地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣管道的危害及風(fēng)險(xiǎn)消減措施

劉曉娟，袁莉，劉鑫

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地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣管道的危害及風(fēng)險(xiǎn)消減措施

劉曉娟，袁莉，劉鑫

（四川省地礦局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，四川 眉山 620010）

西部地區(qū)油氣管道沿線一般穿越隴西黃土高原區(qū)、秦巴山區(qū)和四川盆地，地貌類(lèi)型表現(xiàn)為山地、丘陵、平原及河川谷地，地形地貌極其復(fù)雜，不同的地形地貌及地質(zhì)單元發(fā)育不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害。該文首先介紹了油氣管道沿線發(fā)育的主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，以及各種不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣管道的危害方式，然后提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)消減措施建議。

油氣管道；地質(zhì)災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)；措施

我國(guó)西部地區(qū)油氣管道沿線一般穿越隴西黃土高原區(qū)、秦巴山區(qū)和四川盆地，地貌類(lèi)型表現(xiàn)為山地、丘陵、平原及河川谷地，地形地貌極其復(fù)雜，不同的地形地貌及地質(zhì)單元發(fā)育不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害。

管道在甘肅境內(nèi)經(jīng)過(guò)黃土高原區(qū)，沿線發(fā)育有黃土滑坡、黃土不穩(wěn)定斜坡、黃土水毀以及地面塌陷（黃土塌陷）等災(zāi)害；在秦巴山區(qū)發(fā)育有滑坡、崩塌、水毀以及潛在不穩(wěn)定斜坡等災(zāi)害；在四川盆地發(fā)育滑坡、崩塌、水毀以及潛在不穩(wěn)定斜坡等災(zāi)害，在管道沿線穿越?jīng)_溝、河流時(shí)廣泛分布河流下切、河岸沖刷以及河溝道水毀等不良地質(zhì)作用。

管道沿線地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)多，發(fā)生頻率高，危害大，災(zāi)情嚴(yán)重?；咎卣髦饕w現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害的多樣性，分布的不均勻性和多發(fā)性等方面。特別受近年來(lái)暴雨極端氣候條件的影響，加之管溝開(kāi)挖對(duì)原有的地形地貌改變較大，打破了原有的穩(wěn)定機(jī)制，誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，給管道安全帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

1 地質(zhì)災(zāi)害對(duì)管道的危害特征

管道沿線發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要為滑坡、崩塌、潛在不穩(wěn)定斜坡、水毀等。由于輸油管道具有埋深淺、薄殼、內(nèi)含高壓易燃易爆介質(zhì)的性質(zhì)，決定了沿線地質(zhì)災(zāi)害對(duì)管道的危害有其特殊性，較小的地質(zhì)災(zāi)害，也可能造成對(duì)管道的重大災(zāi)害。

1.1 滑坡（不穩(wěn)定斜坡）對(duì)管道的破壞方式

管道通過(guò)滑坡區(qū)常見(jiàn)有6種方式，根據(jù)不同的通過(guò)方式，滑坡對(duì)管道的危害主要表現(xiàn)為對(duì)管道的壓覆、擠壓和拉裂破壞。

1.1.1 管道垂直于滑坡主滑方向

1）管道敷設(shè)在滑坡體上（圖1、圖2），要承受滑坡下滑力的作用，若該力大于管道的抗剪強(qiáng)度，則管道將被剪斷。

圖1 管道垂直滑坡主滑方向敷設(shè)在滑體上

圖2 典型剖面示意圖

2）管道敷設(shè)于滑坡前緣滑動(dòng)面剪出口下方（圖3、圖4），下滑的滑體堆于管道上部，滑體壓覆管道，同時(shí)改變管道所在位置的地形地貌，形成新的潛在不穩(wěn)定斜坡。降雨、地震等影響滑體移動(dòng)，則可能剪斷管道。

圖3 管道垂直主滑方向敷設(shè)在滑坡體剪出口下方

圖4 典型剖面示意圖

3）管道敷設(shè)在滑坡前緣滑動(dòng)面剪出口上方，若滑坡下滑力大于管道的抗剪斷強(qiáng)度，則滑坡體內(nèi)的管道將被剪斷。

4）管道敷設(shè)在滑坡外的影響區(qū)范圍內(nèi)（圖5、圖6），管道不直接受滑坡下滑作用而破壞。但滑坡一旦滑動(dòng)后，滑坡后壁成為新的臨空面，滑坡后部將形成新的潛在不穩(wěn)定斜坡，在一些外在因素作用下若發(fā)展成為滑坡，當(dāng)其滑動(dòng)后，將有可能剪斷管道。

