西气东输二线管道工程奎屯-鄯善段岩土工程勘察总结

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【摘 要】西气东输二线工程作为天然气四大进口战略通道中的西北通道，在全国天然气管网布局中最具战略性意义。由于长输管道的跨区域工程特点，对于其勘察方法及成果提出更高的要求。本文对西气东输二线管道工程奎屯-鄯善段的管道线路勘察进行了工程总结与分析。

【关键词】长输管道;工程地质;岩土工程;分析

Transport the natural gas from the west to the east two plumbing engineering Kuytun-

Shanshan section ground project reconnaissance summary

Cai Ruifeng Xiao Pusan

【Abstract】The transport the natural gas from the west to the east two projects take in the natural gas four big import strategy channel’s northwest channel, most has the strategic significance in the national natural gas pipe network layout. Because long loses pipeline’s cross region project characteristic, sets a higher request regarding its reconnaissance method and the achievement. This article has carried on the project summary and the analysis to the transport the natural gas from the west to the east two plumbing engineering Kuytun - Shanshan section’s pipeline line reconnaissance.

【Key words】Long loses the pipeline; Engineering geology; Ground project; Analysis

西气东输二线管道工程作为我国天然气四大进口战略通道中的西北通道，在全国天然气管网布局中最具战略性意义。该项目的建设，不但将中亚天然气与我国经济最发达的珠三角和长三角地区相连，还将实现我国塔里木、准噶尔、吐哈和鄂尔多斯盆地天然气资源的联网。西气东输二线的建设，将进一步满足快速增长的天然气市场需求，提高我国清洁能源利用水平。该工程干线管道西起新疆维吾尔自治区霍尔果斯口岸，总体走向为由西向东、由北向南，东至浙江、上海，南至广东、广西，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、江西、广东、广西、浙江、上海、湖南、江苏、山东、香港15个省、市、自治区、特区，线路总长约为9000km，设计年任务输量300 108Nm3/a。具体走向见“西气东输二线管道工程线路走向示意图”（图1）。

奎屯-鄯善段管道勘察全长663.45km；等级公路、铁路穿跨越19处；压气站、分输站共10座；阀室11座；河流穿越共19条。

1. 自然地理概况

奎屯-鄯善段管线位于新疆自治区境内，起点位于奎屯河东岸，终点位于鄯善县境内与西气东输一线线路重合。线路总体走向为西北-东南走向，途经奎屯市、克拉玛依市独山子区、沙湾县、石河子市、玛纳斯县、呼图壁县、昌吉市、乌鲁木齐市、吐鲁番市等11个行政区域。

管道沿线经过区域，地处中纬度亚欧大陆腹地，准噶尔盆地南缘，远离海洋，气候干燥，既有中温带大陆性干旱气候，又有垂直气候特点。气候类型属于典型的北温带大陆性干旱-半干旱气候，气候特点是：夏季炎热，冬季严寒，四季分明，冷热变化悬殊，气温日变化大，降水量较少，蒸发量大，光照充足，热量丰富，风多且强，无霜期较长，气象要素随高度变化明显。

2. 岩土工程条件

2.1 地形、地貌及地层岩性:管道沿线所经过地区的地形地貌，可分为冲洪积平原地貌单元和中低山地貌单元。

（1）冲洪积平原地貌根据地表景观可分为农田段和戈壁段。农田段：地形起伏较小，地表种植有棉花、小麦、葡萄、果树等农作物，沟渠纵横，地层以粉土、粉质粘土为主；戈壁段：地形平缓，地层以角砾、卵石为主，局部地段表层分布有粉质粘土和粉土，地表植被稀疏，多为耐旱的低矮旱生草及梭梭柴、骆驼刺、红柳等旱生灌木。

