主题词山区管道水工保护措施一、土石山区坡地管道水土流失原因水土流失是指在地表层内，外营力及人类活动作用下，地表土壤及其母质发生侵蚀、转移的过程。
在土石山区坡地，由于开挖管沟，人为形成侵蚀沟，在降雨作用下，不同地形下的管沟，其回填土会受到不同程度的流失，严重时致使管道完全暴露。在水土流失过程中，降水是形成破坏力的物质基础，管沟回填土是被破坏的对象，地形是形成水的破坏力和土体抵抗力的根源。引起管道回填土流失的主要原因有以下几点。
当带有一定速度的雨滴降落在土壤表面时，较为干燥的土粒来不及吸收水分，而随雨滴溅散。随着降雨过程的延长，土粒空隙为水所充填，结构被破坏，土壤表层水分增加到流限以上时，土粒即成稀泥状态，将以泥浆状态溅散。如再继续降雨，土壤表层的泥浆将逐步阻塞土壤空隙，阻止水分下渗，在坡地上泥浆顺坡下流，形成泥桨状态的地表径流。由于部分土壤的细粒被泥浆带走，造成回填土表层比较均匀的损失，即层状面蚀。这种面蚀是靠泥浆状态的地表径流的搬运作用而实现的。
随着降雨量的继续急剧增加，回填土会受到股流的进一步侵蚀，由面蚀发展到了深层的沟蚀。其形式和发展又分为向长、深、宽三个方面，常称之为沟顶前进、沟底下切和沟岸扩张。这三个方面是同时并进的，但在管沟侵蚀的发展过程中是以沟顶前进开始，最为迅速，以沟底下切的危害性最大。在分析水土流失时发现，暴雨（降雨量为10.120.Omm/h）或大暴雨（降雨量为20.140.Omm/h）对水土流失的影响最大，尤其在前期降雨后，再遇大强度的暴雨，最容易造成严重的水土流失。因此降雨量、降雨强度和前期雨量越大，水土流失量越大。
在完全平坦的土地上，一般不会形成严重的水土流失。但在坡地上（粘性土510°；砂性土68°）水土流失就会明显发生。坡度越大，土壤流失就越严重。当坡度相同时，坡长越长，径流量越大，流速也将增大，冲蚀力增加，水土流失亦更严重。坡度与坡长结合在一起影响水土流失的程度，但坡度是最基本的，也是最重要的因素。在坡度较缓的坡地上，土壤吸水力较强时，随坡长的增加，径流量和流失量反而减小，形成所谓的径流退化现象。
管沟回填土在水工保护过程中是被破坏的对象，土壤的抗蚀力集中在土壤的结构性上，与土壤的胶结状态有关。具有良好的水稳性和透水性的团粒结构的土壤，能发挥最大的抗蚀力。但是，土壤形成的抗蚀力，其最大值仍小于雨滴的反复击溅和坡地上地表径流的破坏力。所以，单靠增加土壤的抗蚀力是不能彻底控制水土流失的，而管沟回填土又相对较为松散，就更易形成水土流失。
良好的植被可以减免暴雨直接打击地表面，吸收水分，减少地表径流与冲刷，增加地面粗糙度，减缓流速，增强地表抗冲刷的能力。然而，由于管道的开挖，必然造成地表植被的破坏，这是水土流失的一个不可避免的人为因素。
因此，土石山区坡地管道的水工保护主要是围绕管沟回填土而进行的。造成水土流失的条件为：①短时间内有大量水的来源，②有陡峻的地形，③有松散的物质。这三个条件缺一便不能形成水土流失。
二、截水墙的作用及存在的问题沿管道分段设置截水墙，是目前在坡地管道中最为常用的水工保护措施。一般情况下，当坡度在10°20°之间时，每隔20m设置一个，当坡度在20°35°之间时，每隔10m设置一个，当坡度在35°以上时每隔5m甚至更小设置一个。由于它减小了渗流量、降低了出溢坡降，在一定程度上削弱了水的破坏力。实践证明，截水墙对水工保护能够起到一定作用，尤其适用于历史水量不大、坡度较缓、土壤含水量低的地区。而对于降水量大、坡陡、土质饱和的地区，截水墙就不能起到很好的水工保护作用。因为，截水墙实际上是一种堵水措施，它不能从根本上解决水量及坡度这两个引起水土流失最根本的因素。
