閆生棟  沈飛軍

中國石油西氣東輸管道公司

西氣東輸武漢管理處所轄忠武管道橫穿渝東鄂西山區，地質(zhì)條件復雜，極易發(fā)生地質(zhì)災害，且遭受地質(zhì)災害具有一定的代表性，對管道安全運行造成嚴重威脅。

通過(guò)對忠武管道地質(zhì)災害主要集中的忠縣至宜昌段受到滑坡、危巖崩塌、洪水、泥石流等地質(zhì)災害威脅分析，介紹管道完整性管理在應對地質(zhì)災害中的方法和過(guò)程。

1 管道地質(zhì)災害風(fēng)險

1.1管道所處環(huán)境情況

忠武管道干線(xiàn)起于重慶市忠縣，終于湖北省武漢市，全長(cháng)718 km，管徑711 mm，設計壓力7.0～6.3 MPa，于2004年11月竣工投產(chǎn)。管道忠縣至宜昌段全長(cháng)398 km，橫跨渝東鄂西武陵山區。該區域地表切割深，溝壑縱橫，山體破碎，地貌以碳酸鹽組成的高原山地為主，兼有碳酸鹽組成的低山峽谷與溶蝕盆地，復雜的地形地貌導致地質(zhì)災害頻發(fā)。同時(shí)，沿線(xiàn)山區雨量充沛，年平均降雨量約1500 mm，遠遠高于全國年平均降雨量630 mm，也是引起地質(zhì)災害的重要因素之一。此外，近年來(lái)沿線(xiàn)大型工程眾多，如川氣東送、宜萬(wàn)鐵路、滬蓉西高速公路等，受地形限制，與忠武管道走向基本相同。施工造成此區域巖層中的孔隙水壓力和動(dòng)水壓力發(fā)生較大波動(dòng)，原本的力學(xué)平衡關(guān)系被打破，巖層結構容易遭到破壞，加劇了誘發(fā)地質(zhì)災害的可能性。

1.2 地質(zhì)災害風(fēng)險特征

管道沿線(xiàn)堅硬巖石工程地質(zhì)亞組分布相對有限，恩施市羅針田、巴東縣大支坪、野三關(guān)石梯子、長(cháng)陽(yáng)縣榔坪八字嶺等局部出露。巖性堅硬，力學(xué)強度高，抗風(fēng)化能力強，節理裂隙不易發(fā)育，通常不容易形成地質(zhì)災害。

管道沿線(xiàn)分布較多的是較堅硬―軟質(zhì)巖石工程地質(zhì)亞組，主要集中在忠縣―齊岳山、汪營(yíng)―團堡、熊家巖、榔坪―賀家坪、高家堰―焉坨。巖石強度軟硬不一，力學(xué)強度差異較大，軟質(zhì)巖石易風(fēng)化侵蝕和泥化。由于該類(lèi)巖體軟硬相間組合，不均一性、不連續性顯著(zhù)，在渝東鄂西山區易形成地質(zhì)災害。

1.3 地質(zhì)災害情況分析

忠武管道沿線(xiàn)地質(zhì)災害以滑坡、崩塌、洪水沖刷等最為典型。忠武管道投產(chǎn)至今，先后對忠縣至宜昌山區段開(kāi)展了多次地質(zhì)災害專(zhuān)項調查，發(fā)現各種地質(zhì)災害400余處，其中崩塌(危巖)152處、滑坡165處、泥石流61處以及洪水沖刷等10余處。

2 管道完整性管理技術(shù)應用

2.1 典型滑坡地質(zhì)災害風(fēng)險分析與預防措施

2017年10月5日，忠武管道018 km+299 m處應力監測數據顯示異常，超出允許值60%，發(fā)出黃色預警。通過(guò)基于GIS的管道完整性管理系統分析，此處管道橫穿302省道后縱坡穿越滑坡體，潛在影響半徑區域有11戶(hù)居民，滑坡體位于兩沖溝之間。通過(guò)現場(chǎng)勘查與分析，認為受持續強降雨影響，導致管道穿越斜坡地下水流量增大，滑體內黏土夾碎石飽水較為嚴重，特別是302省道排水渠由于塌方阻塞，導致該段道路上方雨水直接流入滑坡體，致使土體長(cháng)期處于飽水狀態(tài)，力學(xué)強度降低，土體滑動(dòng)。該滑坡體由坡積物與崩坡積物組成，為土質(zhì)滑坡。該滑坡前緣為302省道，裂縫處伴有“冒煙”現象，為典型的正在滑動(dòng)跡象�；�坡體平面呈不規則弧形，滑動(dòng)方向約180°，東側以302省道為界，西側位于坡腳，地形總體上緩下陡，坡度約35°�；�坡南北長(cháng)約70 m，東西寬約80 m，面積約0.5×104 m2，厚度2.0～5.0 m，體積約為1.9×10 4m3 。管道埋深0.8～2m。

穩定性計算結果顯示，滑坡體自重+地表荷載+50年一遇暴雨條件下穩定性系數為1.003～1.079，處于欠穩定―基本穩定狀態(tài)。為確保管道安全，應急搶險采取底部壓腳，頂部填縫及排水措施，保證了管道臨時(shí)安全。經(jīng)過(guò)論證，永久治理措施將滑坡整體安全系數提高至1.15，采取滑坡體頂部和中部設截排水渠、中下部打11根抗滑樁、底部修擋墻的工程治理措施，可將安全系數提高至預定值。

