管道監(jiān)測技術(shù)在管道隱患整治中的應用

張騫

摘要：漂管造成管段裸露和局部管道變形，嚴重威脅管道安全運行。本文以廣東省天然氣管網(wǎng)二期工程珠海LNG輸氣管道項目ZHDM018-ZHDM024段管線順魚塘敷設段為實例，該項目對1.4km高壓輸氣管道的沉降變形進行了連續(xù)跟蹤監(jiān)測，利用豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)深入研究了管道沉降規(guī)律和沉降影響因素，結(jié)合管道沉降理論計算和試驗模擬和管道材質(zhì)，提出了管道沉降的預警值，根據(jù)對管道沉降現(xiàn)狀和預測沉降趨勢分析，對管道沉降變形的安全性做了分析評估，指出了管道沉降危險性較大區(qū)段，并對管道沉降的防治措施提出了對策建議。

關(guān)鍵詞：管道沉降;地面沉降;沉降監(jiān)測;模擬

1工程概況

2020年7月，現(xiàn)場巡線發(fā)現(xiàn)：廣東省天然氣管網(wǎng)二期工程珠海LNG輸氣管道項目ZHDM018-ZHDM024段1403m管線順魚塘敷設段附近管線配重塊受損并浮出水面，受損配重塊長度約100米。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘排查并了解，ZHDM024段從2018年開始魚塘填土，導致原有淤泥層上方荷載增大，擠壓管道周邊淤泥，致使管道被頂起，ZHDM024段埋深不足，埋深不足長度約100m。

不良地質(zhì)現(xiàn)象對管道的影響可歸結(jié)為管道在相應條件下的受力狀態(tài)和抵抗破壞、變形和維持穩(wěn)定性的能力與原設計工況給定的相關(guān)條件發(fā)生了變化，這就容易造成管道整體位移、懸空，導致局部變形、應力集中，甚至屈曲或蠕變，嚴重時導致管道斷裂破壞，給運營管理造成巨大的安全隱患。此外，河流的改道、管道自身的腐蝕以及天然氣在管道中高速流動發(fā)生材料疲勞等都將引起穿越管道失效。因此，對運行管道的沉降監(jiān)測與維護十分重要。

2沉降監(jiān)測技術(shù)方案

監(jiān)測基準網(wǎng)，由基準點和工作基點構(gòu)成。監(jiān)測基準網(wǎng)定時進行復測，監(jiān)測期間為每月整體聯(lián)測一次，以后根據(jù)情況按月或季度進行復測檢核;當對變形監(jiān)測成果發(fā)生懷疑時，應隨時檢核監(jiān)測基準網(wǎng)。

根據(jù)設計圖及其施工現(xiàn)場特點，并考慮施工過程中管道支護結(jié)構(gòu)和周圍土體的相互作用，需對管道水平位移和管道沉降進行監(jiān)測。

2.1基準點的布設

基準點是變形監(jiān)測的基準，點位要具有更高的穩(wěn)定性;基準點應選在變形影響區(qū)域之外穩(wěn)固可靠的位置。當基準點距所測區(qū)域較遠致使變形測量作業(yè)不方便時，應設置工作基點。工作基點作為坐標和高程的傳遞點，在觀測期間要求穩(wěn)定不變，可選在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)比較穩(wěn)定且方便使用的地方?；鶞庶c和工作基點應便于檢核校驗。同時根據(jù)情況可在周邊選定適當?shù)姆轿欢ㄏ螯c。各級別位移觀測基準點（含方位定向點）不應少于3個點。

本次觀測基準點設立于管道治理施工區(qū)之外的穩(wěn)定區(qū)域（高速公路橋墩上），不受施工變形影響、穩(wěn)定且易于保存的位置，共布設3個基準點。

2.2監(jiān)測點布設

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，布設5個監(jiān)測點，水平位移監(jiān)測點布設在最頂?shù)墓艿?2點方向的頂部。水平位移監(jiān)測點與沉降觀測點共點，布設方法為：自下往上依次設置的固定環(huán)、連接桿和保護盒，所述的固定環(huán)由分別卡在地下管線上下兩側(cè)的上固定環(huán)和下固定環(huán)組成，上固定環(huán)和下固定環(huán)的兩個尾部分別通過旋緊螺母連接;所豎的連接桿豎直設置在上固定環(huán)的頂部，其一端與上固定環(huán)固定連接，另一端穿過保護盒底部設置的通孔插設在保護盒內(nèi)部，且連接桿與通孔同軸設置。在連接桿的頂端設置保護盒，可有效避免地面活動對測點造成破壞，打開保護蓋即可進行沉降監(jiān)測。

