阅读说明：本技术 一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统 (Ecological protection system suitable for stone channel district pipeline ) 是由 彭波 王磊 夏敏 罗志强 赵志超 陈福林 敖波 蔡强 岳三琪 季超 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了涉及管道防护技术领域,公开了一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统,包括由上至下依次设置的基质层、缓冲层、过渡层、阻根层和石渣回填层,所述管道埋设于所述石渣回填层中；其中,所述基质层包括基质颗粒材料与石渣；所述缓冲层包括石渣、凹凸棒石、泥炭、高吸水树脂和聚丙烯酰胺；所述过渡层包括石渣和芽孢杆菌菌渣；所述阻根层包括丙烯酸酯乳液、硫酸铜粉末、银合欢提取液和蛭石；该生态防护系统能够利用植物系统的综合防护功能,减少管线填埋后的水蚀与塌陷现象,降低外界的冲击力以及植物根系对管线的破坏作用,从而在无管护条件下对管线进行持续稳定防护,并且还能够提高植物存活率。(The invention discloses an ecological protection system suitable for a pipeline in a stony channel region, which relates to the technical field of pipeline protection and comprises a substrate layer, a buffer layer, a transition layer, a root resistance layer and a stone slag backfill layer which are sequentially arranged from top to bottom, wherein the pipeline is embedded in the stone slag backfill layer; wherein the matrix layer comprises matrix particle materials and ballast; the buffer layer comprises stone slag, attapulgite, peat, super absorbent resin and polyacrylamide; the transition layer comprises stone slag and bacillus residues; the root-resistant layer comprises acrylate emulsion, copper sulfate powder, an albizzia julibrissin extracting solution and vermiculite; this ecological protection system can utilize plant system's comprehensive protection function, reduces the water erosion and the phenomenon of collapsing after the pipeline is buried, reduces the outside impact force and the destructive action of plant roots to the pipeline to continuously stabilize the protection to the pipeline under no pipe protects the condition, and can also improve the plant survival rate.)

一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统

技术领域

本发明涉及管道防护技术领域，具体是一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统。

背景技术

山区天然气长输管线工程大多需要进行管沟的开挖与回填，这使其在雨水作用下极易引发次生灾害，从而危及管道及周围群众安全的问题，其引发的次生灾害主要包括：(1)埋设后的管沟湿陷，形成汇水，导致管沟被掏空，管线裸露损毁；(2)在雨水作用下，埋设后的管沟湿陷，使管线经过的地段塌陷；(3)地表植被破坏，恢复和生长周期较长，使生态造成破坏，沙漠化或石漠化加重，水蚀加剧，从而危及管线。因此，如何对填埋后的管线进行有效防护与保护是管道工程建设安全的重点内容之一。

目前，现有技术中通常采用在回填后的沟道区上种植植被的手段，这虽然能够在一定程度上对管线起到生态防护的作用，但是却无法避免植被本身对管线造成的损害，这些损害主要包括：(1)地表植被根系的分泌物附着在管线表面，对金属管道产生一定的腐蚀作用；(2)地表植被的根系会在管线接头处等逐渐生长扎入，从而对管线造成破坏。

同时，由于地质环境的不同，管沟主要包括石质和土质两大类。其中，石质管沟为石质颗粒物堆积，具有孔隙大、营养元素和水分容易流失的特点，生态防护过程需要重点进行孔隙中填料的稳定以及营养元素和水分的保持；而土质管沟主要为土壤堆积，具有结构不稳定和易塌陷的特点，生态防护过程需要重点进行土壤结构体本身的稳定保持与改良。由此可知，石质管沟与土质管沟在本质上存在区别，两者所需的生态防护手段也存在区别。

因此，我们亟需一种适用于石质沟道区管道，并且能够在对管线进行有效防护的同时，防止植被本身对管线造成损害的生态防护系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，以至少达到利用植物系统的综合防护功能，减少管线填埋后的水蚀与塌陷现象，降低外界的冲击力以及植物根系对管线的破坏作用，从而在无管护条件下对管线进行持续稳定防护，并且还能够提高植物存活率的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，包括由上至下依次设置的基质层、缓冲层、过渡层、阻根层和石渣回填层，所述管道埋设于所述石渣回填层中。

在本实施方案中，由上至下依次设置了所述基质层、缓冲层、过渡层、阻根层和石渣回填层，从而实现了植物稳定生长、降低石渣孔隙的营养元素及水分流失、避免植物根系深入生长对管道的破坏等的综合作用。其中，所述基质层能够分布大量根系，为植物的萌发和生长提供较好的水分、养分保障能力，且本身具有一定的抗侵蚀能力；所述缓冲层能够分布大量根系，具有一定缓冲蚀和破坏的能力，并且为植物生长提供长久的水分、养分保障能力；所述过渡层能够进入少量根系，并且具备一定的稳定过渡结构，从而使水分缓慢渗入；所述阻根层能够防止植物根系对管道的破坏；所述石渣回填层具有较好的稳定保持功能。

