蘭成渝管道二郎廟滑坡監(jiān)測(cè)研究

劉福臻，劉建平

（1.西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500；2.中國石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

蘭成渝管道二郎廟滑坡監(jiān)測(cè)研究

劉福臻1，劉建平2

（1.西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川成都 610500；2.中國石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

介紹二郎廟滑坡監(jiān)測(cè)的方法，重點(diǎn)介紹GPS與光纖傳感兩種技術(shù)結(jié)合所進(jìn)行的滑坡監(jiān)測(cè)，這樣既克服了GPS時(shí)效性不高的缺點(diǎn)，又彌補(bǔ)了光纖傳感測(cè)量量程的不足，從而可實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到線再到面的滑坡監(jiān)測(cè)，獲得滑坡體較完整的應(yīng)變信息，使滑坡監(jiān)測(cè)既具有連續(xù)性又具有實(shí)時(shí)性。

滑坡；變形監(jiān)測(cè)；GPS；光纖傳感；管道

1 工程概況

二郎廟滑坡位于四川省江油市二郎廟鎮(zhèn)雷家河村雷家河右岸，滑坡中心處管道里程K662＋750，滑坡前緣直抵雷家河，前緣中心點(diǎn)位于N32°06′6.0″，E105°12′32.5″。前緣高程760 m，后緣高程860 m?；麻L(zhǎng)1 200 m，平均寬650 m，厚30～50 m，坡度約30°，局部較陡，滑坡體積約3 000萬m3，屬巨型滑坡，主滑方向126°，如圖1、圖2所示。

滑坡區(qū)降雨充沛，年平均降雨量1 200 mm，且多集中于7～9月，歷史最大月降雨量380 mm，最大日降雨量300 mm。

圖1 二郎廟滑坡全貌

蘭成渝管道在滑坡中前部自北東向南西橫穿該滑坡，橫穿長(zhǎng)度800 m，管道埋深約1 m。管道上方設(shè)置有擋土墻。

管道外徑508 mm，壁厚7.1 mm，管道所用鋼材為16 Mn鋼，最低屈服強(qiáng)度SMYS值為413 MPa，彈性模量210 GPa。防腐層為3PE，厚度3～5 mm。

西南石油大學(xué)和長(zhǎng)安大學(xué)、蘭成渝管道研究中心在二郎廟滑坡建成了基于光纖光柵傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警示范工程。目的是研究光纖光柵傳感技術(shù)在管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的適用性，探索出一套基于光纖光柵的管道自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并對(duì)二郎廟滑坡的安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。采用GPS、鉆孔測(cè)斜儀等傳統(tǒng)的滑坡監(jiān)測(cè)手段對(duì)光纖光柵的監(jiān)測(cè)結(jié)果予以驗(yàn)證。

監(jiān)測(cè)站于2007年末建成，2008－01－08日采集第一次全面的有效數(shù)據(jù)，并將其作為監(jiān)測(cè)的零點(diǎn)。其后又于2008－03－19、2008－05－09和2008－05－31采集了三次全面有效的數(shù)據(jù)。主要分析2008－05－09到2008－05－31間、汶川大地震前后的管體應(yīng)力變化和滑坡變形情況，并對(duì)管道的安全狀況進(jìn)行預(yù)報(bào)。

圖2 二郎廟滑坡剖面

2 管道滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

整個(gè)滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由地面GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)［1－3］和傳感光纖裂縫測(cè)量［4－5］2部分組成。監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)由2大部分組成：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分和數(shù)據(jù)采集處理部分?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)部分在滑坡和管體設(shè)置各類監(jiān)測(cè)儀器；數(shù)據(jù)采集處理部分自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)部分監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警。

滑坡監(jiān)測(cè)包括滑坡變形監(jiān)測(cè)和觸發(fā)因素監(jiān)測(cè)，共涉及管體應(yīng)變監(jiān)測(cè)、GPS地表位移監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)措施［6］，見圖3。其中，管體應(yīng)變監(jiān)測(cè)、管土界面土壓力監(jiān)測(cè)、測(cè)斜管應(yīng)變監(jiān)測(cè)基于光纖光柵技術(shù)。