当覆盖层较厚，截水墙基础不能坐于良好的基岩上时，地表水会渗透至墙底进行掏蚀，严重时会形成管涌，使墙基失稳，造成管沟回填土流失。即使截水墙基础坐于稳固的地层上，地表径流仍会侧绕墙体而进人下部坡面的管沟，与下一段管道坡面的径流汇合，形成股流，继续冲刷管沟。在忠县一武汉输油管道（简称出川管道）水工保护的实地调中，发现刚刚埋设3个月的光缆沟因水量与坡度这两种因素的影响，致使缆沟回填土丧失殆尽，光缆完全暴露于地表。同时，筑砌截水墙需要大量的砂石料、水泥及人工，在坡降大的地形条件下，不仅施工困难，而且工程造价高。
三、塑料排水板在坡地管道中的应用机理塑料排水板是岩土工程的新型材料，于1981年开发成功，属于特种土工聚合物。适用于排水、反滤、隔离、防侵蚀、防渗等诸多方面。其特点是：重量轻（约500g/m2）、过水断面大、排水畅通、强度高（可弯曲180°）、耐久性好C使用寿命达50年），是一种非常理想的排水体。
塑料排水板由芯板和滤膜组成（见）。芯板是由聚氯乙烯和聚氯丙烯加工而成两面有间隔沟槽的板体。土层中的渗流水通过滤膜渗人到沟槽内，并通过沟槽排出。根据塑料排水板的结构，要求滤膜渗透性好，与粘性土接触后其渗透系数不小于中粗砂，排水沟槽输水畅通。此外，塑料板排水沟槽断面不会因受土压力作用而减小，因此在选用时应综合考虑带芯材料、滤膜质量及塑料板的结构等因素。
根据坡地管道的特点，采用复合结构型塑料排水板为宜（见。）。这是一种由塑料芯带外套透水挡泥滤膜所组成的复合型制品。其芯带材料采用特殊的硬质聚氯乙烯和聚氯丙烯加工成“回”字和“十”字等形式，使之具有良好的纵向通水能力。透水挡泥的滤膜由涤纶类或丙烯类合成纤维制成，透水性好（渗透系数々=l 排水板结构2、应用在坡地管道中的设计思路塑料排水板应用于坡地管道水土保持，首先要充分发挥其排水性能，削弱面蚀对水土流失的影响，即保证在大的降水条件下，不会形成地表径流，也就不会形成股流对管沟回填土的冲刷搬运。其次，排水板的排水能力必须要满足在大暴雨的情况下，排泄畅通，而且还要有相应的集排水管。最后，由于地表回填土不可避免地要承受降雨的击溅和小股径流的冲刷，因此还要采取一定的措施来增大地表粗糙度及地表覆盖土的稳定性。考虑到材料外运困难等因素，所有材料要本着就地取材或运输方便的原则。
3、在坡地管道中的敷设及作用机理塑料排水板的敷设见。
敷设在坡地管道的塑料排水板可以大大防止水土流失，其作用有以下几点。
降雨强度和渗透量的计算比较降雨强度（按大暴雨设防）A 61.8mm/s；塑料排水板的渗透系数怂大于0由于塑料排水板和上覆碎石层的渗透系数远远大于降雨强度，因此在大暴雨的条件下，降水量可以完全渗透过碎石层、透水膜而进人排水板沟槽内，管道表层不会形成径流，亦不会产生面蚀。
总降水量兑和排水量的比较设定截水墙间隔50m，管道坡度为30°，则Q=2.塑料板排水量：纵向通水量大于400mm3/（mm排水板能够将渗流进来的水完全排走。
袋装碎石土实际上是一个渗透性很大的土层，其作用就是在渗水的同时，还要保证自身及排水板不被水冲走。排水板能够将碎石土与排水板下的被保护的管沟回填土（细粒土）完全隔开，保证地表水不会渗透下去掏蚀管沟回填土。同时在紧贴排水板的碎石土中，还会发生细颗粒逐渐向滤层移动。部分细颗粒通过排水板被带走，遗留下较粗的颗粒，从而与排水板相邻一定厚度的土层逐渐自然形成一个反滤带和一个骨架网，阻止土粒的继续流失，最后趋于稳定平衡。亦即排水板与其相邻接触的碎石土层共同形成一个完整的反过滤系统。
地表粗糙度的改善由于草袋不仅增大了地表粗糙度，大大削弱了水力的冲刷作用，减缓了水流速度，阻止了土壤的流失。而且，截水墙及草袋还能对碎石起到很大的侧限约束作用，增大了表层土的抵抗力。同时，袋装碎石土还能防止尖石对滤膜的破坏。