应当理解的是，各层次的设置及其排序是根据植物根系的生长特点确定的，缺少任意一层均无法获得本发明的效果(如缺少基质层，植物萌发生长初期将缺乏必要的营业元素与水分供给保障，很难实现稳定生长；缺少过渡层，降水入渗速率会大大加快，导致下层石渣孔隙物质大量流失，上次水分也难以留存等)。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述基质层是通过将基质颗粒材料与石渣混合均匀，再将其与植物种子混合，最后铺设得到；优选的，所述基质颗粒材料与石渣的重量比为1～2:1～2，所述基质颗粒材料的粒径为2～3mm；更为优选的，所述基质层的夯实系数≥0.9，厚度≥15cm。

在本实施方案中，对所述基质颗粒材料的粒径进行限定，有利于保持基质层的透气性，以及植物根系的快速建成。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，按重量份计，所述基质颗粒材料包括膨润土10～15份、泥炭20～30份、磷酸二氢铵10～15份、磷酸二氢钾10～15份、聚丙烯酰胺10～15份和微生物菌渣10～30份；优选的，所述微生物菌渣为酵母菌菌渣。

在本实施方案中，所述微生物菌渣(酵母菌菌渣)能够作为有机质，并且调控所述基质层中的微生物条件，同时还具备一定的防治植物病虫害的功能；所述膨润土具有粘结功能；所述泥炭能够保持石质结构的物理结构，也能够为其提供有机质；所述磷酸二氢铵和磷酸二氢钾具有提供养分的功能；所述聚丙烯酰胺具有一定的保水功能和粘结能力。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，按重量份计，所述缓冲层包括石渣10～40份、凹凸棒石5～10份、泥炭15～20份、高吸水树脂5～15份和聚丙烯酰胺5～10份；优选的，所述缓冲层的夯实系数≥0.9，厚度≥20cm。

在本实施方案中，所述凹凸棒石具有对石质颗粒的粘结功能；所述泥炭能够保持石质结构的物理结构，也能够为其提供有机质；所述高吸水树脂具有较好的保水能力；所述聚丙烯酰胺对石质细颗粒具有一定的粘结能力和保水功能。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，按重量份计，所述过渡层包括石渣20～40份和芽孢杆菌菌渣5～10份；优选的，所述过渡层的夯实系数≥0.9，厚度≥15cm。

在本实施方案中，所述芽孢杆菌菌渣具有一定的长久结构保持能力及结构改良能力。

在上述实施方案中，对所述基质层、缓冲层和过渡层的夯实系数进行限定，其目的在于减少因其过于松散而引发的降雨条件下的塌陷与流失现象；对所述基质层、缓冲层和过渡层的厚度进行限定，其目的在于保障植物长久生长所必须的物质与水分调控功能，厚度过低作用效果较差。

应当理解的是，在上述实施方案中，对所述基质层、缓冲层和过渡层的厚度仅限定了最小值，其目的在于保障本方法综合防护功能的稳定实现，而关于其厚度的最大值，可根据管道整体填埋厚度，即所述石渣回填层的厚度进行适应性调整。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，按重量份计，所述阻根层包括丙烯酸酯乳液10～15份、硫酸铜粉末1～5份、银合欢提取液5～10份和蛭石10～20份；优选的，所述阻根层的厚度为2～5cm。

在本实施方案中，对所述阻根层的厚度进行限定，其目的在于将根系全部阻隔，并且避免原料的浪费。其中，所述丙烯酸酯乳液具有一定的阻根功能以及在石质颗粒条件下的粘接功能；所述硫酸铜粉末具有一定的阻根功能；所述银合欢提取液因含有较多的化感物质，能够抑制植物根系的生长，同样具有一定的阻根功能；所述蛭石具有结构保持与吸附功能，有利于各阻根物质在石质孔隙下的长久保持。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述阻根层是通过将所述硫酸铜粉末、银合欢提取液和蛭石混合均匀，放置1～4h，再将其与所述丙烯酸酯乳液混合得到。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述银合欢提取液的制备方法，包括以下步骤：

S1.将新鲜银合欢的茎和叶粉碎，得到粉碎料；

S2.将所述粉碎料与水混合均匀，放置12～24h，过滤除去滤渣，即得。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述粉碎料与水的重量比为1～2:1～2。

作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述石渣回填层由石渣和钙基膨润土组成，所述钙基膨润土的用量为10～30kg/m²。