圖5 管道垂直主滑方向敷設(shè)在滑坡體后部

圖6 典型剖面示意圖

1.1.2 管道平行或斜交滑坡主滑方向

5）管道平行滑坡主滑方向（圖7），向下滑動(dòng)的滑體與靜止不動(dòng)管道間產(chǎn)生剪切作用，會(huì)產(chǎn)生兩種潛在危害：①管道的抗拉強(qiáng)度很大，大于滑體的下滑力，滑體的向下滑動(dòng)會(huì)損傷管道保護(hù)層；②管道（特別是管道焊口）的抗拉強(qiáng)度小于滑體的下滑力，有可能將管道向下拉伸變形直到拉斷。

6）管道斜交滑坡主滑方向，管道將受到滑坡上述1、4兩種方式綜合作用，若滑坡發(fā)生滑動(dòng)，管道可能破裂（圖8）。

圖7 管道平行或斜交滑坡主滑方向通過(guò)滑坡區(qū)

圖8 典型剖面示意圖

1.2 危巖崩塌破壞

崩塌對(duì)管道的危害主要表現(xiàn)為對(duì)管道的壓覆、擠壓破壞和沖擊破壞。

1）沖砸管道：管道敷設(shè)在陡崖腳下，危巖發(fā)生崩塌后，危巖體墜落直接沖砸管道，當(dāng)沖擊能量大于管道抗壓強(qiáng)度時(shí)，管道將會(huì)破裂（圖9、圖10）。如管道通過(guò)康縣銅錢(qián)壩地埡崩塌區(qū)時(shí)采取陡崖下敷設(shè)，2005年7月大雨，此段誘發(fā)大型崩塌，方量約為100m3，其中部分落石重達(dá)2～4t，砸在管道頂?shù)幕靥钔辽希捎谔钔凛^薄，致使管道砸傷變形2.8cm。

圖9 管道敷設(shè)在可能發(fā)生的陡崖下

圖10 典型剖面示意圖

2）壓覆管道：管道敷設(shè)在陡崖腳下崩塌堆積體下方，危巖發(fā)生崩塌后，危巖體墜落直接沖砸管道，若沖擊能量小于管道抗壓強(qiáng)度，或危巖體滾落至管道上方，管道可能被壓覆甚至變形，同時(shí)可能中斷伴行路（圖11、圖12）。

圖11 管道敷設(shè)在可能發(fā)生崩塌的陡崖下

圖12 典型剖面示意圖

1.3 水毀對(duì)管道的危害

水毀類(lèi)型按地形條件主要分為坡面水毀和河溝道水毀。坡面水毀主要發(fā)育在第四系沖洪積物、粘土巖組、砂土巖組和松散巖組中，河溝道水毀主要發(fā)育在黃土和砂泥巖巖組中。

1）坡面水毀。主要分布在坡度大于15o的斜坡部位，水毀方式主要以沖毀伴行路、管溝擋土墻、沖刷管溝回填土，使管道露管、架空、中斷伴行路（圖13）。

2）河溝道水毀。主要分布在管道沿途穿越的河流溝谷地帶（圖14），水毀的方式主要包括河溝床的水流沖刷下切，以及河溝岸坡凹岸部位的側(cè)向沖刷。對(duì)管道的危害主要表現(xiàn)在水流沖刷下切使管道露管、漂管，側(cè)向沖刷使管道露管、架空。

圖13 坡面水毀典型照片

圖14 河溝道水毀典型照片

2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)消減措施

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)消減措施在國(guó)內(nèi)外已有許多成功經(jīng)驗(yàn)，新的技術(shù)應(yīng)用提高了風(fēng)險(xiǎn)消減措施效果，降低了成本。常用措施主要有巡檢、監(jiān)測(cè)措施和工程治理措施。

2.1 巡檢、監(jiān)測(cè)措施

1）巡檢，地質(zhì)災(zāi)害的巡檢針對(duì)滑坡主要查看地表變形情況，是否出現(xiàn)垮塌、松弛、裂縫、沉陷等現(xiàn)象，其中裂縫應(yīng)重點(diǎn)查看裂縫性質(zhì)、縫寬變化等；對(duì)危巖主要注意坡腳是否有新的崩塌巖塊出現(xiàn)；尤其注意對(duì)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)段應(yīng)進(jìn)行定期巡檢，地質(zhì)災(zāi)害的巡檢可與日常巡檢相結(jié)合。

