穿越滯洪區(qū)油氣管道埋深設計優(yōu)化

尚 謹， 劉玉杰， 何振平， 朱偉鋒， 郭健健

（河南省天然氣管網(wǎng)濮鶴有限公司， 河南 濮陽 457000）

PH 天然氣輸氣管道工程項目 （以下簡稱“PH 線”） 是河南省規(guī)劃3 206 km “三縱六橫”省級天然氣干線網(wǎng)中“豫北一橫” 的重要組成部分， 該管線途經(jīng)濮陽市濮陽縣、 濮陽市經(jīng)開區(qū)、安陽市滑縣和鶴壁市?？h， 全長約178 km， 管線共設有5 個場站、 4 個閥室， 管線規(guī)格為DN700 mm， 壓力為6.3 MPa， 概算12.9 億元人民幣。 管線項目于2021 年1 月14 日由河南省發(fā)改委核準（豫發(fā)改油氣〔2021〕 33 號）， 于2022年2 月15 日初步設計批復， 并于2022 年3 月正式開工建設。

1 滯洪區(qū)管道埋深起初設計方案

PH 線途經(jīng)濮陽市濮陽縣、 經(jīng)開區(qū)， 穿越北金堤河滯洪區(qū)。 金堤河為季節(jié)性河流， 河水來源除流域降水外， 還有引黃灌溉區(qū)棄水、 退水和黃河干流側滲補水等， 金堤河中下游于1951 年被劃為防御黃河特大洪水的滯洪區(qū)。 PH 線干線和兩條支線穿越滯洪區(qū)， 合計長度為55.79 km， 占線路總長度的31.3%。 根據(jù)工程設計經(jīng)驗， 在評審通過的可行性研究報告中， 北金堤河滯洪區(qū)管道埋深方案為管頂埋深達到?jīng)_刷線以下1.5 m。

勘察設計單位根據(jù)GB 50423—2013 《油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范》[1]中4.1.2 規(guī)定“挖溝法穿越管段的最小埋深， 應根據(jù)工程等級與相應設計洪水沖刷深度或疏浚深度要求確定， 并應符合相應埋深的界定范圍。 當河流深泓線反復擺動時，穿越管段在深泓線擺動范圍內埋深均應滿足設計沖刷深度或疏浚深度要求”， 并根據(jù)挖溝法穿越管段的最小埋深表（見表1）， 將滯洪區(qū)認定為有沖刷或疏浚的水域， 且為大型水域， 提出管頂埋深達到?jīng)_刷線以下1.5 m 的滯洪區(qū)管道埋深設計方案。

表1 挖溝法穿越管段的最小埋深

基于上述設計方案， 勘察設計單位通過踏勘現(xiàn)場確定穿越滯洪區(qū)的管道長度合計為55.79 km，根據(jù)調研成果及相關防洪、 水文資料， 初步將滯洪區(qū)的沖刷線按照百年一遇設計洪峰流量計算，定為自然地平以下3 m 的位置， 按照管頂埋深設在沖刷線以下1.5 m， 則初步確定干線管道挖深5.3 m、 支線管道挖深5.1 m。 通過設計標準及演算， 按照分臺階開挖管溝的方式， 初步設計通過滯洪區(qū)段施工作業(yè)帶寬度最高達55 m （如圖1 所示）， 滯洪區(qū)段征用土地面積達3.039 km2。

圖1 滯洪區(qū)段管溝斷面及施工作業(yè)帶布置示意圖

同時， 非滯洪區(qū)段的干線管道（DN700 mm）一般地段施工作業(yè)帶寬度初步設計18 m， 支線管道（DN500 mm） 一般地段施工作業(yè)帶寬度16 m。

相較于一般地段， 滯洪區(qū)段施工作業(yè)帶寬度增加幅度較大， 同時又采用分臺階方式開挖管溝，需大量的鋼板樁支護和降水措施工程量， 造成滯洪區(qū)段整體工程造價較高且征地和施工難度較大。

2 滯洪區(qū)管道埋深修訂方案

滯洪區(qū)管道埋深初步設計方案擬定后， 考慮到施工作業(yè)帶寬度55 m， 工程投資較多， 施工及征地協(xié)調難度太大。 為節(jié)約工程投資， 加快推進項目建設， 建設單位與設計單位、 滯洪區(qū)防洪評價單位對管線通過滯洪區(qū)段設計方案進行重新研判。

初步設計方案中， 設計單位根據(jù)GB 50423—2013 《油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范》 4.1.2條規(guī)定， 將管頂覆土埋深設置為沖刷深度1.5 m以下。 建設單位研判后認為設計單位引用該規(guī)范存在不當之處， 具體意見如下：

一是GB 50423—2013 中4.1.2 條規(guī)定適用范圍為水域， 2.3.0 中對水域的定義為 “天然形成或人工建造的河流、 湖泊、 水庫、 沼澤、 水塘、 養(yǎng)殖塘、 水渠區(qū)域”， 不包含蓄滯洪區(qū)， 采用該規(guī)范作為管道埋深的設計依據(jù)有待商榷。

二是GB 50201—2014 《防洪標準》[2]6.5.4 要求， “經(jīng)過行、 蓄、 滯洪區(qū)的管道工程的防洪標準， 應結合所在河段、 地區(qū)的行、 蓄、 滯洪區(qū)的要求確定， 不得影響行、 蓄、 滯洪區(qū)的正常運用”， PH 管線防洪標準應采用北金堤滯洪區(qū)主管部門相關規(guī)定， 而主管部門的穿越北金堤滯洪區(qū)及金堤河建設項目洪水影響評價審批準予行政許可決定書[3]（黃許可決[2022] 60 號） 中明確指出，“為保證管道自身的安全， 應考慮水流沖刷因素，采用最大沖刷水深， 管頂埋深位于最大沖刷水深相應沖刷線高程以下”。