在本实施方案中，通过所述钙基膨润土对所述石渣的孔隙进行部分填充，使其遇水后形成较为稳定且存在一定孔隙的结构体，从而具有较好的稳定保护功能。

本发明的有益效果是：

本发明的一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，根据植物根系的生长特点，由上至下依次设置了所述基质层、缓冲层、过渡层、阻根层和石渣回填层，充分利用了植物系统的综合防护功能，减少管线填埋后的水蚀与塌陷现象，降低外界的冲击力以及植物根系对管线的破坏作用，从而达到了在无管护条件下对管线进行持续稳定防护，并且还能够提高植物存活率的效果。

附图说明

图1为本发明所述生态防护系统的示意图；

图中，1、基质层；2、缓冲层；3、过渡层；4、阻根层；5、石渣回填层；6、管道。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，如图1所示，包括由上至下依次设置的基质层1、缓冲层2、过渡层3、阻根层4和石渣回填层5，管道6埋设于石渣回填层5中；其中，管道6采用DN300的X-60低合金钢管，外涂防腐层，长度为2m。

基质层1的厚度为15cm，夯实基数≥0.9，其是通过将重量比为1:1的基质颗粒材料与石渣混合均匀，再将其与刺槐种子混合，最后铺设得到；其中，刺槐种子的用量为15g/m²；基质颗粒材料的粒径为2～3mm，按重量份计，其包括颗粒直径为0.01～0.02mm的膨润土10份、颗粒直径为1～2mm的泥炭20份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢铵10份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢钾10份、颗粒直径为0.1～0.2mm的聚丙烯酰胺10份以及酵母菌菌渣10份，具体是将上述材料均匀混合后，在压缩比为15:1的条件下，经高压挤压造粒制得。

缓冲层2的厚度为20cm，夯实系数≥0.9，按重量份计，其包括过2cm筛孔的石渣10份、颗粒直径为0.01～0.02mm的凹凸棒石5份、颗粒直径为0.5～1mm的泥炭15份、颗粒直径为0.1～0.3mm的高吸水树脂5份和颗粒直径为0.1～0.3mm的聚丙烯酰胺5份。

过渡层3的厚度为15cm，夯实系数为0.9，按重量份计，其包括过1cm筛孔的石渣20份和芽孢杆菌菌渣5份。

阻根层4的厚度为2cm，按重量份计，其包括丙烯酸酯乳液10份、硫酸铜粉末1份、银合欢提取液5份和颗粒直径为1mm的蛭石10份，具体是通过将硫酸铜粉末、银合欢提取液和蛭石混合均匀，放置4h，再将其与丙烯酸酯乳液混合得到；

其中，银合欢提取液的制备方法，包括以下步骤：

S1.将新鲜银合欢的茎和叶粉碎，得到粉碎料；

S2.将重量为1:1的粉碎料与水混合均匀，放置24h，过滤除去滤渣，即得。

石渣回填层5由石渣和钙基膨润土组成，具体是将管道6埋设在石渣中，使得石渣的高度刚刚盖过管道6，再将钙基膨润土均匀覆盖在其表面并浇水湿润得到；其中，钙基膨润土的用量为10kg/m²。

实施例2

一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，如图1所示，包括由上至下依次设置的基质层1、缓冲层2、过渡层3、阻根层4和石渣回填层5，管道6埋设于石渣回填层5中；其中，管道6采用DN300的X-60低合金钢管，外涂防腐层，长度为2m。

基质层1的厚度为15cm，夯实基数≥0.9，其是通过将重量比为1:1的基质颗粒材料与石渣混合均匀，再将其与刺槐种子混合，最后铺设得到；其中，刺槐种子的用量为15g/m²；基质颗粒材料的粒径为2～3mm，按重量份计，其包括颗粒直径为0.01～0.02mm的膨润土15份、颗粒直径为1～2mm的泥炭30份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢铵15份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢钾15份、颗粒直径为0.1～0.2mm的聚丙烯酰胺15份以及酵母菌菌渣30份，具体是将上述材料均匀混合后，在压缩比为15:1的条件下，经高压挤压造粒制得。

缓冲层2的厚度为20cm，夯实系数≥0.9，按重量份计，其包括过2cm筛孔的石渣40份、颗粒直径为0.01～0.02mm的凹凸棒石10份、颗粒直径为0.5～1mm的泥炭20份、颗粒直径为0.1～0.3mm的高吸水树脂15份和颗粒直径为0.1～0.3mm的聚丙烯酰胺10份。

过渡层3的厚度为15cm，夯实系数为0.9，按重量份计，其包括过1cm筛孔的石渣40份和芽孢杆菌菌渣10份。

阻根层4的厚度为5cm，按重量份计，其包括丙烯酸酯乳液15份、硫酸铜粉末5份、银合欢提取液10份和颗粒直径为1mm的蛭石20份，具体是通过将硫酸铜粉末、银合欢提取液和蛭石混合均匀，放置4h，再将其与丙烯酸酯乳液混合得到；

