澀寧蘭長(zhǎng)輸管道沿程地質(zhì)災(zāi)害類型及機(jī)理探析★

黃 鵬

(中石油西南管道公司 蘭州輸油氣分公司，甘肅蘭州 730000)

管道地質(zhì)災(zāi)害是在自然或人為(或綜合作用)作用下形成或誘發(fā)的，并對(duì)管道及其附屬構(gòu)筑物的安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境等造成破壞和損失的地質(zhì)作用(現(xiàn)象)［1］。國(guó)內(nèi)外對(duì)管道地質(zhì)災(zāi)害的研究［2-10］，一方面集中于對(duì)埋地管線進(jìn)行荷載力方面的力學(xué)分析;另一方面專注于管道風(fēng)險(xiǎn)管理和評(píng)價(jià)，傾向于事故前控制。而針對(duì)管道地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的研究至今仍未形成比較系統(tǒng)的體系，主要還是依托于傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害防治研究而存在。目前對(duì)于管道地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育機(jī)理及其防治措施主要集中于具體管線沿線地質(zhì)災(zāi)害的研究，鮮有系統(tǒng)地研究“長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型和機(jī)理”。所以，本文在專題項(xiàng)目的支持下［11］，系統(tǒng)地對(duì)澀寧蘭長(zhǎng)距離輸氣管道沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型及機(jī)理進(jìn)行分析研究。

1 澀寧蘭長(zhǎng)輸管道概況

澀北—西寧—蘭州輸氣管道(簡(jiǎn)稱“澀寧蘭輸氣管道”)由一、二線兩條輸氣管道組成，兩條管道基本并行或伴行，長(zhǎng)度總計(jì)1 983．89 km，其中一線 1 062．49 km(含支線 131．2 km)，二線921．4 km。西起青海省柴達(dá)木盆地東部的澀北一號(hào)氣田，沿線經(jīng)過青海、甘肅兩省共20個(gè)縣、市(區(qū))，最終連接至甘肅省蘭州市西固區(qū)。澀寧蘭輸氣管道解決青海氣田天然氣外輸問題;也將澀寧蘭管道與西氣東輸管道、長(zhǎng)寧輸氣管道連接起來，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)西部的青海氣田、長(zhǎng)慶氣田、塔里木氣田三大主力氣田的聯(lián)網(wǎng)，是一項(xiàng)重要的能源供給工程，也是我國(guó)“九五”計(jì)劃期間的十項(xiàng)重點(diǎn)建設(shè)工程之一。

2 澀寧蘭長(zhǎng)輸管道沿線地質(zhì)災(zāi)害類型

澀寧蘭輸氣管道發(fā)育有河溝道水毀、坡面水毀、臺(tái)田地水毀、泥石流、黃土滑坡、碎石土滑坡、粘性土滑坡、崩塌、黃土濕陷、鹽漬土、凍土凍融、風(fēng)蝕沙埋和人類工程活動(dòng)等13種地質(zhì)災(zāi)害，按地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生過程和坡壞方式，崩塌、滑坡、泥石流、水力類災(zāi)害等屬突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害;黃土濕陷、鹽漬土、凍土凍融、風(fēng)蝕沙埋等屬緩變性地質(zhì)災(zāi)害。按其形成的主要?jiǎng)恿ψ饔煤鸵蛩兀浪?、滑坡屬重力類地質(zhì)災(zāi)害，泥石流、水力類災(zāi)害、風(fēng)蝕沙埋、凍土凍融等屬氣候作用類地質(zhì)災(zāi)害，黃土濕陷、鹽漬土屬不良巖土體類地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)2010年的調(diào)查評(píng)價(jià)，澀寧蘭一二線輸氣管道(含西寧支線、劉化支線)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)見表1。

澀寧蘭輸氣管道全線共有管道地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)1 386個(gè)，其中主要發(fā)育坡面水毀和河溝道水毀，各占總數(shù)的54．6%和34．5%;臺(tái)田地水毀和泥石流各占3．25%和2．23%;其他崩塌、滑坡等災(zāi)害僅占少數(shù)。若單從發(fā)育數(shù)量和密度來說，全線受坡面水毀和河溝道水毀的影響最大;若從單個(gè)災(zāi)害的危害程度來說，滑坡、泥石流和崩塌對(duì)管線的影響較大。

3 管道沿線地質(zhì)災(zāi)害成因分析

表1 澀寧蘭輸氣管線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

澀寧蘭管道穿越戈壁無人區(qū)、高原草甸、高原凍土區(qū)、農(nóng)田灌溉區(qū)、黃土溝壑和大型河谷階地等復(fù)雜地貌單元區(qū)，其對(duì)應(yīng)發(fā)育管道地質(zhì)災(zāi)害的類型、密度和空間分布均不相同，同時(shí)形成管道地質(zhì)災(zāi)害的因素也各不相同。通過整理分析，可歸納出以下幾個(gè)方面:

