新疆北疆粉土质砂及低液限粘土地区罐区配套工程施工技术与环境保护措施研究

摘要：新疆北疆特殊的地理和天气环境使得该区域内存在大量的粉砂和低液限粘性土，给该区域的建设提出了许多技术难题。本文以新疆克拉玛依区小拐灌溉工程为背景，对粉砂层和低液限粘性土地段的建设工艺和环境保护的措施进行了较为深入的探讨。

关键词：粉土质砂、低液限粘土、施工技术、环境保护

1 引言

1.1 研究背景

新疆北疆地区是我国典型的干旱与半干旱区域，其地貌特点主要包括冲洪积平原、沙漠边缘及山前丘陵等。近年来，随着国家对西部地区的基础设施建设支持力度不断加大，大型灌溉和供水工程在北疆地区的建设规模逐渐扩大。然而，该区域的独特地质特点使得工程施工面临诸多挑战。

新疆北部主要分布着粉砂土和低液限粘性土。由于其渗透性强，高压收缩，容易坍塌等特性，使得工程建设中容易发生流砂和滑坡等病害。另外，新疆北部地区常年干旱，昼夜温差大，给建设带来更大的困难。比如，在冬天，由于气温较低，会引起土体的冻胀，而在夏天，温度较高，会加快工程装备的力学损失。特别是克拉玛依区小拐灌溉工程，因其特殊的地理环境和对周围环境具有高度的环境敏感性，使得该项目的实施较为困难。

1.2 研究目的

项目以新疆北部克拉玛依区小拐灌溉工程为背景，结合新疆北部粉砂层和低液限粘性土的地质特征，探索与之相匹配的施工工艺。通过对高渗透性地层支护、管线埋设以及顶管等工程中存在的共性问题进行研究。

2 工程项目概述

2.1 项目背景

克拉玛依区小拐灌区配套工程位于新疆克拉玛依市的西北部，处于准噶尔盆地的边缘，地理坐标约为东经85°、北纬44°。该项目作为新疆北疆地区重要的灌溉项目之一，其目的是通过完善灌区水资源配置，解决13.85万亩耕地的灌溉需求，提升农业灌溉保障能力，减少对地下水资源的依赖，推动生态环境改善，促进区域农业生产和生态平衡。

该项目涵盖的主要工程内容包括：新建供水干管、分干管、支管以及相关附属建筑物，如阀室、计量设施、监测井等。全线管道长度达145.397公里，其中包括新建干管、分干管和支管。工程涉及穿越多条道路、河流以及湿地，施工难度较大，地质条件复杂。

2.2 施工特点

2.2.1 地质复杂性

小拐灌区是克拉玛依区的一座重要灌溉水源地，它所处的地质情况十分复杂。该工程施工场地多为粉砂层及低液限粘性土[1]，其渗透系数高，土体稳定性不佳。粉质粘土层由于受到水的影响，极易产生渗流，给地基的建设带来困难。同时，由于其在潮湿条件下具有塑性，使得其地基承载能力降低，从而对地基的稳定及管线的埋深产生一定的影响。

2.2.2 环境条件

项目所在区域属于典型的干旱气候，年降水量较少，水资源有限。因此，在工程建设过程中，需高度关注水资源的合理利用与保护。此外，该区域昼夜温差较大，施工期间的高温和低温都对土质、设备和施工进度产生了影响。冬季的低温可能导致冻结土层增加施工难度，而夏季的高温则使得施工设备容易发生故障。因此，在工程技术方案设计时必须考虑应对高温、寒冷等恶劣气候的措施，确保施工过程中设备的正常运行。

2.2.3 工程施工难点

（1）穿越河流和湿地：工程建设涉及玛纳斯河及下游流域，河道、湿地等地理条件较为复杂，工程建设对水生态有潜在的冲击。所以，在建设工程中，怎样将对水体的扰动降到最低是一项重要的技术挑战。

（2）管线的埋置及支护：管线埋置过程中，因其具有很高的渗透系数和不稳定度，极易发生土体滑动和流沙等问题。尤其是在深基坑工程中，如何对边坡进行有效的支护和控制，是工程建设中急需解决的难题。

（3）工程建设中的生态修复与环保：本工程地处生态敏感地区，工程建设时应充分重视对工程建设的生态环境的影响。环保工作的关键在于，要保证垃圾的处置，噪音的治理，扬尘的控制，以及完工后的植物修复。

2.2.4 安全与风险管理

项目的施工难度和复杂性使得安全管理成为一项重要工作。在高渗透性土层环境下，施工人员在管道埋设、基坑开挖、焊接作业等环节面临较大安全风险。特别是在受限空间作业中，施工环境的密闭性、气体泄漏等因素都可能导致突发事故。因此，必须建立严格的安全保障体系，落实专职安全员进行全天候监控，确保作业区域的安全性。此外，还需要制定应急预案，做好应急演练和突发事件的响应。

