桂林市水利电力勘测设计研究院 广西桂林 541001
摘要：水工设计也即为水工保护设计，是长输管道工程建设的重要构成部分，其主要用于长输管道的保护，以免其被冲毁，影响正常的运输功能。因此，本文主要在分析长输管道安全运行威胁的基础上，探讨水工设计的有效方案，以期为维持长输管道的正常运行功能提供相应的参考和支持。
关键词：长输管道；水工保护；设计
长距离管线的建设通常与河流存在一定的交叉，为保障长输管道工程的正常建设，在处理交叉现象时主要采取两种方式，即穿越式施工及跨越式施工，前者主要是指从河底进行管道施工，后者是指进行将管道架空。当采用穿越式施工方式进行长输管道施工时，管线的安全性则会受到威胁，即河流的持续冲刷可能会使得埋藏于河底的管道裸露出来，在水流的冲击下发生断裂；此外，还存在其它外力原因使得长输管道存在安全威胁，在这种情况下，水工保护设计则运用而生。
一、长输管道安全运行面临的威胁分析
长输管道，如我国的西气东输管道等，在敷设的过程中，要经过河流、冲沟等多样化的地形区，受水流冲刷作用的影响，其管道面临着遭受破坏的威胁性，尤其是我国一、二、三阶梯地形区的交界处，地形复杂，且存在着较大落差，一旦出现大规模降水，形成较大的地面径流，就很有可能使得管道遭受较大的水流冲刷力，增加长输管道断裂的机率。因此说，长输管道的安全运行受到多方面因素的威胁，主要表现如下：
1.1 河流威胁
受我国地形地势分布的影响，我国长输管道的建设很难不与河流发生交叉，这就成为影响长输管道安全运行的潜在威胁因素之一，而其中最具有威胁性的则是季节性河流。究其原因在于，这种河流在少雨季节一般水量较少，冲刷力较小，相对比较安全，但一旦到了雨季，大量的降水就会使得河流水量急剧增加，冲刷力迅速增大，在这种冲刷力的作用下，管道很容易出现悬空、断裂等现象，严重影响管道的安全运行。
1.2 冲沟威胁
冲沟是长输管道敷设工程的重要环节，在平原地区一般不具有威胁性。但在山区，由于山洪的存在，使得冲沟中很有可能由于山洪的爆发瞬时汇聚大量的水，再加上冲沟的汇水面积本就较小，但坡降幅度较大，很容易对冲沟坡、底形成较大的冲击力，造成边坡塌陷等现象，在这种情况下，长输管道就会遭受较大的冲刷力，在水流及夹杂石块的作用下出现断裂等现象，影响管道的安全运行。
1.3 陡坎威胁
陡坎是长输管道工程建设中的常见地形，尤其是在阶梯地形交界处、山区等我国地势起伏较大的地区，长输管道敷设更是避不过陡坎地区。管沟开挖工作时长输管道敷设的关键性工序，管沟的宽度、深度等都直接关系着管道运行的安全性，一般而言，为保障管道运行的安全性，一般要尽可能的深挖，增加管道的埋藏深度。但陡坎地形区的管沟经过开挖回填后，土体的整体性就已经遭受到破坏，力学性能也大为降低，一旦出现大规模降雨在陡坎坡面上形成径流，在这种径流的作用力下，管沟回填土就会逐渐与周围的土体发生脱离现象，久而久之，管道就会裸露在外，使得管道运行存在潜在威胁。
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二、长输管道工程中的水工设计方案
从以上分析中可以看出，水力冲刷是影响长输管道安全运行的重要威胁性因素，因此，有必要对其进行水工设计，通过合理有效的水工保护设计方案，在最大程度上消除影响长输管道安全运行的威胁因素。总结来说，若要保障长输管道的安全运行，主要可以从两大方面着手，即护岸和护管两个方面，前者用于防治水土流失，避免管道的裸露；后者用于增强管道的抗冲刷力，具体方案设计表现如下：
2.1 护岸方式
护岸工程是长输管道工程建设的重要构成部分，主要可以从以下方面进行：一是在进行河流、冲沟的水工保护方案设计时，要根据两岸河流、冲沟的特征采取恰当的水工保护措施或程序，如若河岸或冲沟的坡度≤45°，且水深较浅时，在进行河流护坡的设计时一般应采取浆砌块石护坡形式，亦或者是空心方格植生带护坡的形式，以取得较好的护坡效果；若河岸或冲沟的坡度＞45°，且水较深时，这种情况下的护坡形式要明显区别于缓坡（≤45°）的护坡形式，最好采用浆砌块重力式挡土墙或者是灯笼装石形式等进行护坡工程的建设。在护坡工程中要尤为注意的是，河岸护坡、挡土墙要有足够的埋深，一般需要保持在管道穿越部位处最大冲刷深度的1m以下，以确保其具备较好的防护功能；
二是在进行坡度较陡地区的护坡工程设计时，如陡坎地区等，可以采取挡土墙的方式进行，常用的主要挡土墙形式主要有两种，即浆砌石挡土墙和灰土草袋挡土墙，但在具体的应用上两种形式存在着较大的差别：前者主要适用于地基条件较好的地区，能够有效抵挡经常性的水冲刷力；后者主要适用于软土及黄土地区，对施工程序及材料的均匀性都具有严格的要求。不可否认的是，以上两种护岸形式虽然在增强岸坡的稳定性及管道安全运行商发挥着重要的作用，但却与环保理念背道而驰，灰土草中所用构筑物中的石灰具有较强的氧化性，灼伤地表植物；而浆砌石构筑物一旦在地表形成，则再也无法恢复植被。因此，在使用以上两种挡土墙形式时，应根据水流的位置尽量降低砌石挡土墙的高度，并在挡土墙顶端回填一定厚度的原土，以便于种植花草，恢复植被。
2.2 护管方式
护管工程主要用于抵挡水流的垂直冲刷，增强管道的抗冲刷性能，主要有混凝土压重块、石笼稳管等，其中混凝土压重块是最为常用的护管方式，主要工作原理是利用混凝土压重块增加管道在水下的重量，对抗水的浮力，以保持管道在水中的平衡性。该方式的优势在于制作程序较为简单方便，且具有较好的稳定性能，劣势在于管径的增大要求混凝土重量的增加，很容易造成载荷的过度集中，进而造成管道的折损，因此，该种护管方式主要用于小型水域的长输管道工程的水工保护设计中，而石笼外部是由骨架和镀锌铁斯编织而成，内部则置有石块，相对于混凝土压重块更适于用在冲刷力较强的水域中，用于长输管道的水工保护。
结语：
综上所述可知，长输管道在运行过程中，由于地形地势的复杂性不可避免的会遭受来自水流冲刷力的安全威胁。因此，在长输管道工程建设过程中，要注重水工保护方案的设计，从护管和护坡两方面着手，提高长输管道运行的安全性能。
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论文作者:李臻
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/5
标签：管道论文; 水工论文; 护坡论文; 挡土墙论文; 河流论文; 地形论文; 形式论文; 《基层建设》2016年7期论文;