长距离输气(油)管道沿线地质灾害监测技术研究*

陈 珍 胡敏章

(1)江西工业工程职业技术学院，萍乡 337055 2)武汉大学测绘学院，武汉430079)

长距离输气(油)管道沿线地质灾害监测技术研究*

陈 珍1)胡敏章2)

(1)江西工业工程职业技术学院，萍乡 337055 2)武汉大学测绘学院，武汉430079)

研究采用GPS技术进行长距离输气(油)管道沿线地质灾害监测的理论和方法，主要分析滑坡体表面的形变，同时结合雨量监测和裂缝监测分析滑坡体的形变。研究表明：GPS技术可以有效地对地质情况复杂区域的地质灾害体进行监测，分析其滑移状态，为工程的灾前治理提供科学依据。

油气管道;地质灾害;GPS;滑坡监测;灾前治理

1 引言

作为“西气东输”系统工程的重要组成部分，忠武输气管道承担着湖北和湖南两省主要大中城市民用生活燃气及一些重要企业的能源供应，如果由于地质灾害等因素导致管道供气中断，不仅会造成巨大的经济损失，而且会影响百姓的正常生活和社会的安定;此外如果管道在人口稠密地区泄漏，或是发生重大事故影响到与其伴行的沪蓉高速等重大工程，则其造成的经济损失和环境破坏将无法估量。因此对管道沿线的地质灾害进行监测是必要的。忠武管道沿线地形形态主要为低山区，面临的主要是山地地质灾害隐患，包括滑坡、崩塌、泥石流等。众多学者曾做过采用GPS技术进行滑坡监测的研究［1-7］，本文以忠武管道的黄草坡滑坡为例，研究管道沿线大滑坡体的地表形变监测的方法。

2 研究区域概况

黄草坡滑坡位于忠武输气管道K158+178段(湖北省恩施市屯堡乡黄草坡村)，距恩施市约15 km，距318国道约5 km。滑坡勘察区地处鄂西山区中部，属亚热带季风温润性气候，年降雨量1 200～1 500 mm，年平均降雨量1 439.4 mm，24小时最大降雨量227.5 mm，4～9月为雨季。

该滑坡是发育在古泥石流堆积体上的浅层滑坡，危害程度等级为Ⅲ级。滑坡平面形态整体呈近似长舌状，长约350.0 m，宽为100～800 m，滑体厚度为6～22 m，体积约50×104m3，为中型堆积体滑坡，滑动方向为108°。同时在滑坡的后缘还存在一处次级浅层小滑坡，滑动方向为79°，因此对滑坡右部的忠武输气管道的安全构成严重威胁(图1)。

图1 黄草坡滑坡全貌Fig.1 Landscape of Huangcaopo landslide

3 监测实施方案

3.1 监测网点的布设

在GPS滑坡监测网中主要有两类点：一类是作为参考基准的稳定点，称基准点;另一类是用于描述滑坡体形变特征的点，称监测点。点的选择原则除须满足GPS观测规范要求外还应满足一定的地质条件，如基准点应位于地质条件好、便于长期保存的位置，而监测点应能反映滑坡形变特征。黄草坡滑坡体GPS监测网共设置9个点，其中3个基准点(强制对中墩)位于滑坡值以外的相对稳定区域，6个监测点(强制对中墩)位于滑坡体上，相邻监测点间平均距离58 m，基准点距滑坡体约1 200 m，监测墩如图2，各GPS监测点布置如图3。

根据忠武输气管道沿线滑坡监测工程的地质情况，GPS观测精度应采用C级标准，即固定误差≤10 mm，比例误差系数≤5×10-6。利用中海达8200 G单频GPS接收机进行静态观测，该接收机平面精度 ±(5 mm+1×10-6×D)，垂直精度 ±(10 mm+ 1×10-6×D)，数据处理使用中海达8200 G单频GPS接收机随机配备的HDS2003数据处理软件，处理结果的精度在水平方向精度为1 mm，高程方向优于10 mm。

图2 监测墩Fig.2 Monitoring pier

图3 黄草坡古泥石流堆积体监测点位分布图Fig.3 Distribution of monitoring points on ancient debris flow deposits at Huangcaopo

3.2 监测数据处理结果及分析

选取2008-08-22—2009-08-01日共11期的数据进行分析。在各期观测中，用不同期基准点间基线重复观测值的较差与基线观测值的精度做对比分析，表明黄草坡滑坡监测的基准点均稳定可靠。对滑坡监测沉降数据进行分析，可以充分反映滑坡的稳定情况，各监测点相对沉降量见图4，累积沉降量见图5，监测点位移变化量见表1，变形监测期间的雨量观测结果见图6，裂缝累积变化量见图7。

在黄草坡滑坡沉降数据中，相对沉降量观测值为正数的24个;为负数31个，为零的5个。所有监测点累积沉降量均为负值，尤其HCP5号点的11期总累积沉降量达到-71 mm，且其他监测点变形方向均保持一致性，说明滑坡可能存在滑坡的危险。

从表1可以看出，黄草坡滑坡中除了HCP-5号点以外，其余点的平面累积位移都较小，X方向位移均在±12 mm以内，Y方向位移均在±10 mm以内。但点HCP-3(∑△H=-14 mm)、HCP-6(∑△H=-16 mm)的沉降量偏大，而HCP-5号点3个方向的累积位移都比较大，分别为∑△X=115 mm、∑△Y= 91 mm和∑△H=-71 mm，该点位于整个滑坡的上部，在其附近的几条裂缝也出现了比较明显的扩张(图7)，说明该点位置确实发生了滑动。