自動(dòng)采集傳輸分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)包括：自動(dòng)采集裝置、自動(dòng)傳輸裝置和數(shù)據(jù)分析預(yù)警系統(tǒng)。為適應(yīng)快速預(yù)警的需要，設(shè)置了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。通過光纜將各傳感器的信號(hào)引入到設(shè)于老鄉(xiāng)家的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站。然后數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮战K端，見圖4。

2.2 滑坡表部位移監(jiān)測(cè)

常規(guī)滑坡表部位移監(jiān)測(cè)采用GPS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，共設(shè)置6處地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)中有4個(gè)點(diǎn)與測(cè)斜儀的孔口位置近似重合，監(jiān)測(cè)點(diǎn)中位置見圖5。各觀測(cè)點(diǎn)都埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中設(shè)備。

圖5 滑坡體變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

3.1 滑坡表部GPS位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

采用美國Trmble 5800 GPS接收儀進(jìn)行了靜態(tài)GPS地表位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，地震后發(fā)生了較大變形。2008－05－09至2008－05－31地表變形量見表1。監(jiān)測(cè)結(jié)果與鉆孔傾斜儀監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致。

表1 二郎廟滑坡地表變形 mm

從表1中可以看出，滑坡整體向東南方向滑動(dòng)，最大位移量達(dá)68 mm。整體上呈現(xiàn)后部變形大，前緣變形小。JC4位于滑坡前緣，有垂直向上的位移，反映出該處存在一定程度鼓脹。滑坡地震期間發(fā)生了較大的地表位移，區(qū)域不均，5～68 mm不等，滑坡為推移式滑坡，總體呈后緣大、前緣小的趨勢(shì)，滑坡前緣有明顯鼓脹變形。

3.2 管體應(yīng)力光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

2008－05－09至2008－05－31，管體應(yīng)力在地震前后有一定變化，具體數(shù)據(jù)見表2和圖6。

按照此前對(duì)二郎廟滑坡蘭成渝管道可接受應(yīng)力閾值的計(jì)算，一旦傳感器監(jiān)測(cè)到的管體應(yīng)力變化超過了80 MPa（受拉）和63 MPa（受壓），則認(rèn)為管道是不安全的。從表2可見，管道目前的應(yīng)力變化在35.6～－20.7 MPa的范圍內(nèi)，變化仍然是可接受的。地震期間管體應(yīng)力有所增加，但幅度不大；管道受到了滑坡的作用，管體累計(jì)最大新增應(yīng)力為35 MPa，仍在可接受范圍內(nèi)。

表2 管體地震前后附加應(yīng)力變化量 MPa

圖6 地震前后管體軸向應(yīng)力變化

3.3 土壓力光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

1＃、3＃、4＃、5＃、6＃3個(gè)界面推力監(jiān)測(cè)點(diǎn)中土壓力數(shù)據(jù)見表3及圖7。

表3 管體受到的土壓力監(jiān)測(cè)表 kPa

圖7 3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中土壓力的變化

根據(jù)管道埋深1.5 m，土體重度2.0計(jì)算，土壓力和由于土體自重產(chǎn)生的土壓力為30 k Pa，顯然，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壓力都超過了該值，多余的壓力由滑坡推擠管道產(chǎn)生。管道受到了滑坡的推擠作用，地震期間滑坡對(duì)管道的推力有了顯著增加。

3.4 滑坡深部測(cè)斜儀位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

用活動(dòng)式鉆孔測(cè)斜儀對(duì)滑坡深部位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。將2008－05－31地震后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與2008－05－09地震前的數(shù)據(jù)做了對(duì)比，孔口處位移（地表位移）的變化量見表4，深部位移的對(duì)比結(jié)果見圖8。

