劉秀寶

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘 062552）

石油管道紅水河穿越的工程地質(zhì)問題分析

劉秀寶

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘 062552）

以某石油管道紅水河穿越工程為例，從穿越斷面的工程地質(zhì)條件及場地環(huán)境評價方面進(jìn)行研究，結(jié)果表明，穿越段勘察深度范圍內(nèi)具備定向鉆穿越條件，可選用灰?guī)r層作為水平穿越層；同時穿越段的灰?guī)r層溶蝕作用強(qiáng)烈，為巖溶發(fā)育地區(qū)，在施工時應(yīng)防止漏漿及卡鉆事故的發(fā)生。

管道穿越；巖溶地區(qū)；工程地質(zhì)勘察；定向鉆穿越

0 引言

長距離輸油管道工程中，經(jīng)常遇到沿線管道需穿越河流、鐵路、公路等情況。在穿越這些特殊地段時，對管道穿越場地的工程地質(zhì)條件需要進(jìn)行特殊的評價，從而對管道的穿越方案進(jìn)行合理的分析和建議，避免因這些特殊地段的巖土工程問題帶來潛在危害[1-3]。

本文所研究的石油管道工程總體走向由西南向東北，以南寧分輸注入泵站為起點(diǎn)，途經(jīng)廣西壯族自治區(qū)的南寧、賓陽、來賓、柳州4個市縣，最后到達(dá)本管道工程的終點(diǎn)柳州末站。全長約200 km，設(shè)計輸量為400萬t/a，全線管徑為457 mm，設(shè)計壓力為8.0 MPa。部分管道工程穿越紅水河，位于BA028號樁～BA029號樁之間。穿越段處紅水河的多年平均水面寬度約為220 m，水深約為13 m，屬大型河流穿越。因此查明穿越場地的工程地質(zhì)條件，進(jìn)行正確的場地工程地質(zhì)評價，對該石油管道工程具有重要意義。

1 場區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

紅水河穿越段位于廣西壯族自治區(qū)來賓市遷江鎮(zhèn)620縣道26 km南側(cè)約100 m處，距離穿越處上游約11 km處有一橋鞏水電站，穿越斷面緊鄰620縣道，交通條件非常便利。

紅水河穿越段在地貌單元上屬于丘陵區(qū)，地形較起伏，穿越范圍內(nèi)主要為河流的Ⅰ級階地，以耕地為主。穿越斷面寬約800 m，河流左岸較為順直，右岸略有彎曲。河道內(nèi)常年有水，水流湍急，勘察期間為旱季，穿越處水面寬約150 m，最大水深約11 m。河床內(nèi)靠近右岸側(cè)分布有較多塊石，厚度約為0.30 m，多數(shù)粒徑大于200 mm，這部分河床只在雨季或者上游橋鞏水電站放水時才有水流過，穿越斷面處地貌如圖1所示。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

穿越斷面位于北東向壓扭性斷裂構(gòu)造單元內(nèi)，附近通過的斷裂有輔村—橋鞏壓扭性斷裂，該斷裂位于來賓南西面?zhèn)容o村—塘圩—橋鞏一線，大致沿該段管道線路走向，在線路K120+248、K135+005、K135+332等處穿越，斷裂北東向延伸長約34 km，南端局部被北西向小斷裂錯斷，斷裂帶寬約30～50 m，角礫巖化、硅化。

1.3 地層巖性

紅水河穿越場區(qū)內(nèi)地層巖性以黏土、灰?guī)r為主。根據(jù)野外勘察，并結(jié)合室內(nèi)土工試驗成果，在勘察深度范圍內(nèi)，穿越場區(qū)內(nèi)地層共劃分為3層：

①黏土：殘坡積成因，紅棕色～棕黃色，硬塑為主，局部近堅硬，土質(zhì)較均勻，干強(qiáng)度高，韌性高，有光澤，無搖振反應(yīng)，局部含有較多的灰?guī)r碎屑，上部多以耕土為主，含植物根系。該層厚度10.60～23.00 m，層底深度10.60～23.00 m，層底標(biāo)高66.60～80.60 m，該層分布于整個場區(qū)。

②-①漂石：沖積成因，雜色，為灰?guī)r塊體，多呈次棱角狀，以粒徑大于200 mm的顆粒為主，局部含有粒徑大于1 000 mm的巨石，該層松散分布于河底，無充填，該層厚度0.30～1.50 m，層底深度0.30～1.50 m，層底標(biāo)高48.65～56.58 m，該層分布于河底。其中，主河道底部分布的漂石厚度最大。