（2）中低山地貌:地形起伏大，山体陡峭，沟窄谷深。地层岩性以凝灰岩、泥岩、砂岩、千枚岩为主。局部地段分布小型石膏矿，交通不便。

典型地貌详见图2.2-1 、图2.2-2、图2.2-3 、图2.2-4：

2.2 水文地质:线路所经过地段为典型的大陆性气候，具有蒸发强烈，干旱少雨，水资源短缺等特征。

（1）管道沿线地表水主要包括：河流11条（大型河流5条，小型河流6条）均为季节性河流，存在丰水期与枯水期，水量有明显差异；沿线经过的农田段农田灌溉用水渠分布较多，分主干渠与支干渠，农业生产季节水量较大；沿线部分地段因冰雪融水及大气降水形成多处水洼地段，覆盖面积较小，水量较小且流动性不大。典型地表水出露地段详见图2.3－1、图2.3－2、图2.3－3。

（2）工程勘察期为冬季，沿线勘探孔深度内无地下水出露，但根据勘察经验，在农业生产灌溉期及冰雪融化后，管道沿线部分地段会有地表水及地下水出露，特别是在奎屯、昌吉、石河子、玛纳斯、呼图壁的农业生产区情况会更明显。

3. 工程地质问题分析与评价

3.1 沿线岩土分布及工程地质性质

3.1.1 戈壁段：土层主要有粉质粘土、粉土、角砾和卵石等。粉质粘土：黄褐色，可塑-硬塑状态，无摇震反应，切面稍有光滑，干强度中等，韧性中等，平均湿密度1.50g/cm3；粉土：黄褐色，干，稍密-中密状态,中等摇震反应,无光泽反应, 干强度中等，无韧性,平均湿密度1.40g/cm3；角砾：青灰色，干，骨架颗粒呈棱角形，粒经一般在2cm～5cm之间，大者可达8cm，中粗砂及粉质粘土充填，级配不良，稍密-中密,平均湿密度210g/cm3；卵石：青灰色，骨架颗粒呈卵圆形，砾石含量一般在45%～60%之间，粒经一般在2cm～20cm之间，大者可达35cm，中粗砂充填，级配良好，中密-密实,平均湿密度2.30/cm3。土石工程分级：粉质粘土：Ⅲ级；粉土：Ⅲ级；卵石：IV级。

3.1.2 农田段：土层主要为粘土、粉质粘土：黄褐色，可塑-硬塑状态，无摇震反应，切面稍有光滑，干强度中等，韧性中等，平均湿密度1.50g/cm3。土石工程分级：粘土：Ⅲ级；粉质粘土：Ⅲ级。

3.1.3 中低山段：以基岩为主，岩性主要有凝灰岩、砂岩、泥岩为主，局部地段分布小型石膏矿。凝灰岩：棕红色-黑灰色,板状层理,块状构造,隐晶质,微风化；砂岩：黄褐色，板状层理,块状构造,显晶质,中等-微风化；泥岩:红褐色,板状层理,块状构造, 隐晶质,中等-微风化。土石工程分级：凝灰岩：Ⅷ级；泥岩：Ⅵ级；砂岩：Ⅷ级；砾岩：Ⅴ级。

3.2 管道沿线不良地质作用和灾害地质

（1）滑坡和崩塌:管道全线抗震设防烈度均大于6度，部分地段有小型不良地质灾害存在，例如崩塌和滑坡，详细地貌特征见图3.2-1、图3.2-2：

（2）采空区:管道经过的乌鲁木齐西山煤矿为侏罗系含煤地层，该煤层上部覆盖层较薄，部分区域为天然露头，因此民采和小集体采煤较多，目前，浅部采矿多已停止，仅深部有煤矿正在开采。

