油气长输管道地质灾害的监测与预警

朱俱君

(陕西城市燃气产业发展有限公司，陕西西安710000)

1 概述

油气长输管道一般具有长距离输送、沿山地等危险环境敷设、埋深较浅、采用薄壳钢管等特征，因此易受到地质灾害影响。加之输送易燃易爆介质，具有较高的安全风险隐患。为有效降低地质灾害对油气长输管道造成的危害，地质灾害监测预警成为油气长输管道生产安全管理的重点。本文对油气长输管道地质灾害监测预警技术进行探讨。

2 地质灾害类型与特征

① 地质灾害类型

油气长输管道地质灾害类型丰富，包括滑坡、崩塌、水毁等。滑坡破坏性极大，能够诱发不同类型的滑动破坏，对管道形成牵引、推挤破坏。崩塌是比较常见的地质灾害，下落的岩土在重力作用下冲砸破坏油气管道，造成安全事故。按照水毁发育地段不同，水毁灾害包括坡面水毁、河沟道水毁、台田地水毁，是地质灾害中发育范围最为广泛的灾害，对管道、挡墙、截排水沟造成损坏。在水流冲刷作用下，易使埋深较浅的油气管道出现悬空、漂管等情况，威胁油气管道安全。

② 地质灾害空间分布特征

油气长输管道地质灾害空间分布广泛，甚至可贯穿整个山区。山区中的地质条件复杂多变，也是地质灾害发育条件最多的区域。往往导致管道沿线出现大量地质灾害空间，而且这些地质灾害空间也呈现分布不均匀的特征。一般而言，导致地质灾害集中发育的空间分布特征主要为规模特征，像滑坡、崩塌、水毁等地质灾害，规模不同，造成的灾害规模特征也不同。

目前，滑坡体方量小于10×104m3的小型滑坡在我国比较常见。由于油气长输管道埋深较浅并采用薄壳钢管，即使小型滑坡仍易造成其严重损毁[1]。坡面水毁、台田地水毁严重影响油气长输管道的正常敷设施工，尤其对管沟的开挖范围控制影响最大。普遍发育的河沟道水毁灾害轻则造成管道埋深不足或局部出露，重则造成管道长距离悬空、变形、扭曲、断裂等，严重威胁管道运营安全[2]。

3 地质灾害监测技术

3.1 测量方法

油气长输管道地质灾害测量方法内容丰富，包括灾害体(指斜坡变形体、崩滑体等)变形测量、物理与化学场测量、地下水测量、诱发因素测量等[3]。灾害体变形测量包括以下测量方法。

① 地表位移测量。测量对象为灾害体重点变形部位的位移，也是目前灾害体变形测量中的常用技术。在测量过程中，主要对灾害体及其边缘位置发生较大位移的位置进行分析，常用的测量工具包括千分尺、钢卷尺等，可对某些裂缝进行直接测量[4]。此外，还有专门的裂缝仪器测量设备，如裂缝计、伸缩仪、数字化近景摄影设备以及激光位移测量设备等。

② 深部位移测量。主要用于测量灾害体内部的位移，针对不稳定斜坡可能存在的滑动形面进行动态测量。比较常见的测量方法包括塑料管配合钢棒的简易测量方法、应变管测量方法、钻孔测斜仪测量方法、多点位移计测量方法[5]。

③ 应力-应变测量。比较常用的应变传感器包括振弦式应变计、电阻式应变计。电阻式应变片体积小，易粘贴在管壁上，但温度稳定性差，也存在较大的非线性误差，若进行长期监测必须做好导线防水绝缘处理[6]。

3.2 监测系统

油气长输管道地质灾害频繁且类型多样，因此建立专门的油气长输管道地质灾害监测系统非常必要。以滑坡地质灾害为例进行分析。

① GPS监测系统

根据GPS监测结果可对油气长输管道中的简易裂缝监测结果进行统计，发现在监测期中斜坡体整体变形量以及变形速率[7]。目前，针对滑坡监测的GPS监测系统测量分辨率为1 μm。通常需要在斜坡体中埋设10个左右的监测墩，其中两个为基准点。即使建立了GPS监测系统，地表巡查仍是地质灾害监测工作中的重要一项。通过人工巡视，可进一步对地质灾害体的变形特点与实际情况进行分析[8]。

② 分布式光纤监测系统

分布式光纤传感技术是近年发展起来的极具应用价值的地质灾害监测技术，经过不断地试验研究，并借鉴其他光纤传感技术的应用经验，该技术在斜坡变形监测应用中的相关问题逐步得到解决，并积累了一定经验。

在斜坡变形监测中，当光纤敷设工艺完备时，通过影响关系式，可确立光纤布里渊频移与斜坡变形、环境温度之间的线性变化关系，从而实现对斜坡变形的分布式监测[9]。

4 地质灾害预警技术

油气长输管道地质灾害预警体系涉及专门监测预警平台的建立，以及站点管理、实时监测、图像监测、预警管理、信息管理、统计分析、隐患点管理以及系统管理等多部分内容[10]。此外，预警等级、数据传输系统、预警结果后评价对于地质灾害预警体系也至关重要。

① 预警等级

油气长输管道地质灾害预警体系涉及大量数学运算、模型以及各种测量、监测方法，数据量大且繁琐。因此，明确量化的预警等级对地质灾害有效预警至关重要。

② 数据传输系统

地质灾害数据传输的主要功能是将野外实时采集的数据信息传输至智能分析平台。在构建传输网络时，基于远程无线传输技术将是首选方式，针对某些地质灾害隐患区域，可以考虑通过部署卫星通信模块进行补充[11]。通信发送终端与灾害现场监测点连接，出于低功耗考虑，在非传输状态下通信发送终端处于睡眠状态，当接收到发送指令后可立即被唤醒，并在10 s内完成数据发送。监测现场供电装置必不可少，供电装置可采用由单晶硅太阳能板、充电电路、铅酸蓄电池、电压变换电路、开关控制电路等组成的太阳能供电系统。

③ 预警结果后评价

加强对预警结果的研究，对灾害体的变形量、变形类型、变形影响程度等进行分析，给出进一步的研究结果[12]。

5 结语

油气长输管道在地质灾害类型上表现丰富，且特征多样。在研究中应结合多方面因素，对地质灾害发育规模进行分析，建立专门的油气长输管道地质灾害规模等级划分体系，对监测内容进行区别与关联，结合实际工程建立有效的监测、预警体系。