图4 相对沉降量Fig.4 Relative subsidence

图5 累积沉降量Fig.5 Cumulative subsidence

表1 黄草坡滑坡位移变化量分析Tab.1 Changes of displacement of Huangcaopo landslide

从第二期观测开始，各监测点都有不同程度的位移发生，特别是在第4～9期，变化尤为显著，时间为2008-02—2009-07月，该时段由于季节变化，雨水增多，引起局部滑坡发生较大位移变化。从黄草坡雨量变化图(图6)中，我们也可以清楚地看到，在2008-11—2009-06月，降雨量比较充分，特别是2009-01—2009-06月降雨量最多时达到了110 mm，这也是导致滑坡体发生缓慢蠕滑的重要诱因。

图6 黄草坡降水量Fig.6 Precipitation at Huangcaopo

图7 黄草坡裂缝变化Fig.7 Changes of cracks at Huangcaopo

从黄草坡裂缝变化图(图7)中可以看出，LF-1、LF-2和LF-3变化比较明显，分别达到了7 cm、6 cm和12 cm。从黄草坡监测点分布图(图3)看，3条裂缝均位于HCP-5号点附近，变化最大的LF-3位于HCP-5号点不到1 m的挡土墙上，更一步证实了黄草坡滑坡正处于缓慢变形的状态，如再不采取措施，必将威胁到输气管道的安全，造成无法估计的严重后果。2009年7月中旬开始，相关部门正式对黄草坡滑坡实施治理，在滑坡体附近依照地形、地貌，在滑坡后缘和右侧设置纵向截水沟，将地表水排向滑坡左侧溪沟。避免在雨季时雨水的冲刷使滑坡体表面的泥石流随雨水冲滑，导致滑坡体发生变形。

从监测点位的分布(图3)、监测点的位移(表1)和裂缝的观测结果(图7)综合看，总体上滑坡体的滑移方向为西南-东北向。HCP-5号点比其相邻的HCP-4和 HCP-6号点的位移量大很多，说明HCP-5号点所在位置的块体有向东北方向滑脱出去的危险，这将导致管道右侧在HCP-5号点位置的受力逐渐小于左侧，管道处于容易发生扭曲变形的危险状况下，对该段管道应予以特别注意。

4 结论和讨论

采用GPS技术进行长距离管道沿线的地质体位移监测是目前最经济有效的手段。将GPS技术、雨量和裂缝的监测技术有机结合起来监测滑坡体的滑移状态并分析其诱因，可以有效监测灾害体的地表变形情况，提高滑坡预警预报的准确率。

本文通过对黄草坡古泥石流堆积体监测数据的解算处理，发现其有明显形变，所以对其进行施工治理，防止损害其下部的输气管道的安全，造成灾害事故。鉴于忠武输气管道沿线的地质状况，在雨季应特别注意及时对象黄草坡这种类型的滑坡体进行监测以确保输气管道的安全。

由于滑坡的发育、发生会受到各种不可控制因素的影响，对滑坡监测和预报的方法也具有多样性，同时，滑坡监测的预报也具有模糊性。所以如何将GPS滑坡监测成果和其他监测方法有机地结合起来，进行综合性判断和滑坡预报，将是今后长距离输气(油)管道沿线滑坡监测研究的重要课题之一。由于条件限制，本文没有分析抗滑桩钢筋计的观测数据，如有可能，结合该数据和地表的形变观测结果，可以更好地了解滑坡体的整体滑移状态，甚至了解不同深度处的滑坡体滑移状态。

1 刘根友，等.三峡库区秭归GPS滑坡监测网数据分析［J］.大地测量与地球动力学，2009，(3)：70-73.

2 欧阳祖熙，等.全球定位技术在三峡库区滑坡监测中的应用［J］.地壳构造与地壳应力文集，2000，13(2)：185-191.

3 裴世建，王祖军.GPS在滑坡监测中的应用［J］.工程勘察，2007，10(3)：55-61.

4 吴正春，韩玲，李仁光.应用GPS技术对龙羊峡水库库岸滑坡监测的可行性分析［J］.西安地质学院学报，1994，16 (4)：78-84.

5 李劲峰.GPS应用于监测岩崩滑坡［J］.长江流域资源与环境，1996，5(3)：284-288.

6 曾旭平.GPS滑坡高程监测的数据处理问题［J］.武汉大学学报(信息科学版)，2003，29(3)：201-204.

7 徐绍铨，等.GPS用于三峡库区滑坡监测的研究［J］.水利学报，2003，4(1)：114-118.

STUDY ON GEOLOGICAL HAZARD MONITORING TECHNIQUES ALONG LONG DISTANCE GAS(OIL)TRANSMISSION PIPELINE

Chen Zhen1)and Hu Minzhang2)

(1)Jiangxi Polytechnic College，Pingxiang 337055 2)School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan430079)

The theories and methods by using GPS technology for long-distance gas pipeline geological hazards monitoring were studied，the landslide surface deformation，and the deformation of landslide body was primarily analyzed with combination of cracks and precipitation monitoring as well.The results show that GPS technology can be used to monitor landslides which have the potentiality of geological hazards，the analysis of the slip condition for the project provides scientific basis for pre-disaster management administration.

oil and gas pipelines;geological hazards;GPS;landslide monitoring;pre-disaster management

1671-5942(2011)Supp.-0114-04

2010-09-12

陈珍，女，1985年生，硕士研究生，现从事工程测量教学研究.E-mail：chenzhen_wh@126.com

P228.4

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