煤矿经过长时间的开采，地下煤层已大部分被采出后，一般会沿煤层形成采空区，并可引起地面塌陷。由于西山煤矿煤层较薄，埋藏较浅，地面塌陷主要表现为塌陷坑推测，未见大面积的采空塌陷区。采空塌陷对管线的危害较大，形成采空塌陷的时间具有差异，在管线施工和运营过程中会产生塌陷和不均匀沉降，对管线造成破坏。为避免对管道的破坏，管道在选线过程中进行了改线，最终线路避开了危害较严重地带，但距离采空区较近，纵向距离5km左右。所以在施工中对距离线路较近的塌陷坑应结合实际，建议采取回填、对采空区放顶、加固和灌浆处理等防治措施，以防止工程建成后产生塌陷，对工程造成破坏。

（3）活动断裂:管道两侧各20km的范围内主要断裂有4条，为：独山子～安集海断裂、玛纳斯断裂、王家沟断裂组、西山断裂。

①独山子～安集海断裂：该断层位于工程区西北部，沿独山子山和安集海山北缘呈东西向展布，长约55km。断层走向近东西向，倾向南，倾角20°～60°，主断面宽0.3m～1.0m，由断层泥、糜棱岩组成，压性。在奎屯河老龙口处，Ⅱ级阶地陡坎上，可见上新统独山子组泥岩、砂岩逆掩到上更新统卵砾石层之上，独山子区冲洪积扇受断层影响，上更新统冲洪积砂卵砾石层扰曲变形。该断层为全新世以来的活动断层。

②玛纳斯断裂：该断层位于工程区北部，沿北阳山北缘近东西向延伸，全长约50km，断层产状：285°SW∠35°～65°，主断面破碎带宽1m，主要由断层泥组成，为压性。该断层贯穿整个玛纳斯背斜，背斜倒转，背斜轴部破坏严重。在玛纳斯河三级电站附近断层错断上更新统（Q3al）砂砾石层及上更新统（Q3eol）黄土层，并在至玛纳斯河左岸高台地上形成横向（垂直河流走向）阶地，高差约10m，为晚更新世以来仍在活动的断层。

③西山断裂：位于头屯河西岸至乌鲁木齐河西山背斜南翼,为逆冲兼左行走活动断层。在大泉沟、沙河子一带，钻探资料证实，两盘晚更新世-全新世砾石层落差为30m～60m。在大泉沟东，断错了晚更新世砾石层和全新世砾石层和全新世含碎石砂层。在四道岔附近，发育于晚更新世-全新世洪冲积层中的断面产状为EW∫N∠44°～78°，砾石具定向排列，砂砾石层形成的牵引褶曲明显，在地表形成挠曲断层崖（属同震扩展褶曲）。表层含炉灰、炉渣、煤屑、碎砖等黑色炭质层物质均掉入断面或地裂缝中。最近两次逆冲幅度为 1.0m和0.25m据14C和T I样测年结果，距今4759、493a以来平均逆冲速率为0.188mm/a和0.51mm/a。据1986年-1994年大浦沟跨断层精密水准测量资料估算，断层现今仍在继承行活动，平均垂直升降活动速率为0.33mm/a。在东，与乌鲁木齐河断层和雅玛里克-水磨沟断层交汇处，发生过多次5.0～5.9级地震。

④王家沟断裂：由3条支断层组成的王家沟断裂组在未来百年有可能发生地表位错。王家沟断裂带在管线西北约2km处。

王家沟断裂组3条断层平行分布在不到2km的范围内。断裂逆冲性质，管道与之的交角较大，一旦发生带有缩短量的地表位错，对管道的潜在危害是明显的。

（4）冲沟:管道沿线经过的区域分布有大、小冲沟近百条。典型冲沟见图3.2-3、图3.2-4：

防护建议： 沿线大部分地段属于冲洪积倾斜平原地段，到雨季和冰雪融化季节水量较多，会对管线构成冲刷危害。应对冲沟管道应埋置于最大冲刷深度（一般在1.0～2.0m以下），修筑过水平台等防排水措施；并应对管沟回填土进行压实，回填后应进行混凝土抹平防护，以防止河水渗入管沟加剧管道的腐蚀，影响管道运营安全。