1)地形條件。地形地貌是控制泥石流、滑坡、崩塌等災(zāi)害形成的基本條件，管線通過地段K502～K528(橡皮山)、K657～K711(日月山—拉脊山)段為高中山地貌區(qū)，山勢(shì)陡峻，地形起伏落差較大，侵蝕切割強(qiáng)烈，地形破碎，坡度一般都在30°以上，部分地段坡體近直立，形成了高臨空的坡體，為管道地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了有利的地形條件。K710～終點(diǎn)段為湟水、黃河谷地段，屬侵蝕堆積的黃土低山丘陵和河谷階地地貌，地形侵蝕切割強(qiáng)烈，溝壑密集發(fā)育，溝谷多呈“V”字形，岸坡多為30°以上的斜坡，相對(duì)高差多為100 m～300 m，受溝谷季節(jié)性流水的侵蝕或人工開挖，部分坡腳段已形成陡崖，坡體臨空條件好，為滑坡、崩塌和泥石流的形成提供了有利的地形條件。從調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)發(fā)生滑坡的原始斜坡坡度變化較大，季節(jié)性凍融引起的碎石土滑坡的坡度較小，一般小于15°，有的僅5°左右;其他類型滑坡多在20°以上，集中于25°～35°的坡度范圍內(nèi)，坡形多為弧形、凸形坡;60°以上斜坡多呈直線形，易形成崩塌和泥石流。

2)地層巖性條件。地層巖性是管道地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，地層巖性的空間分布控制著滑坡、崩塌的空間分布。研究區(qū)內(nèi)與管道地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系密切的巖層主要為第四系黃土和新近系、古近系和白堊系的泥巖與砂質(zhì)泥巖等結(jié)構(gòu)。研究區(qū)內(nèi)黃土廣布，黃土結(jié)構(gòu)較為疏松，透水性較好，垂直節(jié)理發(fā)育，具較強(qiáng)的濕陷性，遇水易崩解，產(chǎn)生落水洞、陷穴等不良地形，同時(shí)也有利于地表水體的下灌及入滲。泥巖和砂質(zhì)泥巖中粘粒含量高，隔水性好，當(dāng)降水形成的地表水體通過落水洞、陷穴等入滲到泥巖和砂質(zhì)泥巖的接觸面時(shí)，其接觸面遇水易軟化、泥化形成軟弱面或軟弱帶，降低了接觸面的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致其上部坡體的失穩(wěn)，在水或其他外應(yīng)力的作用下，易發(fā)生坡體變形。同時(shí)區(qū)內(nèi)晝夜溫差大，春秋兩季巖土體節(jié)理裂隙中水分的凍融交互作用強(qiáng)烈，使巖土體中原有的節(jié)理裂隙不斷地延伸和貫通，在坡體地形坡度較大或近陡立的地段為管道地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了有利的物質(zhì)條件。

3)地質(zhì)構(gòu)造條件。研究區(qū)處于塔里木地臺(tái)、中朝準(zhǔn)地臺(tái)、揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)和藏南～北喜瑪拉雅地槽及褶皺幾大構(gòu)造板塊的結(jié)合部，構(gòu)造板塊間相互穿插，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。管線穿越區(qū)位于青藏高原的東北邊緣，自新生代以來，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地殼長(zhǎng)期振蕩式抬升，使得溝谷深切，侵蝕基準(zhǔn)面下降，流水侵蝕作用加劇，斜坡臨空面增大，為滑坡、崩塌的形成提供了有利的地形條件;構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中的地震、活動(dòng)斷裂和地殼差異性的升降運(yùn)動(dòng)，使得區(qū)內(nèi)的巖土體破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，為滑坡、崩塌和泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了良好基礎(chǔ)條件。其中地震對(duì)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的影響最為直接，地震活動(dòng)直接松動(dòng)斜坡的巖土體，破壞巖土體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，從而加速引發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。經(jīng)調(diào)查，區(qū)內(nèi)大型的老滑坡大多是由地震引發(fā)形成的。如K735～K737段的黃土—泥巖老滑坡位于湟中縣田家寨河?xùn)|側(cè)的溝坡區(qū)，滑坡體長(zhǎng)1 800 m，寬600 m，體積約2 700×104m3，主滑方向260°，該滑坡的形態(tài)特征較為明顯，后壁為圈椅狀黃土陡崖，滑體表面波狀起伏，巨石林立，由此可以判斷該滑坡形成時(shí)間相對(duì)較晚。如此大規(guī)模滑坡的形成與區(qū)內(nèi)強(qiáng)震作用密切有關(guān)。

