管道监测技术在管道隐患整治中的应用

2021-11-20张骞

油气·石油与天然气科学 2021年10期

张骞

摘要：漂管造成管段裸露和局部管道变形，严重威胁管道安全运行。本文以广东省天然气管网二期工程珠海LNG输气管道项目ZHDM018-ZHDM024段管线顺鱼塘敷设段为实例，该项目对1.4km高压输气管道的沉降变形进行了连续跟踪监测，利用丰富的监测数据深入研究了管道沉降规律和沉降影响因素，结合管道沉降理论计算和试验模拟和管道材质，提出了管道沉降的预警值，根据对管道沉降现状和预测沉降趋势分析，对管道沉降变形的安全性做了分析评估，指出了管道沉降危险性较大区段，并对管道沉降的防治措施提出了对策建议。

关键词：管道沉降;地面沉降;沉降监测;模拟

1工程概况

2020年7月，现场巡线发现：广东省天然气管网二期工程珠海LNG输气管道项目ZHDM018-ZHDM024段1403m管线顺鱼塘敷设段附近管线配重块受损并浮出水面，受损配重块长度约100米。经过现场踏勘排查并了解，ZHDM024段从2018年开始鱼塘填土，导致原有淤泥层上方荷载增大，挤压管道周边淤泥，致使管道被顶起，ZHDM024段埋深不足，埋深不足长度约100m。

不良地质现象对管道的影响可归结为管道在相应条件下的受力状态和抵抗破坏、变形和维持稳定性的能力与原设计工况给定的相关条件发生了变化，这就容易造成管道整体位移、悬空，导致局部变形、应力集中，甚至屈曲或蠕变，严重时导致管道断裂破坏，给运营管理造成巨大的安全隐患。此外，河流的改道、管道自身的腐蚀以及天然气在管道中高速流动发生材料疲劳等都将引起穿越管道失效。因此，对运行管道的沉降监测与维护十分重要。

2沉降监测技术方案

监测基准网，由基准点和工作基点构成。监测基准网定时进行复测，监测期间为每月整体联测一次，以后根据情况按月或季度进行复测检核;当对变形监测成果发生怀疑时，应随时检核监测基准网。

根据设计图及其施工现场特点，并考虑施工过程中管道支护结构和周围土体的相互作用，需对管道水平位移和管道沉降进行监测。

2.1基准点的布设

基准点是变形监测的基准，点位要具有更高的稳定性;基准点应选在变形影响区域之外稳固可靠的位置。当基准点距所测区域较远致使变形测量作业不方便时，应设置工作基点。工作基点作为坐标和高程的传递点，在观测期间要求稳定不变，可选在监测区域内比较稳定且方便使用的地方。基准点和工作基点应便于检核校验。同时根据情况可在周边选定适当的方位定向点。各级别位移观测基准点（含方位定向点）不应少于3个点。

本次观测基准点设立于管道治理施工区之外的稳定区域（高速公路桥墩上），不受施工变形影响、稳定且易于保存的位置，共布设3个基准点。

2.2监测点布设

结合现场实际情况，布设5个监测点，水平位移监测点布设在最顶的管道12点方向的顶部。水平位移监测点与沉降观测点共点，布设方法为：自下往上依次设置的固定环、连接杆和保护盒，所述的固定环由分别卡在地下管线上下两侧的上固定环和下固定环组成，上固定环和下固定环的两个尾部分别通过旋紧螺母连接;所竖的连接杆竖直设置在上固定环的顶部，其一端与上固定环固定连接，另一端穿过保护盒底部设置的通孔插设在保护盒内部，且连接杆与通孔同轴设置。在连接杆的顶端设置保护盒，可有效避免地面活动对测点造成破坏，打开保护盖即可进行沉降监测。

监测点位布设应符合如下要求：

1）面上的观测点应均匀布设;滑动量较大和滑动速度较快的部位，应适当增加布点;

2）周界外稳定的部位和周界内稳定的部位，均应布设观测点;

位移观测的标志应根据管线的特点进行设计。标志应牢固、适用、美观，并喷涂编号、设置明显标记。由于受条件限制，根据现场实际情况在变形体上明显的特征点作为监测点。

2.3水平位移监测

观测时，首先进行局部工作基点相对位置测量检核;同时，监测期间每2～5天采用GPS测量方法，联测基准点与本次使用的工作基点，检核工作基点绝对位置情况。观测时，还应充分利用周围可利用的固定目标作定向检核。

水平位移监测基准网采用独立坐标系统，布点时充分考虑网的精度、可靠性和灵敏度等指标。水平位移基准网观测按《工程测量规范》变形观测二等精度要求进行，监测网观测按《工程测量规范》变形观测三等精度要求进行。

2.4沉降位移监测

由于环境复杂、监测点间高差较大等原因，无法进行水准观测，沉降监测采用三角高程测量。监测网按《建筑变形测量规范》变形观测三等精度要求使用日本拓普康MS05AX（标称精度为：测角0.5秒、测距0.5mm+1ppm）要求进行观测。在后视点、前视点上设置棱镜或者反光片，在其中间设置全站仪。观测视线长度不宜大于300m，最长不宜超过500m，视视线垂直角不超过20°。

监测过程中应采用同一观测仪器进行观测;在每次观测前对所用的仪器按照相关规定进行校验;初值观测是各次监测的起始值，可采两次观测以获得更准确可靠的初始值。

3监测结果与分析研究

2021年1月1日～2021年2月6日期间，利用沉降监测技术，对ZHDM018-ZHDM024段5处管线位移和沉降进行监测，监测结果如图3、图4所示。

监测发现：

监测点1：自2021.1.2-2021.2.6，共监测36天，平面累计向右偏移41mm，高程累计上浮3mm;相较于管道建设期，平面向右偏移37.11cm，高程累计上浮54.70cm。

监测点2：自2021.1.2-2021.2.6 ，共监测36天，平面累计向右偏移32mm，高程累计上浮9mm;相较于管道建设期，平面向右偏移88.37cm，高程累计上浮179.70cm。

监测点3：自2021.1.2-2021.2.6 ，共监测36天，平面累计向右偏移39mm，高程累计上浮8mm;相较于管道建设期，平面向右偏移63.97cm，高程累计上浮46.20cm。

监测点4：自2021.1.2-2021.2.6 ，共监测36天，平面累计向右偏移12mm，高程累计上浮6mm;相较于管道建设期，平面向右偏移41.40cm，高程累计下沉4.00cm。

监测点5：自2021.1.2-2021.2.6 ，共监测30天，平面累计向左偏移13mm，高程累计下沉7mm;相较于管道建设期，平面向右偏移55.38cm，高程累计下沉17.20cm。

4结论与展望

从监测数据反应，管道受西侧推力仍较大，管道西侧施工填土导致管道周边淤泥受到挤压，土体上抬，致使管道产生较大位移。根据管道所处地质条件、位移监测数据、应力分析结果，综合分析认为管道当前处于安全状态。为防止管道位移及应力进一步增大，建议应尽快采取以下防护措施。

（1）在浮力荷载、配重荷载及管道西侧局部填方堆载组合作用下，敷设在淤泥质土中的管道出现了竖向和水平位移，管道局部埋深不足。