管道地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)發(fā)展與展望

?

管道地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)發(fā)展與展望

管道運營過程中，如何有效地降低管道面臨的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險是管道運營管理中的一項重要工作，在管道全生命周期內(nèi)通過周期性地開展風(fēng)險識別、評價和控制工作，不斷降低管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險直至可接受水平。

在國內(nèi)，中石油是開展管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理研究和實踐最早且成果最為豐碩的企業(yè)。目前已形成了管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理系列技術(shù)（圖7），且形成了國內(nèi)行業(yè)標準（SY/T 6828）并通過ISO標準立項（ISO 20074），逐步占據(jù)國際管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理的技術(shù)前沿。

圖7 中石油管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理系列技術(shù)

（1）風(fēng)險識別

災(zāi)害的常規(guī)識別主要通過兩種形式實現(xiàn)，一種是管道日常巡檢，另一種則是專業(yè)機構(gòu)定期調(diào)查。巡檢人員多為當(dāng)?shù)匕傩?，僅能發(fā)現(xiàn)較為明顯的地表異常變化，基本沒有判斷及效識別災(zāi)害的能力，一般上報后由公司業(yè)務(wù)人員或公司委托外部專業(yè)人員進入現(xiàn)場進行辨識，一旦遇到惡劣氣候或復(fù)雜地形，上述工作都無法正常開展，及時和有效性均得不到保障。專業(yè)機構(gòu)定期調(diào)查在中石油各在役長輸管道均已不同程度開展（尤其是忠武管道、蘭鄭長管道、西氣東輸?shù)葹?zāi)害易發(fā)區(qū)管道）。借助地質(zhì)院校和地勘公司的技術(shù)支持，災(zāi)害識別的有效性基本能夠得到保障，但無法滿足及時性要求，尤其對于突發(fā)災(zāi)害。

非人力的區(qū)域監(jiān)測和區(qū)域識別技術(shù)可以在一定程度上解決常規(guī)災(zāi)害識別工作無法同時滿足及時性和有效性的問題，航空航天遙感監(jiān)測和土體移動區(qū)域監(jiān)測技術(shù)是個不錯的選擇。國外，航空航天遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于長輸油氣管道的災(zāi)害識別工作中，其中衛(wèi)星INSAR和無人機影像（三維立體成像技術(shù)）最為成熟。在國內(nèi)，衛(wèi)星INSAR圖像的獲取和解析已無障礙，漠大管道已使用無人機開展管道線路巡檢工作，因此具備開展復(fù)雜地形長輸管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及識別相關(guān)研究工作的需求和條件。

土體移動區(qū)域監(jiān)測技術(shù)主要依賴管道伴行光纜，通過辨識光纜的應(yīng)力變化而獲知管道周圍土體的移動情況，無需人員進入現(xiàn)場即可感知異常的土體移動，起到地質(zhì)災(zāi)害初識別和預(yù)警的功能。

（2）風(fēng)險評價

評價水平分為定性、半定量和定量。定性和半定量評價技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用于管道地質(zhì)災(zāi)害，這在石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6828中得到了充分的體現(xiàn)，中石油企業(yè)標準Q/SY1265、Q/SY GD0209和Q/SY GD1086還有更加細致化的應(yīng)用操作。無論是定性的評價方法還是半定量的評價方法，給出的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險結(jié)論都是高、中、低評級，無法明確管道的安全狀態(tài)（安全裕量、破壞概率、屈曲預(yù)測等），達到定量化的水平。

雖然針對滑坡、崩塌等災(zāi)害，其穩(wěn)定性的量化計算方法已經(jīng)非常成熟，但是在半定量到定量評價的過程中，還需要非常多的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問題需要解決，例如管土相互作用模型、土體變形荷載作用下的管道非線性量化評價理論、相似物理模型試驗、管道破壞概率及屈曲預(yù)測等等。以管土相互作用模型為例，還不能同時滿足有效性、通用性和簡易性要求，相當(dāng)多的管土相互作用數(shù)值模擬成果中，多是針對土的本構(gòu)模型和管的本構(gòu)模型分別進行改進和優(yōu)化，然后通過模擬軟件進行分析，無法反應(yīng)真實管土相互作用機理。

風(fēng)險量化水平較低也是造成管道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警不準確的主要原因。目前國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)中，還主要局限于單閾值或多閾值組合報警，融合各種因素（歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、邊界條件數(shù)據(jù)、管道數(shù)據(jù)）的綜合預(yù)警方法還有待攻關(guān)。另外，預(yù)警工作中，缺乏統(tǒng)一的地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測實施標準，大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)得不到有效利用，預(yù)警響應(yīng)和信息展示不足，制約了風(fēng)險量化水平的提高。

（3）風(fēng)險控制

同定性、半定量的風(fēng)險評價應(yīng)用類似，國內(nèi)石油企業(yè)的風(fēng)險控制工作在行標、企業(yè)標準和管理體系文件中都得到了明顯的體現(xiàn)。風(fēng)險控制管理技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、效果顯著。但仍然存在著一些問題：①缺乏新型防治措施，應(yīng)借鑒國外新型柔性結(jié)構(gòu)、管溝回填材料的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗；②防治思想需要轉(zhuǎn)變，由消除防治向保護管道轉(zhuǎn)變；③提高災(zāi)害控制施工過程質(zhì)量監(jiān)管水平；④開展防治工程后評價，評估風(fēng)險減緩能力，為工程優(yōu)化和投資優(yōu)化提供參考；⑤建設(shè)期地災(zāi)危險性評估不足、工程質(zhì)量欠缺遺留問題是運營期地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的誘因。

針對目前管道地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)現(xiàn)狀和瓶頸問題，建議在技術(shù)和管理兩個層面上進行改進和完善。技術(shù)層面上：在管土相互作用、管體破壞概率及屈曲預(yù)測、相似物理模型試驗等方面切實提高管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險量化水平；開展數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)警技術(shù)優(yōu)化及應(yīng)急評價；應(yīng)用航空航天遙感監(jiān)測和土體移動區(qū)域監(jiān)測技術(shù)；研發(fā)新型柔性結(jié)構(gòu)、管溝回填材料。管理層面上：轉(zhuǎn)變防治思想；加強施工過程質(zhì)量監(jiān)管；切實解決建設(shè)期遺留問題；推進管道全線的風(fēng)險管理程序，即周期性開展地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、評價與規(guī)劃工作，使之常態(tài)化、制度化；建設(shè)監(jiān)測預(yù)警平臺（集成于PIS系統(tǒng)或氣象與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺）；對監(jiān)測技術(shù)和實施過程進行規(guī)范，實現(xiàn)各輸油氣分公司監(jiān)測單元的標準化建設(shè)和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享、分析、展示和預(yù)警響應(yīng)；推動防治工程后評價工作。

李亮亮 管道科技研究中心自動化所