其中，银合欢提取液的制备方法，包括以下步骤：

S1.将新鲜银合欢的茎和叶粉碎，得到粉碎料；

S2.将重量为1:1的粉碎料与水混合均匀，放置24h，过滤除去滤渣，即得。

石渣回填层5由石渣和钙基膨润土组成，具体是将管道6埋设在石渣中，使得石渣的高度刚刚盖过管道6，再将钙基膨润土均匀覆盖在其表面并浇水湿润得到；其中，钙基膨润土的用量为30kg/m²。

实施例3

一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，如图1所示，包括由上至下依次设置的基质层1、缓冲层2、过渡层3、阻根层4和石渣回填层5，管道6埋设于石渣回填层5中；其中，管道6采用DN300的X-60低合金钢管，外涂防腐层，长度为2m。

基质层1的厚度为15cm，夯实基数≥0.9，其是通过将重量比为1:1的基质颗粒材料与石渣混合均匀，再将其与刺槐种子混合，最后铺设得到；其中，刺槐种子的用量为15g/m²；基质颗粒材料的粒径为2～3mm，按重量份计，其包括颗粒直径为0.01～0.02mm的膨润土12份、颗粒直径为1～2mm的泥炭25份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢铵12份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢钾12份、颗粒直径为0.1～0.2mm的聚丙烯酰胺12份以及酵母菌菌渣20份，具体是将上述材料均匀混合后，在压缩比为15:1的条件下，经高压挤压造粒制得。

缓冲层2的厚度为20cm，夯实系数≥0.9，按重量份计，其包括过2cm筛孔的石渣25份、颗粒直径为0.01～0.02mm的凹凸棒石7份、颗粒直径为0.5～1mm的泥炭18份、颗粒直径为0.1～0.3mm的高吸水树脂10份和颗粒直径为0.1～0.3mm的聚丙烯酰胺8份。

过渡层3的厚度为15cm，夯实系数为0.9，按重量份计，其包括过1cm筛孔的石渣25份和芽孢杆菌菌渣8份。

阻根层4的厚度为3.5cm，按重量份计，其包括丙烯酸酯乳液12份、硫酸铜粉末3份、银合欢提取液7份和颗粒直径为1mm的蛭石15份，具体是通过将硫酸铜粉末、银合欢提取液和蛭石混合均匀，放置4h，再将其与丙烯酸酯乳液混合得到；

其中，银合欢提取液的制备方法，包括以下步骤：

S1.将新鲜银合欢的茎和叶粉碎，得到粉碎料；

S2.将重量为1:1的粉碎料与水混合均匀，放置24h，过滤除去滤渣，即得。

石渣回填层5由石渣和钙基膨润土组成，具体是将管道6埋设在石渣中，使得石渣的高度刚刚盖过管道6，再将钙基膨润土均匀覆盖在其表面并浇水湿润得到；其中，钙基膨润土的用量为20kg/m²。

对照例1

采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例1进行对比，对照例1中除不含阻根层4以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，不含阻根层4，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。

对照例2

采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例2进行对比，对照例2中除不含缓冲层2以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，不含缓冲层2，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。

对照例3

采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例3进行对比，对照例3中除不含过渡层3以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，不含过渡层3，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。

对照例4

采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例4进行对比，对照例4中除不含银合欢提取液以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，不含银合欢提取液，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。

试验效果

为了验证本发明的生态防护系统的效果，进行了对照试验.试验方法为：将实施例1～3和对照例1～4中的生态防护系统分别浇水至饱和，在不进行后期管养的条件下维持6个月，最后对管道表层的状况、植株存活率和植株存活高度进行测试。

测试结果如下表所示(试验采用3次重复，结果为平均值)：

试验处理	管道表层有无根系附着	植株存活率％	植株平均高度cm
				实施例1	无	83.36	89.12
实施例2	无	85.68	91.22
				实施例3	无	82.46	87.98
对照例1	有，且有少量根系穿透防腐层	82.15	87.96
				对照例2	无	61.38	79.27
对照例3	无	59.58	78.29
				对照例4	有，且有极少量根系穿透防腐层	82.48	87.59

由上表可知，相比于实施例1，对照例1中的管道表面有根系附着，且少量穿透防腐层；对照例2～3的植株存活率和植株平均高度明显降低，这说明了任意一层的缺少均无法获得本发明的效果；对照例4的管道表面也有根系附着，且极少量穿透防腐层，这说明了银合欢提取液的添加提高了阻根层的阻根效果。

综上所述，本发明的一种适用于石质沟道区管道的生态防护系统，能够利用植物系统的综合防护功能，减少管线填埋后的水蚀与塌陷现象，降低外界的冲击力以及植物根系对管线的破坏作用，从而在无管护条件下对管线进行持续稳定防护，并且还能够提高植物存活率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。