2.2 典型危巖崩塌地質(zhì)災害風(fēng)險分析及預防措施

張家溝危巖（群）位于石柱縣張家溝斜坡處，危巖發(fā)育在侏羅系中統上沙溪廟組長(cháng)石石英砂巖地層中，管道穿越長(cháng)度約1.5km。該斜坡坡度40°～75°，局部危巖近乎垂直。根據危巖分布高程，劃分為三級，第一級1 380～1 400 m，臨空高度20 m，分布危巖體10個(gè)；第二級1340～1 350m，臨空高度70 m，分布危巖體22個(gè)；第三級坡腳部位高程1290～1300 m，臨空高度20～30 m，分布危巖體19個(gè)，共計51個(gè)危巖體，單體體積在10～6 500 m3不等。通過(guò)中國石油管道完整性管理系統，繪制危巖體分布圖，供工程治理使用。

（1）主動(dòng)防護

即直接治理危巖體43個(gè)。如對危巖進(jìn)行支護或清理，也可兩者結合。對體積小、破碎成塊體的危巖直接清除；對體積大的，采取支護措施；對體積大、危巖體破碎成塊體的可先清除再支護。具體措施有：①有巖腔的危巖，且體積不大，直接設置支撐柱，抵制危巖崩塌，治理危巖體6個(gè)。②危巖基腳風(fēng)化嚴重，采用鋼筋混凝土或漿砌石結構護腳，阻止繼續風(fēng)化，治理9個(gè)。③危巖體積小于500 m3，直接清方治理10個(gè)。④危巖在500～1000 m3，比較容易破碎，采用局部清方加樁板支護治理8個(gè)。⑤危巖完整，體積中等，采用錨桿治理 6個(gè)。⑥危巖完整，體積較大（超過(guò)1000 m3），采用預應力錨索錨固治理 4個(gè)。

（2）被動(dòng)防護

即直接保護管道，在管道上方設置鋼筋混凝土硬覆蓋或設置攔石網(wǎng)、落石槽，治理危巖體3個(gè)。

（3）監測

對于難以采用主動(dòng)和被動(dòng)防護的危巖，采用地表裂縫監測措施，及時(shí)了解危巖情況，采取應急措施5個(gè)。

2.3 典型洪水災害風(fēng)險分析及預防措施

榔坪河一帶地貌整體屬侵蝕―溶蝕中低山溝谷地貌，為東西向“V”型溝，南北兩側山高程達1700～2000m，坡度35°以上，而榔坪河谷高程僅500～700 m，且匯水面積大。榔坪河為典型的山區季節性河流，旱季水位低，基本干涸，但雨季受山區小氣候影響易暴發(fā)山洪，水量大，流速急，水流中夾雜大量石塊、礫砂等推移質(zhì)，沖刷、破壞能力極強。忠武管道沿榔坪河鋪設長(cháng)約15km，管道在河內采用大開(kāi)挖方式鋪設，管道與河道的關(guān)系分為并行、順河、斜穿和橫穿，管道埋深1.5m左右，其中穿越主河道內管道埋深0.4～1.5 m。2010年7月8日，洪水造成管道漂管近150 m。為保證人員安全和搶險工作順利進(jìn)行，基于GIS管道完整性管理系統，采取了以下措施：①分析管道受影響長(cháng)度、洪水流量等數據供搶險現場(chǎng)使用。②合理布置現場(chǎng)搶險物資分布圖。③查看搶險進(jìn)場(chǎng)道路。④結合管道穿越段埋深信息、河流沖刷等實(shí)際情況，分析管線(xiàn)斷裂可能性，做好應急措施。⑤分析管道一旦發(fā)生斷裂，潛在影響半徑內人員傷亡及財產(chǎn)損失，測算管道距離公路、鐵路等的距離�；�于管道完整性管理系統分析，為決策提供了數據支持，圓滿(mǎn)完成了此處漂管搶險工作。

通過(guò)現場(chǎng)勘查和專(zhuān)家論證，對榔坪河洪水災害提出三種治理方案：①管道改遷。但線(xiàn)路路由選擇困難，大量隧道需要通過(guò)山體，工程費用投入很大。②水工工程治理。榔坪河受地形條件限制，直接采取工程治理措施，會(huì )受極端天氣影響，沖毀水工工程，危及管道安全。③沉管+工程治理。對位于沖刷線(xiàn)以上90 m管道進(jìn)行沉降，然后采取工程治理措施。榔坪河此段最大沖刷深度為1.93 m。通過(guò)計算，沉降位于沖刷線(xiàn)以上90 m管道，需過(guò)渡段（兩側）長(cháng)度為300 m，兩側過(guò)渡段長(cháng)度均取150 m，可實(shí)現對沖刷線(xiàn)之上90 m管道沉降至沖刷線(xiàn)以下0.5 m，最大沉降量為2.5 m。沉管過(guò)程中輔以應力監測措施進(jìn)行力學(xué)監測。沉管后，對該處管道進(jìn)行硬覆蓋、攔砂壩、箱涵等工程治理措施。這一治理措施安全系數高、投入資金少，為處理洪水沖刷的首選方案。

3 結論

（1）輸氣管道地質(zhì)災害預防和治理中應用管道完整性管理技術(shù)可以大大提高管道系統安全。

（2）基于GIS的完整性管理系統集合的各類(lèi)管道基礎數據信息是應對地質(zhì)災害、風(fēng)險評價(jià)、決策支持的基礎。

（3）管道應力監測和地表裂縫監測，是預防地質(zhì)災害損傷管道的有效手段。

作者：閆生棟，男，1983年11月生，工程師，2006年獲中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工學(xué)學(xué)士學(xué)位,現為中國石油西氣東輸武漢管理處管道科長(cháng)，主要從事管道管理工作。

《管道保護》2018年第2期（總第39期）