3 施工技术措施

3.1 地质与施工难点

3.1.1 地质特性分析

克拉玛依区小拐灌溉配套项目的建设地质情况较为复杂，有两种不同的地层，即粉砂层与低液限粘性土。这两类土壤的特性决定了其施工技术和安全性能。

（1）粉质粘土：这类地层渗透系数高，在工程建设中极易产生土流或塌方，尤其是在深基坑、管线埋置等情况下，地基的稳定问题尤为突出。由于其渗透特性，导致土壤中的水极易渗入，进而对地基的承载力产生一定的影响，所以必须对其进行补强。

（2）低液限土：低液限土具有很高的塑流能力，特别是饱和水分状态下，它的稳定性能明显下降。这种类型的土壤，在进行地下管线的建设时，极易产生沉陷，特别是在深层的基坑和管线的埋置等情况下，极易引起地基的位移和塌陷。

3.1.2 施工难点

由于粉土质砂与低液限粘土的特殊性质，施工过程中面临以下主要技术难点：

（1）基坑开挖与支护：基坑开挖过程中，尤其是在低液限粘土区，土体可能因为水分渗透而发生塑性流动，导致基坑边坡不稳定，可能发生滑坡或坍塌。特别是在灌溉管道、阀室等结构的施工过程中，如何确保开挖过程中基坑的稳定性是施工中的一大难题。

（2）管道埋设与支护：由于高渗透性土层的存在，管道埋设过程中极易受到地下水渗透的影响，导致土壤流动、管道沉降等问题，施工时需要特别注重管道的支撑和防护措施。

（3）顶管施工：在施工过程中，顶管穿越多条河流和道路是必须要解决的问题。顶管工艺是克服地下水渗透和周围环境干扰的有效手段，然而由于土层松软、渗透性强，如何保证顶管施工过程中的精确性与安全性，尤其是在高水位区，是工程面临的重大挑战[2]。

（4）地下水位较高：当地下水位较高时，施工难度会进一步加大，主要表现为基坑及管线周围土体稳定性降低，渗水量增大，地下水引起土体不稳定。

3.1.3 解决方案

（1）分层开挖及支护：为防止一次开挖造成斜坡失稳，采用逐层开挖的方法，将地层逐层进行开挖。为保证基坑的稳定，在开挖过程中采取了一系列的支挡措施。

（2）顶管技术：采用覆盖式顶管技术，确保了顶管施工的准确性。使用顶管机顺利推进，并配有通风、调湿装置，减少对周围环境的影响。在穿越河流时，采用专用的封闭管道，确保周围土体的承载力，减少水土流失[3]。

（3）设置截水沟拦截降水：设置截水沟以拦截降水，防止降水渗入开挖边坡坡体，从而导致边坡失稳。截水沟将收集的水流引入汇水沟，再汇入集水坑。此时，应立即启用水泵进行抽水，将集水坑中的积水排放至河道下游，如下图所示。

3.2 受限空间作业技术

3.2.1 受限空间的判别与风险评估

在建造之前，项目组会对有限的区域进行辨识与评价，以保证在有限的区域内，能够有效地管控各种风险因子。受限空间是指出入受限，通风条件差，容易产生有害气体的场所，比如地下管道和阀室。针对本工程的特殊性，在建设期间对各个密闭空间进行严密的气体监测，并对施工工人采取相应的保护措施。

3.2.2 安全技术措施

在进入密闭空间之前，应先设置好通风装置，并对其进行气体探测，以保证工作场所内的氧含量充足，无有害气体积累。在各个密闭的工作场所均设有气体探测装置，对室内的环境进行定时监控，并对其运行情况进行调节。

3.2.3 受限空间的施工技术

（1）管线的建设：管线内部的工程采用了分段的方法，每个管线完工后都要进行验收，以保证工程的质量。在特殊狭小的管段上，通过人工和自动机械相结合的方法，确保了施工的准确性。

（2）阀室施工：在阀室建设过程中，为防止因空气流通不利而产生聚集，采取多部位通气，并在施工过程中对气体进行实时监控。为保证事故后快速疏散，在阀门室内壁面及顶部设有应急逃生通道。

3.3 施工设备与机械化作业

在克拉玛依区小拐灌区配套工程中，大规模采用了机械化作业，不仅提高了施工效率，还确保了施工的安全性和精度。

3.3.1 设备选择

（1）挖土机及铲车：主要应用于深基坑及土方输送，选用动力强劲的挖掘机及铲车，可快速地进行大量的挖土工作，保证施工的正常进行。

（2）水力顶管技术：采用水力顶管技术进行顶管工程，该技术可实现对地层的高效率、高稳定性穿越地层，降低对周边环境的干扰，特别是在穿越河道和公路时，可有效防止对地面造成损害。

（3）气体探测及通风装置：密闭空间内安装有高精密气体探测器及特殊的通风装置，以保证工作场所的安全。并采用中央监测体系，对各密闭空间内的环境进行监测，以保证各密闭空间安全。

参考文献

[1] 刘芳， 杨小艳. 低液限粉土质砂水泥土在路床填筑工程中的应用[J]. 四川水力发电， 2022， 41（3）： 137–140.

[2] 傅建， 付毅成， 王波. 浅析顶管法施工在灌区工程中的技术应用[J]. 治淮， 2024， （11）： 54–55.