朱俱君

(陜西城市燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西西安710000)

1 概述

油氣長(zhǎng)輸管道一般具有長(zhǎng)距離輸送、沿山地等危險(xiǎn)環(huán)境敷設(shè)、埋深較淺、采用薄殼鋼管等特征，因此易受到地質(zhì)災(zāi)害影響。加之輸送易燃易爆介質(zhì)，具有較高的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。為有效降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道造成的危害，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警成為油氣長(zhǎng)輸管道生產(chǎn)安全管理的重點(diǎn)。本文對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)進(jìn)行探討。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型與特征

① 地質(zhì)災(zāi)害類型

油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害類型豐富，包括滑坡、崩塌、水毀等?；缕茐男詷O大，能夠誘發(fā)不同類型的滑動(dòng)破壞，對(duì)管道形成牽引、推擠破壞。崩塌是比較常見的地質(zhì)災(zāi)害，下落的巖土在重力作用下沖砸破壞油氣管道，造成安全事故。按照水毀發(fā)育地段不同，水毀災(zāi)害包括坡面水毀、河溝道水毀、臺(tái)田地水毀，是地質(zhì)災(zāi)害中發(fā)育范圍最為廣泛的災(zāi)害，對(duì)管道、擋墻、截排水溝造成損壞。在水流沖刷作用下，易使埋深較淺的油氣管道出現(xiàn)懸空、漂管等情況，威脅油氣管道安全。

② 地質(zhì)災(zāi)害空間分布特征

油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害空間分布廣泛，甚至可貫穿整個(gè)山區(qū)。山區(qū)中的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育條件最多的區(qū)域。往往導(dǎo)致管道沿線出現(xiàn)大量地質(zhì)災(zāi)害空間，而且這些地質(zhì)災(zāi)害空間也呈現(xiàn)分布不均勻的特征。一般而言，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育的空間分布特征主要為規(guī)模特征，像滑坡、崩塌、水毀等地質(zhì)災(zāi)害，規(guī)模不同，造成的災(zāi)害規(guī)模特征也不同。

目前，滑坡體方量小于10×104m3的小型滑坡在我國(guó)比較常見。由于油氣長(zhǎng)輸管道埋深較淺并采用薄殼鋼管，即使小型滑坡仍易造成其嚴(yán)重?fù)p毀[1]。坡面水毀、臺(tái)田地水毀嚴(yán)重影響油氣長(zhǎng)輸管道的正常敷設(shè)施工，尤其對(duì)管溝的開挖范圍控制影響最大。普遍發(fā)育的河溝道水毀災(zāi)害輕則造成管道埋深不足或局部出露，重則造成管道長(zhǎng)距離懸空、變形、扭曲、斷裂等，嚴(yán)重威脅管道運(yùn)營(yíng)安全[2]。

3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 測(cè)量方法

油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害測(cè)量方法內(nèi)容豐富，包括災(zāi)害體(指斜坡變形體、崩滑體等)變形測(cè)量、物理與化學(xué)場(chǎng)測(cè)量、地下水測(cè)量、誘發(fā)因素測(cè)量等[3]。災(zāi)害體變形測(cè)量包括以下測(cè)量方法。

① 地表位移測(cè)量。測(cè)量對(duì)象為災(zāi)害體重點(diǎn)變形部位的位移，也是目前災(zāi)害體變形測(cè)量中的常用技術(shù)。在測(cè)量過程中，主要對(duì)災(zāi)害體及其邊緣位置發(fā)生較大位移的位置進(jìn)行分析，常用的測(cè)量工具包括千分尺、鋼卷尺等，可對(duì)某些裂縫進(jìn)行直接測(cè)量[4]。此外，還有專門的裂縫儀器測(cè)量設(shè)備，如裂縫計(jì)、伸縮儀、數(shù)字化近景攝影設(shè)備以及激光位移測(cè)量設(shè)備等。

② 深部位移測(cè)量。主要用于測(cè)量災(zāi)害體內(nèi)部的位移，針對(duì)不穩(wěn)定斜坡可能存在的滑動(dòng)形面進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。比較常見的測(cè)量方法包括塑料管配合鋼棒的簡(jiǎn)易測(cè)量方法、應(yīng)變管測(cè)量方法、鉆孔測(cè)斜儀測(cè)量方法、多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)量方法[5]。