②灰?guī)r：石炭系，上統(tǒng)，以燧石灰?guī)r為主，局部含有燧石白云質(zhì)灰?guī)r，中等風(fēng)化，灰黑色，厚層狀構(gòu)造，較完整，巖芯呈短柱狀或柱狀，裂隙稍發(fā)育，錘擊聲音清脆，局部存在破碎帶，巖芯較破碎，呈塊狀；局部分布有溶蝕作用形成的溶洞，多數(shù)為紅棕色、可塑黏土充填，個別填充物中含有灰?guī)r碎塊，溶洞大小不一，分布深度不均。該層在勘察深度內(nèi)未揭穿，最大揭露厚度約28.00 m。場區(qū)巖層單軸極限抗壓強(qiáng)度測試值見表1。

表1 場區(qū)巖層單軸極限抗壓強(qiáng)度值

1.4 氣象條件

紅水河穿越地段位于北緯24°以南，處于南亞熱帶向中亞熱帶過渡地帶。又因北緯24°以南地區(qū)基本無霜凍，故管道穿越處可不考慮凍土深度。根據(jù)1957年至1990年氣象觀測結(jié)果，管道穿越處氣象條件見表2。

表2 管道穿越處氣象條件

1.5 水文及水文地質(zhì)概況

紅水河屬珠江流域西江水系，發(fā)源于云貴高原。擬建管道穿越處為丘陵區(qū)，河流大致呈東西走向，河床寬度約300 m，主河道寬度約90 m，靠近左側(cè)；穿越處河流右岸屬于侵蝕岸，河岸及河谷有基巖出露，穿越處河道呈深槽型。來賓市內(nèi)多年平均徑流量2 112.16 m3/s，1926年最高水位89.02 m，洪峰流量22 300 m3/s。洪水季節(jié)一般為每年5至8月，最大洪水多發(fā)生在7至8月。根據(jù)調(diào)查和現(xiàn)場測量，河道內(nèi)常年有水，水流湍急，勘察期間水面寬約140 m，最大水深約7.00 m。在穿越處上游約11 km處的橋鞏水電站雨季或水量大時會向紅水河中放水，使得河中水位上升。

穿越處位于南亞熱帶向中亞熱帶過渡地帶，雨量充沛，蒸發(fā)較弱，地下水以地下巖溶水為主。來賓市可溶性碳酸鹽巖地層分布廣泛，巖溶裂隙發(fā)育，受降雨補(bǔ)給，形成地下巖溶含水層。地下水系大多與紅水河相通，并匯入紅水河。因此，地下水位在一定程度上受到紅水河水位的影響。

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1.6 不良地質(zhì)作用

場區(qū)內(nèi)的不良地質(zhì)作用以溶蝕作用為主，紅水河穿越斷面溶洞發(fā)育。根據(jù)高密度電阻率法解譯成果，紅水河穿越斷面溶蝕作用強(qiáng)烈，物探異常區(qū)發(fā)育，若為溶洞，推測部分溶洞可能連通。由于河流穿越處位于石灰?guī)r分布區(qū)，加之氣候濕熱，地下水豐富，所以溶蝕作用強(qiáng)烈，溶洞發(fā)育，故整個河流穿越段都屬于溶蝕作用高發(fā)地段。

2 場地環(huán)境評價

2.1 環(huán)境水的腐蝕性評價

為判定環(huán)境水對鋼結(jié)構(gòu)及建筑材料的腐蝕性，采取1組 （2件）河水試樣進(jìn)行水質(zhì)分析，根據(jù)GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范 （2009年版）》[4]和GB 50568-2010《油氣田及管道巖土工程勘察規(guī)范》相關(guān)規(guī)定D[5]，判定環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性， 分析結(jié)果如下：硫酸鹽S含量為35.03 mg/L，鎂鹽Mg2+含量為7.60 mg/L，總礦化度為261.67 mg/L，因此環(huán)境水對混凝土結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性；干濕交替時氯離子Cl-含量為9.28 mg/L，因此環(huán)境水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋有微腐蝕性；河水pH值為6.4，氯離子Cl-及硫酸根S總含量為44.31 mg/L，因此環(huán)境水對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

2.2 場地地震效應(yīng)

穿越處場地環(huán)境類型為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計地震動峰值加速度值為0.05 g（g為重力加速度），設(shè)計地震第一組。根據(jù)野外勘察，穿越場區(qū)內(nèi)勘察深度20.00 m以上不存在飽和粉土層和飽和砂土層，故可不考慮地震液化的影響。

穿越河段兩岸均為河流沖蝕和下蝕作用形成的深切河谷，河岸坡度較陡，兩岸上部覆蓋層以黏土為主，下伏基巖巖性單一，為中等風(fēng)化灰?guī)r。據(jù)野外勘察及現(xiàn)場調(diào)查，河岸兩側(cè)不存在大型斷裂和破碎帶，故地震時邊坡穩(wěn)定性較好。

2.3 河床及岸坡穩(wěn)定性評價

穿越處河段左岸較順直，右岸略有彎曲，河床寬闊，約寬300 m，主要為河流下蝕和沖蝕作用形成的深切河谷，呈深槽型。河岸上部黏土層厚度在10.60～23.00 m，河岸下部及河床均有灰?guī)r出露，綜合分析發(fā)生河床左右擺動的可能性較小，河床穩(wěn)定性較好。