表4 地震前后的地表位移變化量 mm

由圖8可見，ZK1位置發(fā)生位移較小，ZK2位置在10 m深處發(fā)生較大位移，位移量達(dá)64 mm，表明滑坡在該處存在明顯滑動(dòng)面。ZK2在47 m以上，有明顯少量位移，監(jiān)測(cè)孔開始變形的深度均位于基巖面附近（ZK2基巖面深度47 m），表明滑坡變形達(dá)到了基－覆界面的深度。地震導(dǎo)致滑坡淺層滑面發(fā)育較快，并導(dǎo)致了沿固定滑面的淺層滑動(dòng)，最大滑動(dòng)量達(dá)68 mm，滑面深度10～15 m。另外滑坡的深層也在發(fā)生持續(xù)的蠕滑。

4 結(jié) 論

對(duì)以上數(shù)據(jù)綜合分析可得以下結(jié)論：

1）在地震前滑坡處于緩慢蠕變狀態(tài)，地表累計(jì)變化量10～20 mm，沒有發(fā)生滑動(dòng)面滑動(dòng)。

2）地震對(duì)滑坡有較大影響，導(dǎo)致滑坡發(fā)生了沿明顯滑動(dòng)面的較大位移，滑動(dòng)面深度約10～15 m，沿滑面最大滑移量達(dá)68 mm；滑坡變形區(qū)域不均，滑坡地表變形5～68 mm不等，且呈后緣大、前緣小的趨勢(shì)，表明該滑坡為推移式滑坡?；氯栽诔掷m(xù)深層蠕變，地震期間變形量約10 mm。

3）滑坡的變形推擠管道，管道受到的推力顯著增加，管體新增附加應(yīng)力也在增加，地震期間最大增量21 MPa。實(shí)施監(jiān)測(cè)后最大累積新增附加應(yīng)力35.6 MPa，仍在應(yīng)力的可接受范圍內(nèi)，管道目前處于安全狀態(tài)。

4）滑坡在天然狀態(tài)下持續(xù)蠕變，在有外力影響下會(huì)發(fā)生沿固定滑動(dòng)面的較大變形。考慮到滑坡區(qū)仍有余震，且即將進(jìn)入雨季，需密切注意滑坡穩(wěn)定狀態(tài)和管道安全狀態(tài)，建議蘭成渝分公司加大該滑坡點(diǎn)的監(jiān)測(cè)密度。

［1］徐紹銓.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

［2］薛志宏，衛(wèi)建東，金新平.GPS在雅礱江卡拉電站滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪工程，2007，16（2）：68－71.

［3］孫華，程新文，徐景田，等.基于單頻GPS接收機(jī)實(shí)施短基線變形監(jiān)測(cè)探討［J］.測(cè)繪工程，2009，18（4）：75－78.

［4］丁勇，施斌，崔何亮，等.光纖傳感網(wǎng)絡(luò)在邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27（3）：338－342.

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［6］白迪謀.工程建筑物變形觀測(cè)和變形分析［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2002.

Research on Erlang Temple landslide monitoring along Lan－Cheng－Yu Pipeline

LIU Fu－zhen1，LIU Jian－ping2
（1.Shool of Civil Engineering and Architecture，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.China Petroleum Pipeline Research Center，Langfang 065000，China）

The paper introduces Erlang Temple landslide monitoring method and focuses on landslide monitoring based on the combination of GPS and optical fiber sensing technology.This approach not only overcomes the shortcomings of the GPS timeliness that is not high，but also the shortage of the optical fiber sensing measuring range.Landslide monitoring from point to line to plane is realized，and relatively complete landslide strain is obtained.It not only makes landslide monitoring have continuity but also timeliness.

landslide；deformation monitoring；GPS；optical fiber sensing；pipeline

TU196

A

1006－7949（2012）04－0041－04

2011－05－14

劉福臻（1973－），男，副教授.

[責(zé)任編輯:張德福］