趙宏濤1  王永振1  馬云賓2

1.長(cháng)慶油田第一輸油處；2.中國石油管道研究中心

2016年6月30日，中石化重慶分公司一條成品油管道被滑坡拉裂；2016年7月20日，川氣東送天然氣管道湖北恩施市崔家壩鎮管段因山體滑坡發(fā)生斷裂爆炸。這兩起管道安全事故都是由山體滑坡引起的。我國黃土地區土質(zhì)結構松散，大孔隙、垂直裂隙發(fā)育和易風(fēng)化等特征導致地形十分破碎，地質(zhì)環(huán)境脆弱，滑坡、泥石流災害頻繁發(fā)生，對通過(guò)管道的安全運行存在很大威脅。本文針對上述情況，提出了基于三維磁力檢測技術(shù)、應力應變實(shí)時(shí)監測技術(shù)及GPS定位技術(shù)的管道和黃土滑坡聯(lián)合監測方法,介紹了在長(cháng)慶油田某管道上的應用情況。

1 監測系統組成

聯(lián)合監測方法包括管道當前應力檢測、管道實(shí)時(shí)應力監測和黃土滑坡地表變形監測三個(gè)方面。根據聯(lián)合監測方法，開(kāi)發(fā)了監測系統，由管體應變監測傳感器、數據采集與傳輸單元、供電單元、數據處理中心等四部分組成，如圖1所示。管道當前應力檢測和黃土滑坡地表變形監測采用人工現場(chǎng)采集數據的方式，監測系統主要用于監測管道實(shí)時(shí)應力。用現場(chǎng)監測傳感器測量采集管體應變數據，采集頻率和采集時(shí)間由數據采集和傳輸單元控制，數據采集和傳輸單元接收到數據后，將數據保存并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程傳輸，數據處理中心接收到數據后進(jìn)行分析處理。數據采集和傳輸單元采用太陽(yáng)能+蓄電池供電方式。

圖1 滑坡監測系統組成示意圖

2 應用案例

長(cháng)慶油田某管道橫穿黃土滑坡，該黃土滑坡為淺表層土體滑坡，滑動(dòng)面為土體與基巖接觸面，滑體上部為粉質(zhì)粘土層，斜坡體下伏砂巖中夾雜泥巖層，抗剪強度差，遇水浸泡變軟，形成軟弱面，坡體所在的基巖發(fā)生整體滑動(dòng)。從外業(yè)調查分析，滑坡處在不穩定狀態(tài)，如遇持續強降雨，滑坡局部失穩或者整體失穩的可能性較大。

2.1 現場(chǎng)實(shí)施

2.1.1管道監測點(diǎn)設置

該滑坡處管道走向270°，滑坡滑動(dòng)方向160°，二者斜交。管線(xiàn)從滑坡體中部穿過(guò)，滑坡災害影響管道長(cháng)度約130m。根據現場(chǎng)勘查，分別在滑坡體內、滑坡與管道交叉的邊界選取6處監測截面，具體位置如圖2所示。

圖2 管道監測點(diǎn)示意圖

2.1.2管道當前應力檢測實(shí)施

根據檢測設備功能，對每個(gè)管道檢測截面沿環(huán)向均勻分配了三條檢測線(xiàn)路，分別是內側（靠近山體面）、上側（管道上側水平面）及外側（遠離山體面）。采用三維磁力檢測儀采集這三條檢測線(xiàn)路上軸向、環(huán)向及徑向的磁記憶信號，如圖3所示。

圖3  管道當前應力檢測示意圖

由操作人員手持探頭進(jìn)行檢測，檢測時(shí)保證探頭緊貼管壁，沿管道軸向勻速進(jìn)行測量。每個(gè)坑點(diǎn)的檢測線(xiàn)路長(cháng)一般為400～500mm。為保證采集數據的可靠性，采集的重復次數不低于3次。

2.1.3管道實(shí)時(shí)應力監測實(shí)施

管道實(shí)時(shí)應力監測采用振弦式應變傳感器，檢測前需要剝離管道的防腐層，采用冷焊的方式進(jìn)行安裝，安裝完成后的情況如圖4所示。

圖4 應變傳感器安裝示意圖

2.1.4黃土滑坡地表變形監測實(shí)施

根據上文提到的基準點(diǎn)和觀(guān)測點(diǎn)設置原則，將滑坡的基準點(diǎn)選擇在滑坡體外部穩定的區域。在滑坡主滑方向和滑坡斷面設置測點(diǎn)，主滑方向設置2個(gè)觀(guān)測點(diǎn)，滑坡斷面設置2個(gè)觀(guān)測點(diǎn)，共計4處觀(guān)測點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 滑坡地表變形監測點(diǎn)設置