穿越河段兩岸均為河流沖蝕和下蝕作用形成的深切河谷，河流沖蝕左岸，堆積右岸，岸坡坡度約為22°～30°。河流的主河道靠近左岸，河水以沖刷河床為主，形成深切河谷。河流兩岸上部覆蓋層以黏土為主，下伏基巖巖性單一，為中等風(fēng)化灰?guī)r，抗沖刷能力較強(qiáng)，且灰?guī)r區(qū)河流的下蝕和沖蝕作用緩慢，對岸坡穩(wěn)定性影響較小。因此綜合分析該穿越深槽岸坡穩(wěn)定性較好。

3 管道穿越方式分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及穿越段地層勘察成果，擬定穿越處在勘察深度范圍內(nèi)地層主要為第①黏土層和第②灰?guī)r層，除河床靠近右岸表層有較多漂石分布以外，下部地層無卵礫石等不利于定向鉆施工的地層。河道兩側(cè)主要為農(nóng)田，施工場地較開闊，有利于施工設(shè)備的放置及作業(yè)。故從地層情況及現(xiàn)場地形條件綜合分析，定向鉆穿越方式可行。

但灰?guī)r層呈中等風(fēng)化，且溶蝕作用強(qiáng)烈，使得擬定穿越斷面為溶洞發(fā)育，且溶洞的大小和深度不一，據(jù)物探推測穿越斷面上可能分布有彼此連通的溶洞，故溶洞范圍相對較大，所以在采用定向鉆方式穿越時，相互連通的溶洞可能會導(dǎo)致漏漿現(xiàn)象；另外，較大范圍的連通溶洞及溶洞填充物和周圍巖層介質(zhì)硬度差別懸殊，且部分填充物中有灰?guī)r塊體，可能會引起定向鉆施工時鉆桿較擬定方向偏移或卡鉆事故。因此，在施工過程中應(yīng)充分考慮溶洞的影響，防止漏漿及卡鉆事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語

（1）紅水河穿越段場地開闊，穿越段內(nèi)地層巖性以黏土、灰?guī)r為主，河床下部地層無卵礫石等不良地層。場區(qū)內(nèi)的不良地質(zhì)作用以溶蝕作用為主。穿越深槽岸坡穩(wěn)定性較好。

（2）紅水河穿越段具備定向鉆穿越條件，可選用灰?guī)r層作為水平穿越段，同時穿越段的灰?guī)r層溶蝕作用強(qiáng)烈，為巖溶發(fā)育地區(qū)，在施工時應(yīng)防止漏漿及卡鉆事故的發(fā)生。

（3）通過對某石油管道穿越紅水河工程的研究，可知工程地質(zhì)條件對管道穿越方式的選取起制約作用。在穿越方案設(shè)計之前，必須進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察和場地環(huán)境評價；同時，在石油管道穿越工程設(shè)計過程中，有必要將物探勘察與鉆探勘察相結(jié)合，充分查明穿越段不良地質(zhì)現(xiàn)象，并預(yù)測施工過程中可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題。

[1]宋焱勛，曹家泉．輸油管道穿越區(qū)巖土工程和水文勘察[J]．土工基礎(chǔ)，2003，17（3）：72-75.

[2]王東衛(wèi)，薛先棣，楊志杰，等．管道穿越河流的巖土工程問題分析[J]．西部探礦工程，2006，（3）：66-68.

[3]吳忠良．管道定向鉆穿越河流的工程地質(zhì)勘察問題[J]．油氣儲運(yùn)，1996，15（3）：35-37.

[4]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范（2009修訂版）[S].

[5]GB 50568-2010，油氣田及管道巖土工程勘察規(guī)范[S].

Engineering Geology Problem Analysis of Oil Pipeline Crossing Red River

LIU Xiu-bao（North China Branch of Engineering Design Co.， Ltd.， China Petrol Group， Renqiu 062552，China）

Taking the project of oil pipeline crossing the Red River as an example,this paper does the research from the aspects of engineering geological conditions of the crossing profile and site environmental evaluation.The results show that the formation within the investigation depth is suitable for the directional drilling,the limestone layer can be selected as the horizontal crossing layer of the pipeline.At the same time,the dissolution of the limestone layer where the pipeline passes is rather strong due to being in karst development area.Therefore,the slurry leakage and drilling stuck should be prevented in the pipeline crossing construction.

pipeline crossing;karst area;engineering geological investigation;directional drilling crossing

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.009

劉秀寶 (1983-)，男，吉林松原人，助理工程師，2008年畢業(yè)于吉林大學(xué)工程地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)主要從事長輸管道、油氣儲備庫、工業(yè)與民用建筑等巖土工程勘察工作。

2011-02-23