③ 應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)量。比較常用的應(yīng)變傳感器包括振弦式應(yīng)變計(jì)、電阻式應(yīng)變計(jì)。電阻式應(yīng)變片體積小，易粘貼在管壁上，但溫度穩(wěn)定性差，也存在較大的非線性誤差，若進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)必須做好導(dǎo)線防水絕緣處理[6]。

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害頻繁且類型多樣，因此建立專門的油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)非常必要。以滑坡地質(zhì)災(zāi)害為例進(jìn)行分析。

① GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)GPS監(jiān)測(cè)結(jié)果可對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道中的簡(jiǎn)易裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測(cè)期中斜坡體整體變形量以及變形速率[7]。目前，針對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)的GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量分辨率為1 μm。通常需要在斜坡體中埋設(shè)10個(gè)左右的監(jiān)測(cè)墩，其中兩個(gè)為基準(zhǔn)點(diǎn)。即使建立了GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，地表巡查仍是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作中的重要一項(xiàng)。通過人工巡視，可進(jìn)一步對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體的變形特點(diǎn)與實(shí)際情況進(jìn)行分析[8]。

② 分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

分布式光纖傳感技術(shù)是近年發(fā)展起來的極具應(yīng)用價(jià)值的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)，經(jīng)過不斷地試驗(yàn)研究，并借鑒其他光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)在斜坡變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的相關(guān)問題逐步得到解決，并積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

在斜坡變形監(jiān)測(cè)中，當(dāng)光纖敷設(shè)工藝完備時(shí)，通過影響關(guān)系式，可確立光纖布里淵頻移與斜坡變形、環(huán)境溫度之間的線性變化關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斜坡變形的分布式監(jiān)測(cè)[9]。

4 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)

油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警體系涉及專門監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的建立，以及站點(diǎn)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、圖像監(jiān)測(cè)、預(yù)警管理、信息管理、統(tǒng)計(jì)分析、隱患點(diǎn)管理以及系統(tǒng)管理等多部分內(nèi)容[10]。此外，預(yù)警等級(jí)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、預(yù)警結(jié)果后評(píng)價(jià)對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警體系也至關(guān)重要。

① 預(yù)警等級(jí)

油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警體系涉及大量數(shù)學(xué)運(yùn)算、模型以及各種測(cè)量、監(jiān)測(cè)方法，數(shù)據(jù)量大且繁瑣。因此，明確量化的預(yù)警等級(jí)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害有效預(yù)警至關(guān)重要。

② 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕δ苁菍⒁巴鈱?shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)信息傳輸至智能分析平臺(tái)。在構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)，基于遠(yuǎn)程無線傳輸技術(shù)將是首選方式，針對(duì)某些地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域，可以考慮通過部署衛(wèi)星通信模塊進(jìn)行補(bǔ)充[11]。通信發(fā)送終端與災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接，出于低功耗考慮，在非傳輸狀態(tài)下通信發(fā)送終端處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)接收到發(fā)送指令后可立即被喚醒，并在10 s內(nèi)完成數(shù)據(jù)發(fā)送。監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)供電裝置必不可少，供電裝置可采用由單晶硅太陽能板、充電電路、鉛酸蓄電池、電壓變換電路、開關(guān)控制電路等組成的太陽能供電系統(tǒng)。

③ 預(yù)警結(jié)果后評(píng)價(jià)

加強(qiáng)對(duì)預(yù)警結(jié)果的研究，對(duì)災(zāi)害體的變形量、變形類型、變形影響程度等進(jìn)行分析，給出進(jìn)一步的研究結(jié)果[12]。

5 結(jié)語

油氣長(zhǎng)輸管道在地質(zhì)災(zāi)害類型上表現(xiàn)豐富，且特征多樣。在研究中應(yīng)結(jié)合多方面因素，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)模進(jìn)行分析，建立專門的油氣長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模等級(jí)劃分體系，對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行區(qū)別與關(guān)聯(lián)，結(jié)合實(shí)際工程建立有效的監(jiān)測(cè)、預(yù)警體系。