三是根據(jù)《河道管理范圍內建設項目管理的有關規(guī)定》[4]中附《關于蓄滯洪區(qū)安全與建設指導綱要》[5]對土地利用和產(chǎn)業(yè)活動的限制的規(guī)定， “蓄滯洪區(qū)土地利用、 開發(fā)和各項建設必須符合防洪的要求， 保護蓄洪能力， 實現(xiàn)土地的合理利用， 減少洪災損失”。 根據(jù)文獻[6-9]， 新建瓦日鐵路穿越北金堤滯洪區(qū)需要設置低路基段、 橋梁和涵洞來保證泄洪能力， 而對于錦鄭成品油管道工程項目穿越滯洪區(qū)主流區(qū)， 防洪評價報告明確“由于其管道埋于地下， 建設項目對滯洪區(qū)分蓄滯洪運用等均不產(chǎn)生影響， 而滯洪區(qū)分蓄洪運用時對于成品油管道處會產(chǎn)生一定的沖刷影響”。 因此認為PH 線管頂埋深只要在沖刷線以下就不妨礙滯洪區(qū)蓄洪行洪， 且符合文件規(guī)定。

基于此， 建設單位提出應依照《關于蓄滯洪區(qū)安全與建設指導綱要》[4]規(guī)定重新確定設計方案的意見。 經(jīng)溝通探討， 設計單位認可上述說法并按照滯洪區(qū)段管頂埋深達到?jīng)_刷線標準進行了設計修改。

同時， 建設單位積極爭取將防洪評價報告中滯洪區(qū)按照50 年一遇設計洪峰流量計算， 沖刷線平均值降至約2 m， 管頂埋深達到?jīng)_刷線以下，則平均管道挖深為干線2.7 m （DN700 mm）、 支線2.5 m （DN500 mm）； 滯 洪 區(qū) 內 干 線 管 道（DN700 mm） 一般地段施工作業(yè)帶寬度為22 m；支線管道 （DN500 mm） 一般地段施工作業(yè)帶寬度為20 m。 修改后的設計方案得到了滯洪區(qū)主管部門的批復認可[3]。

3 設計方案修訂的效果分析

相較于原設計方案兩種不同規(guī)格管道埋深5.3 m （DN700 mm）、 5.1 m （DN500 mm）， 方案修訂后管道埋深有較大幅度縮減， 項目在投資、 安全、 質量、 后期運維等方面都取得較好的效果。

投資方面， 埋深減小后， 一是土方量從324.59 萬m3減為74.5 萬m3， 按土方開挖、 回填9 元/m3計算， 節(jié)省投資約2 250.81 萬元人民幣；二是減少鋼板樁9 752 t， 節(jié)省投資約1 582 萬元人民幣； 三是征地從3.039 km2減少為1.517 km2， 整體減少1.522 km2， 節(jié)省投資約4 564 萬元人民幣；合計節(jié)省投資約8 396.81 萬元人民幣。

安全方面， 原設計方案管道埋深達到5 m以上屬于危險性較大的分部分項工程（深基坑工程）， 深基坑工程將產(chǎn)生以下安全風險： ①基坑開挖過程中， 由于臨邊防護缺失， 造成人員高處墜落； ②基坑開挖過程中， 因基坑邊緣堆載、 放坡過陡及支護、 降排水不到位引起的基坑坍塌事故； ③深基坑開挖等過程中， 因違反操作規(guī)程造成的機械傷害事故； ④因為深基坑開挖施工難度大， 臨電設施復雜且保護措施不完善導致的觸電事故。 埋深減小至5 m 內， 管溝開挖、 下溝、回填不再屬于危險性較大的分部分項工程（深基坑工程）， 將大幅度減少上述安全風險。

工期方面， 埋深減小后， 土方工程量減少近80%， 同時不需再采取鋼板樁支護及降水措施進行管溝開挖、 下溝和回填， 綜上計算， 管道埋深調整后共計節(jié)約工期約70 天。

質量方面， 按照原設計埋深進行管溝開挖、 下溝、 回填， 因地下水位較高需用到鋼板樁支護及降水措施， 施工難度較大， 工人操作吊管機進行管線下溝時易出現(xiàn)管道碰撞及防護層劃損等質量問題，同時溝下焊作業(yè)因溝底潮濕容易造成焊接質量隱患； 埋深減小后， 管道碰撞、 防護層劃損、 潮濕引起的焊口不過關等質量問題將大幅度減少。

后期運行方面， 管道運維會進行開挖檢驗、漏磁檢測、 改線改管等作業(yè)， 由于管道埋深降低， 后期運行維護成本、 工作難度將顯著降低。

4 結束語

按照修訂后的滯洪區(qū)埋深設計方案， PH 線已經(jīng)全面開工， 滯洪區(qū)段水位很淺， 挖深約1 m就出水， 由于管道挖深大幅度降低， 在相應的降水措施下， 管道安裝順利， 投資、 用地減少， 安全、 質量可控， 也有利于管道后期維護， 主體線路將于2022 年底貫通并于2023 年按期投產(chǎn)。 PH線滯洪區(qū)段管道設計埋深研判案例， 對類似油氣管道項目穿越滯洪區(qū)設計方案以及修訂設計規(guī)范有一定的指導意義。