監(jiān)測點位布設應符合如下要求：

1）面上的觀測點應均勻布設;滑動量較大和滑動速度較快的部位，應適當增加布點;

2）周界外穩(wěn)定的部位和周界內(nèi)穩(wěn)定的部位，均應布設觀測點;

位移觀測的標志應根據(jù)管線的特點進行設計。標志應牢固、適用、美觀，并噴涂編號、設置明顯標記。由于受條件限制，根據(jù)現(xiàn)場實際情況在變形體上明顯的特征點作為監(jiān)測點。

2.3水平位移監(jiān)測

觀測時，首先進行局部工作基點相對位置測量檢核;同時，監(jiān)測期間每2～5天采用GPS測量方法，聯(lián)測基準點與本次使用的工作基點，檢核工作基點絕對位置情況。觀測時，還應充分利用周圍可利用的固定目標作定向檢核。

水平位移監(jiān)測基準網(wǎng)采用獨立坐標系統(tǒng)，布點時充分考慮網(wǎng)的精度、可靠性和靈敏度等指標。水平位移基準網(wǎng)觀測按《工程測量規(guī)范》變形觀測二等精度要求進行，監(jiān)測網(wǎng)觀測按《工程測量規(guī)范》 變形觀測三等精度要求進行。

2.4沉降位移監(jiān)測

由于環(huán)境復雜、監(jiān)測點間高差較大等原因，無法進行水準觀測，沉降監(jiān)測采用三角高程測量。監(jiān)測網(wǎng)按《建筑變形測量規(guī)范》變形觀測三等精度要求使用日本拓普康MS05AX（標稱精度為：測角0.5秒、測距0.5mm+1ppm）要求進行觀測。在后視點、前視點上設置棱鏡或者反光片，在其中間設置全站儀。觀測視線長度不宜大于300m，最長不宜超過500m，視視線垂直角不超過20°。

監(jiān)測過程中應采用同一觀測儀器進行觀測;在每次觀測前對所用的儀器按照相關(guān)規(guī)定進行校驗;初值觀測是各次監(jiān)測的起始值，可采兩次觀測以獲得更準確可靠的初始值。

3監(jiān)測結(jié)果與分析研究

2021年1月1日～2021年2月6日期間，利用沉降監(jiān)測技術(shù)，對ZHDM018-ZHDM024段5處管線位移和沉降進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖3、圖4所示。

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：

監(jiān)測點1：自2021.1.2-2021.2.6，共監(jiān)測36天，平面累計向右偏移41mm，高程累計上浮3mm;相較于管道建設期，平面向右偏移37.11cm，高程累計上浮54.70cm。

監(jiān)測點2：自2021.1.2-2021.2.6 ，共監(jiān)測36天，平面累計向右偏移32mm，高程累計上浮9mm;相較于管道建設期，平面向右偏移88.37cm，高程累計上浮179.70cm。

監(jiān)測點3：自2021.1.2-2021.2.6 ，共監(jiān)測36天，平面累計向右偏移39mm，高程累計上浮8mm;相較于管道建設期，平面向右偏移63.97cm，高程累計上浮46.20cm。

監(jiān)測點4：自2021.1.2-2021.2.6 ，共監(jiān)測36天，平面累計向右偏移12mm，高程累計上浮6mm;相較于管道建設期，平面向右偏移41.40cm，高程累計下沉4.00cm。

監(jiān)測點5：自2021.1.2-2021.2.6 ，共監(jiān)測30天，平面累計向左偏移13mm，高程累計下沉7mm;相較于管道建設期，平面向右偏移55.38cm，高程累計下沉17.20cm。

4結(jié)論與展望

從監(jiān)測數(shù)據(jù)反應，管道受西側(cè)推力仍較大，管道西側(cè)施工填土導致管道周邊淤泥受到擠壓，土體上抬，致使管道產(chǎn)生較大位移。根據(jù)管道所處地質(zhì)條件、位移監(jiān)測數(shù)據(jù)、應力分析結(jié)果，綜合分析認為管道當前處于安全狀態(tài)。為防止管道位移及應力進一步增大，建議應盡快采取以下防護措施。

（1）在浮力荷載、配重荷載及管道西側(cè)局部填方堆載組合作用下，敷設在淤泥質(zhì)土中的管道出現(xiàn)了豎向和水平位移，管道局部埋深不足。

（2）復核豎向位移異常點附近配重塊公布情況。

（3）針對位移異常點及彎頭處進一步開展分段應力分析。

（4）加大與地方協(xié)調(diào)力度，對管道西側(cè)填方進行適當減載。

（5）對埋深不足管段進行沉管、回填與防護方案的優(yōu)化比選。

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