四、截水墙与塑料排水板的技术经济指标对比以每延长米管道截水墙与塑料排水板的技术经济指标进行对比，截水墙所需材料为，水泥70kg，片石0.6m3，中砂0.2m3.既费工、费时、材料运输困难，又不能完全保持水土。塑料排水板所需材料为，塑料板2. 2m，草袋5个。既省时、省力、材料轻，又可以保证管沟回填土不被侵蚀。因此采用塑料排水板可大大减少截水墙的数量，既降低了自身费用又节省了工程造价。
综上所述，可得出以下结论。
截水墙间隔是依据降雨量和排水量来计算而设置，并结合支重墙来考虑。
如历史降雨量不大可计算并选择价格便宜的土工织物。
塑料板的芯板抗压强度应保证在一定土压力作用下不变形。
塑料板的渗透系数等主要物理力学指标应结合实际由试验而确定。
编辑：吕彦潘家华教授级高级工程师，1930年生，1952年毕业于原北洋大学机械系。现任中国石油天然气集团公司咨询中心总工程师，兼任上海交通大学、天津大学、石油大学、中国人民解放军后勤工程学院、抚顺石油学院教授，中国科学院金属研究所客座研究员，中国石油学会常务理事，中国石油学会储运学会理事长，油气储运杂志编委会主任。
孔昭瑞教授，1932年生，1953年毕业于华东化工学院化工机械专业，现为江汉石油学院机械工程系高级顾问。
常最龙助理工程师，1971年生，1995年毕业于内蒙古大学化学专业，现在中国石油管道公司管道科技研究中心从事科技信息工作。
张连生工程师，1963年生，1987年毕业于辽宁电视大学石化工程系，现在抚顺石化储运公司末站从事油品质量管理工作。
鲍善彩工程师，1964年生，1988年毕业于石油大学（山东）储运专业，现在邹城输油公司生产科工作。
徐志锋讲师，1963年生，1983年毕业于大庆石油学院工程力学专业，1991年毕业于北方交通大学实验力学专业并获硕士学位，1996年考人清华大学工程力学系攻读博士学位，攻读博士学位以前在原中国石油天然气管道局职工学院从事教学和科研工作。
喻西崇1972年生，1999年毕业于石油大学（山东）油气储运专业并获硕士学位，现为西南石油学院油气储运专业博士研究生。
董绍华工程师，1972年生，1997年毕业于燕山大学，现为石油大学（北京）博士生，主要从事油气管道的可靠度与断裂研究。
邢晓凯讲师，1970年生，1992年毕业于石油大学（山东）储运专业，1997年在石油大学（山东）油气储运专业获工学硕士学位，现在石油大学（山东）储运教研室从事管输工艺方面的教学和科研工作。
王鸿工程师，1969年生，1991年毕业于西安冶金建筑学院矿产资源系，1999年获长春科技大学地质工程专业硕士学位。现在中国石油天然气管道工程有限公司从事岩土工程施工与管理工作。
陈情来助理工程师，1974年生，1996年毕业于长春工业高等专科学校岩土工程专业及财务会计专业，现在石油地球物理勘探局岩土工程公司从事岩土工程技术工作。
陶宏伟工程师，1972年生，1994年毕业于西南石油学院储运专业，现在四川石油管理局渠县输气分公司担任技术负责人。
曲柏达工程师，1968年生，1991年毕业于西安电子科技大学信息工程系，现在中国石油天然气集团公司臂道公司大庆输油管理处从事原油运销计量管理工作。
包成林工程师，1969年生，1991年毕业于北京大学化学系，现在中国石油管道公司管道科技研究中心工艺所工作。
刘洪军高级工程师，1965年生，1986年毕业于河北大学经济系计划统计专业，现任中国石油管道公司规划计划处副处长。
张训中工程师，1950年生，1974年毕业于原华东石油学院化工机械专业，现在中石化管道储运公司胜利输油公司从事工程技术管理工作。
刘伟高级工程师，1957年生，1983年毕业于原中国石油天然气管道职工学院管道工程专业，现任中国石油管道公司秦皇岛输油管理处副处长，从事输油气生产管理工作。
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