jiān)測預警級別，管道應力處于可接受范圍。由于管體溫度上升，附加壓應力增大；管體溫度下降，附加拉應力增大。X4截面處管道受季節(jié)性強風的風蝕沙埋影響較為明顯，需持續(xù)關注該監(jiān)測單元管道應力變化情況。

3  防治措施

治沙措施按類別分有工程措施、生物措施、綜合措施等，目的都是為了固沙、阻沙、導沙。國內多年沙害綜合治理表明，工程防沙措施由于其施工速度快、效果好而在油氣管道線路工程治沙中得到了廣泛應用[4]。

3.1  工程防沙

工程防沙指通過在流沙上設置沙障或其他防沙工程結構，人為控制地表的積蝕變化和改變風沙流的搬運堆積條件，保護油氣管道、伴行道路免遭風沙的危害。工程防沙不受水分條件限制，適用范圍廣、見效快，可作為植物防沙的先導工程。工程防沙能夠因地制宜采用當?shù)夭牧�，降低工程造價，在沙害治理中應用最為普遍。但工程防沙相對于植物防沙，存在防護年限短，需要經(jīng)常維護、更新的缺點。

（1）固沙措施。①沙面覆蓋。一般選用當?shù)靥烊徊牧先缢槭�、黏土等平鋪于沙面，利用材料的抗風蝕能力保護地表免遭風蝕。近年來，噴灑化學材料固定流沙也已得到應用。②格狀沙障。利用麥草、蘆葦、塊石、鹽土、黏土等材料在流沙上設置成方格沙障，增加地面的粗糙度，降低地表風速，抑制風沙流的產生�，F(xiàn)階段應用的有草方格沙障、纖維筒沙障、黏土覆蓋、塑料沙障、瀝青沙障以及植物沙障(防風固沙林帶)等，其中應用廣泛、效果最好的有草方格沙障和植物沙障（圖 5）。

圖 5 輪吐線博斯騰湖南緣東部草方格沙障防護

研究表明，沙障高度是決定防護效果的主要因素，沙障被嚴重沙埋會導致防風固沙功能喪失，而輕度沙埋則有助于沙障形成穩(wěn)定的結構體，在一定程度上提高防護效果[5]。

（2）阻沙措施。通過設置高立式阻沙柵欄攔截風沙流的運動，改變局部范圍氣流的方向和速度，使沙粒在柵欄附近堆積，以避免線路遭到沙埋。阻沙柵欄的阻沙效果與其結構有很大關系。緊密結構的柵欄，迎風側積沙范圍一般為柵欄高度的2～3倍，背風側約為4～5倍，空隙度為0.2的透風結構柵欄，柵欄前積沙不多，柵欄后積沙長度為柵欄高度的7～8倍，空隙度為0.5時，柵欄后積沙約為柵欄高的12～14倍。實際應用時，通常采用空隙度為0.25～0.45的透風結構柵欄。阻沙帶主要設置在固沙帶的外緣，應離開線路一定距離，否則堆積在線路兩側易形成新的沙源。阻沙帶主要采用各種形式的阻沙柵欄和阻沙溝堤，阻沙柵欄的材料可因地制宜采用樹枝、蘆葦、竹片等。

（3）輸沙措施。通過減少地表粗糙度和加強局部位置的風速，將風沙流輸移過線路，達到線路不產生積沙的目的。目前主要有下導風柵板輸沙結構，它通過對氣流進行壓流而提高下導風出口處貼地表的風速，在公路上應用效果較好。

（4）導沙措施。當主導風沙方向與管道走向呈小交角時，可在線路外緣設置導沙結構，將風沙流導離管道，目前試驗應用的主要有羽排導沙。羽排是由多塊平行的導風板構成的一組羽毛狀導沙工程結構物，它能改變局部氣流的運動風向，引導風沙流向線路的旁側運動，從而避免風沙流對線路的侵襲。導沙措施有一定的使用條件，如主導風向與線路交角小，風向較為單一或擺動不大，線路附近有可儲沙的溝谷、洼地或使用在曲線地段。羽排導沙因受風向和地形條件的限制應用較少。

3.2  生物措施

通過營造防沙林帶，增加地面的粗糙度，削弱地面風速，減輕風沙流的運動，改變沙地的理化性質、生態(tài)環(huán)境，利用植物獲得長久的防沙效益。沙漠地區(qū)氣候干旱、土壤貧瘠，不利于植物的生長，為提高固沙造林的質量必須解決好樹種選擇、林帶配置等技術問題。防風固沙的植物有許多，其中適宜流動半流動沙丘生長的植物有梭梭、花棒、沙拐棗、三芒草等，它們被譽為沙漠中的先鋒植物。具有加固沙丘作用的植物有沙棗、沙棘、檸條、胡楊、紅柳、沙柳、白刺、沙冬青、沙蒿、旱麥草、蟲實等，它們具有極強的抗早和避寒功能，是多年生短命植物；生于圈定沙丘上的地白蒿、紅砂、豬毛菜、旱麥草、鶴虱等，雖然不具有耐風蝕、沙埋的能力，但耐鹽堿、耐旱。

3.3  綜合措施

防沙措施各有其使用條件，實際應用中應根據(jù)沙害特點采取綜合措施，并應特別注意固沙和阻沙措施的結合，避免單一措施[6]。如西一線KP792+300 m處采取沙袋固沙及柵欄阻沙綜合措施防護（圖 6）。

圖 6 沙袋固沙及柵欄阻沙綜合防護

4  結論

雖然油氣管道風蝕沙埋占管道地質災害的比例較低，但一旦受災將面臨管道裸露、懸空、防腐層破壞、露管下游降壓和截流部位冰堵風險，伴行道路亦有中斷、掩埋風險。生物措施雖能改變沙地的理化性質、生態(tài)環(huán)境，獲得長久的防沙效益，但需充分考慮項目區(qū)域內地表、地下水分布、發(fā)育情況。相對于生物措施，工程措施存在防護年限短，需要經(jīng)常維護、更新的缺點。實際應用中應根據(jù)沙害特點采取綜合措施，并應特別注意固沙和阻沙措施結合，提高防沙治理效果。

 

參考文獻：

[1]史社裕，白增飛，李炳.風蝕沙埋對毛烏素沙地植被的影響及其防治[J].安徽農學通報，2011，17(15)：168-170，193.

[2]閆德仁，姚洪林，胡小龍.流動沙丘不同部位風蝕積沙特征研究[J].水土保持通報，2015，35(4)：288-292.

[3]田京.長呼天然氣管道風沙危害及其防治技術[J].中國科技信息，2005，2(19)：126.

[4]劉付喜.淺論蘇里格氣田沙露管段防風固沙作業(yè)[J].中國石油和化工標準與質量，2011，31(8)：248-249.

[5]袁立敏，黃海廣，閆德仁，胡小龍.不同沙埋程度下帶狀沙障的防風固沙效果研究[J].農業(yè)工程學報，2019，35(16)：172-179.

[6]錢征宇.中國沙漠鐵路的風沙危害及其防治技術[J].中國鐵路，2003，(10)：24-26.

作者簡介：武萬，1985年生，本科，高級工程師，現(xiàn)任新疆輸油氣分公司副經(jīng)理，負責長輸管道線路安全管理工作。聯(lián)系方式：18709375299，wuwan@pipechina.com.cn。