2）專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)，地質(zhì)災(zāi)害的專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括災(zāi)害體的變形監(jiān)測(cè)、管道變形監(jiān)測(cè)和災(zāi)害體對(duì)管道的作用力監(jiān)測(cè)。滑坡、崩塌的變形監(jiān)測(cè)分為地表變形監(jiān)測(cè)和地下變形監(jiān)測(cè)。管道變形監(jiān)測(cè)包括管道位移監(jiān)測(cè)和管體應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)；管體位移監(jiān)測(cè)包括角位移監(jiān)測(cè)和彎曲撓度監(jiān)測(cè)；管體應(yīng)力監(jiān)測(cè)分為管體應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量和應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽勘O(jiān)測(cè)，管體應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)管體軸向應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)橹鳌?/p>

2.2 工程治理措施

針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，只采用巡檢、監(jiān)測(cè)等手段是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，尚需進(jìn)行工程治理；對(duì)不同類(lèi)型的管道地質(zhì)災(zāi)害，工程治理的方式不同，對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害常用的治理措施有排水工程、抗滑支擋工程（圖15）、格構(gòu)錨固工程、削方減載壓腳工程等；對(duì)危巖崩塌地質(zhì)災(zāi)害常用的工程治理措施有清除、支撐、錨固（圖16）、封填（圖16）等；對(duì)水毀地質(zhì)災(zāi)害常用的工程治理措施有草袋擋土墻、草袋漿砌石護(hù)坡（圖17）、截水墻（圖18）、漿砌石擋土墻；過(guò)水面、地下防沖墻等。

圖15 抗滑樁剖面示意圖

圖16 錨固+封填剖面示意圖

圖17 草袋護(hù)坡示意圖

圖18 漿砌石截水墻示意圖

3 結(jié)論

我國(guó)西部地區(qū)油氣管道沿線地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型多，分布廣，給管道運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)了安全隱患。本文通過(guò)一些工程實(shí)例論述了西部地區(qū)油氣管道沿線地質(zhì)災(zāi)害的主要類(lèi)型、分布特征及對(duì)油氣管道的危害，并有針對(duì)性的提出了風(fēng)險(xiǎn)消減措施建議，可供相關(guān)人員參考借鑒。

[1] SY/T 6828-2011，油氣管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)規(guī)范[s].

[2]GB 50568-2010，油氣田及管道巖土工程勘察規(guī)范[s].

[3]“西氣東輸”一線管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系[J]. 么惠全,馮偉,張照旭,魏東.天然氣工業(yè).2012（01）.

[4]長(zhǎng)距離天然氣管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J]. 馬劍林,陳利瓊,韓軍偉.管道技術(shù)與設(shè)備.2011（01）.

[5]地質(zhì)災(zāi)害作用下管道的破壞行為與防護(hù)對(duì)策[J].帥健,王曉霖,左尚志.焊管.2008（05）.

[6]長(zhǎng)輸天然氣管道坡面水毀風(fēng)險(xiǎn)敏感因素辨識(shí)[J].郭磊,劉英男,項(xiàng)衛(wèi)東,單魯維,張?chǎng)? 油氣儲(chǔ)運(yùn).2015（05）.

[7]西氣東輸管道坡面水毀風(fēng)險(xiǎn)變權(quán)綜合評(píng)價(jià)[J].郭磊,劉凱,姚安林,蔣宏業(yè),史爽.油氣田地面工程.2011（11）.

[8]地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的理論與方法[J].馬寅生,張業(yè)成,張春山,王金山.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào).2004（01）.

[9]地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（價(jià)）研究綜述[J].盧全中,彭建兵,趙法鎖.災(zāi)害學(xué). 2003（04）.

Advances in the study of Harm of Geohazards To Oil And Gas Pipelines and Risk Mitigation Measures

LIU Xiao-juan YUAN Li LIU Xin

（No. 915 Hydrogeological and Engineering Geological Team, BGEEMRSP, Meishan, Sichuan 620010）

Oil and gas pipelines in west China generally pass through the Loess Plateau area, Qinling-Dabashan Mountains and Sichuan basin, geomorphologies where are mountain, hilly, plain and river valley characterized by different geohazards. The main geohazards along the oil and gas pipelines and harm of various geological hazards to the oil and gas pipeline are discussed, then corresponding risk reduction measures and suggestions are put forward.

oil and gas pipeline; geohazard; landslide; collapse; risk reduction measure

2017-11-08

劉曉娟（1985-），女，四川南部縣人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作

P642.2

A

1006-0995（2018）03-0488-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.03.031