確定基準點(diǎn)和監測點(diǎn)位置后，在監測點(diǎn)預制監測樁。為了保證測量精度，需要在監測樁預埋強制歸心盤(pán)。強制歸心盤(pán)的預埋需要分兩次進(jìn)行，第一次將強制歸心盤(pán)放置在混凝土樁上，粗調至水平，等待混凝土硬化。第二次微調強制歸心盤(pán)，保證盤(pán)面水平，然后進(jìn)行二次澆筑。制作完成后的監測樁如圖6所示。

圖6 制作完成后的監測樁

2.2 數據分析

2.2.1管道當前應力檢測數據分析

根據管道油流方向，將6個(gè)檢測截面按照順序標記，并將測點(diǎn)按照油流方向分為左側測點(diǎn)、頂部測點(diǎn)和右側測點(diǎn)，各點(diǎn)的應力值如表1所示。

由表1可以看出:

（1）6號測點(diǎn)的軸向應力最小，因其位于滑坡體外，屬于控制點(diǎn)，受滑坡影響較小。

（2）1號測點(diǎn)軸向應力最大，根據檢測截面設置該點(diǎn)位于滑坡體邊界，處于斜坡面的頂點(diǎn)，即管道受拉力最大的位置。該點(diǎn)的應力值已經(jīng)超過(guò)200Mpa，應該每天觀(guān)察應力變化情況，一旦應力有增大趨勢，即應采取應急措施。

2.2.2管道實(shí)時(shí)應力監測數據分析

將傳感器實(shí)時(shí)采集的數據進(jìn)行計算，得到6個(gè)監測點(diǎn)的管道實(shí)時(shí)應力變化情況，如圖7所示。

圖7管道實(shí)時(shí)應力監測數據圖

由圖7可以看出：

（1）1～6監測截面的應力最大值未發(fā)現有增大的趨勢，目前應力狀態(tài)穩定。

（2）1～6監測截面的數據趨勢十分相近，與溫度曲線(xiàn)對比，發(fā)現應力隨著(zhù)溫度的變化而反向變化，應力的變化主要是由溫度引起的。

2.2.3黃土滑坡地表變形監測數據分析

黃土滑坡地表變形監測分別于2016年7月31日至10月30日進(jìn)行了4次數據采集，其中7月31日的數據為初始值，將后期采集的GPS數據與初始數據做差，便可求出位移變化量，數據變化如表2所示。

根據表2可得到如下結論：

（1）滑坡滑動(dòng)方向為160°，也就是東南方向，根據測量數據，4個(gè)觀(guān)測點(diǎn)均向東南方向移動(dòng)，說(shuō)明滑坡發(fā)生了滑動(dòng)。

（2）根據測點(diǎn)的觀(guān)測數據，滑坡的滑動(dòng)量在2cm范圍內，滑坡處于低速變形狀態(tài)。

3  結論

在本文案例中通過(guò)采用聯(lián)合監測方法監測到黃土滑坡發(fā)生了滑動(dòng)，但是管道應力并未有增大趨勢，滑坡的滑動(dòng)未對管道產(chǎn)生影響，管道處于安全狀態(tài)。管道應力會(huì )隨著(zhù)管道介質(zhì)溫度的變化而呈相反變化。說(shuō)明該監測方法可有效監測黃土滑坡和滑坡體內管道的安全狀態(tài)，從而為管道安全監測提供有力技術(shù)支持。

作者：趙宏濤，男， 1971年生，高級工程師。 1993年本科畢業(yè)于西安石油大學(xué)工業(yè)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現任中石油長(cháng)慶油田第一輸油處管道技術(shù)研究所所長(cháng)，主要從事長(cháng)輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。

《管道保護》2017年第2期（總第33期）

作者：趙宏濤，男，1971年生，高級工程師。 1993年本科畢業(yè)于西安石油大學(xué)工業(yè)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現任中石油長(cháng)慶油田第一輸油處管道技術(shù)研究所所長(cháng)，主要從事長(cháng)輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。