4)降水條件。水是形成管道地質(zhì)災(zāi)害的根本因素。管道沿線的泥石流發(fā)生啟動(dòng)的水源主要為降水，泥石流的形成與區(qū)內(nèi)的強(qiáng)降水密切相關(guān)。該區(qū)多年平均降水量一般小于400mm，在小柴旦湖以西小于50 mm，其降水量主要集中于每年的6月～9月，且降水分配極不均勻，降水多以暴雨或陣雨的形式降落，具有歷時(shí)短，強(qiáng)度大的特點(diǎn)。根據(jù)管道沿線的氣象資料，樂都縣、湟中縣等地多年平均日最大降水量分別為34．2 mm，36．3 mm。受大氣對(duì)流的影響，區(qū)內(nèi)降水時(shí)常出現(xiàn)極端，在柴達(dá)木盆地北部的德令哈這樣一個(gè)年平均降水量只有157．6 mm的地區(qū)也曾出現(xiàn)過1 d降水量84 mm，1 h降水量54 mm的氣象過程;蘭州紅古、西固兩區(qū)的年平均降水量為311．7mm，也發(fā)生過1 d降水量為96．8mm，1 h降水量51．9 mm，10 min降水18．6 mm的氣象記錄(見表2)。

表2 澀寧蘭長(zhǎng)輸管道沿線降雨量特征值統(tǒng)計(jì)表 mm

根據(jù)有關(guān)泥石流調(diào)查研究資料，研究區(qū)內(nèi)泥石流發(fā)生的臨界雨強(qiáng)為1 d降水量大于50 mm，1 h降水量大于15 mm，10 min降水量大于10 mm。實(shí)際上管道沿線突發(fā)性的降水量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一臨界值好幾倍，具備了泥石流形成的雨強(qiáng)條件。

另外，管道所經(jīng)過地區(qū)的地形相對(duì)高差較大，根據(jù)沿線各縣氣象站觀測(cè)資料，降水量均有隨海拔高程增大的趨勢(shì)，這樣在一次降水過程中泥石流溝道上游地區(qū)的降水量可能更大，于是上游就形成較大洪流量，具有強(qiáng)烈的侵蝕沖刷能力，沿途侵蝕搬運(yùn)松散土體，有利于管道地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育和形成。

5)人類工程活動(dòng)。人類不合理的工程活動(dòng)也是誘發(fā)管道地質(zhì)災(zāi)害的更重要因素。在研究區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:a．道路或其他工程建設(shè)過程中切削坡腳或放坡過陡，改變了斜坡體的形態(tài)及原有的應(yīng)力平衡，導(dǎo)致滑坡、崩塌和泥石流等管道地質(zhì)災(zāi)害;b．農(nóng)業(yè)灌溉水等各類水體滲入斜坡區(qū)，軟化了斜坡的巖土體，降低斜坡的穩(wěn)定性，形成滑坡、崩塌等。如2001年7月澀寧蘭輸氣管線施工時(shí)，曾引發(fā)蘭州吊嶺溝滑坡，將城市供氣管道擠彎，變形量達(dá)1．54 m。在較陡黃土斜坡地段的管線，由于上部農(nóng)田灌溉水沿斜坡管溝的滲流潛蝕，以及對(duì)斜坡土體的軟化作用，降低了斜坡的穩(wěn)定性，發(fā)生小型滑坡的可能性較大，如二線K0770+400的田家寨滑坡。

4 結(jié)語

1)全線發(fā)育有管道地質(zhì)災(zāi)害13種，災(zāi)害點(diǎn)1 386處，其中主要發(fā)育坡面水毀和河溝道水毀;其次是臺(tái)田地水毀和泥石流;其他崩塌、滑坡等災(zāi)害僅占少數(shù)。不同類型的地質(zhì)災(zāi)害有不同的形成條件、孕育過程、作用方式、致災(zāi)機(jī)理和危害特點(diǎn)，其對(duì)管道的危害方式、危害程度和后果不同，差異性較大，有的長(zhǎng)期緩慢作用于管道，屬累進(jìn)式破壞;有的則突然發(fā)生，猛烈破壞管道;同一種地質(zhì)災(zāi)害，因?yàn)?zāi)害體與管道的位置關(guān)系不同，其對(duì)管道的危害方式和危害程度也不盡相同。若單從發(fā)育數(shù)量和密度來說，全線受坡面水毀和河溝道水毀的影響最大;若從單個(gè)災(zāi)害的危害程度來說，滑坡、泥石流和崩塌對(duì)管線的影響較大。

2)全線管道地質(zhì)災(zāi)害的主要成因及形成條件是地形地貌、地層巖性、降水等條件，自西向東，形成的管道地質(zhì)災(zāi)害類型不同，其形成的原因也各不相同。其中水是管道地質(zhì)災(zāi)害形成的根本原因，與其密切相關(guān)的泥石流和各類水毀等管道災(zāi)害一般發(fā)生在每年的6月～9月，尤以7月，8月最為頻繁。

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