3.3 特殊性岩土

（1） 盐渍土

①盐渍土的分布及类型：盐渍岩土在新疆段分布较广泛，一般具有地表含盐量较高，与土层胶结成盐壳。这主要是由于地下水运移滞缓，排水不畅，加之新疆气候干燥、少雨，蒸发强烈，造成土壤中盐份聚集地表所致。盐渍土类型为氯盐渍土和硫酸盐渍土，阳离子以Na+、Ca2+为主，阴离子以Cl－、SO42－为主。

沿线大部分地段含盐量较低,除中等风化的硬质岩石、局部山前冲洪积碎石土外，大部分地段土层及软质岩石都构成盐渍岩土。

②盐渍土腐蚀性评价：沿线均为I类环境，除白杨河河床、中低山基岩（强风化层以下）段及个别冲洪积碎石土地段为非盐渍土外，线路大部分地段都构成盐渍土，对混凝土结构具中等-强腐蚀性，仅中低山基岩段强风化层以下对混凝土结构不具有或具弱腐蚀性；大部分地段对混凝土结构中的钢筋具弱-中等腐蚀性，局部为强腐蚀性。

③盐渍土溶陷性及盐胀性评价：管道沿线盐渍土地段未构成溶陷性危害；管道沿线土中Na2SO4的含量均小于1%，可以不考虑土壤对管道的盐胀性危害。

④防护措施：由于盐渍土对混凝土具有一定的腐蚀，建议对过水涵洞、路面等采取相应的防腐措施；对管道表面应用涂料层与腐蚀介质隔离，从而达到对管道的防护作用；采用牺牲阳极保护法，以镁合金或铝合金为阳极，与管道构成回路，消耗镁合金或铝合金，达到对管道的保护；也可采用外加电源，以石墨为辅助阳极的阴极保护法。

（2）膨胀性岩土：管道沿线出露或下伏的软质岩石棕红色泥岩（见下图3.3-1），具有弱膨胀潜势，若有强降水下渗，其膨胀量将十分可观，对管道的安全有一定的影响。施工过程中应开挖去除管道埋深以下0.5m，用碎石土回填夯实，并作好防排水措施。

4. 结语

通过对奎屯-鄯善段境内管线岩土工程勘察、测绘、测试、试验和资料综合整理，分析总结，得出如下结论：

（1）管道沿线经过地段地貌类型多变，地层变化较大，冲洪积平原段出露的粉土、粉质粘土、粉砂、角砾、卵石土石工程分级为Ⅲ-Ⅳ级；中低山段的出露凝灰岩、砂岩、泥岩、砾岩为Ⅵ-Ⅷ级。

（2）线路经过地段活动断裂较发育，据资料统计，共有4条活动断裂与管线相交，且在活动断裂采空区有小型崩塌和滑坡出现。

（3）管道沿线出露或下伏的软质岩石棕红色泥岩，具有弱膨胀潜势。工过程中应开挖去除管道埋深以下0.5m，用碎石土回填夯实，并作好防排水措施。

（4）本次岩土工程勘察与测量专业合作方式不同。以往勘察作业模式是测量专业先放线、定桩，交桩后勘察根据定线桩进行勘探点布置勘察。本次测量采用航飞拍摄测量模式，不进行现场放线定桩。因管道工程距离长，勘探点间距较大，在勘察外业中我们采用手持GPS导航定位，并利用Google Earth软件寻找最优交通路线，双向配合现场找线，确定勘探点坐标后进行控制点勘察。采用此种作业方式对勘察外业造成一定难度，但同时也缩短了进场作业时间，总体上大大优化、缩短了勘察外业质量和时间。

（5）通过与设计人员的及时沟通，采用合适的避、绕、跨等方案，最大限度的避免线路经过不良地质发育现象的地段，保证管线的安全运行。

【文章编号】1006-2688(2010)12-0023-04