趙飛 張嘉欽 梁棟 尹以柔 連承軍

國家管網(wǎng)集團西南管道公司德宏輸油氣分公司

摘  要：地震斷裂帶地殼往往很不穩定，常見(jiàn)地面位移或地震高發(fā)，對天然氣管道工程造成極大威脅，為確保安全生產(chǎn)，需要有效手段監測位移變化。近年來(lái)，斷層形變監測技術(shù)正朝著(zhù)自動(dòng)化高精度方向發(fā)展，在中緬天然氣管道工程中采用GPS斷層形變監測方案，實(shí)現了對天然氣管道所處地震斷裂帶斷層形變的有效監測。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)；瞬態(tài)仿真；感應電壓；數據擬合；中緬天然氣管道

中緬天然氣管道是我國能源進(jìn)口的西南大通道，也是典型的山區管道。該工程沿線(xiàn)地震地質(zhì)背景復雜，由西往東主要涉及喜馬拉雅地震帶、滇西南地震帶、鮮水河滇東地震帶、右江地震帶和長(cháng)江中游地震帶[1-3]。由于地震斷裂帶的地殼很不穩定，常見(jiàn)地面相對位移或地震高發(fā)，給管道帶來(lái)了極大的安全隱患，需加強斷層形變監測，及時(shí)采取治理措施，以確保管道運行安全。采用GPS斷層形變監測技術(shù)，可以減輕外業(yè)工作量，提高檢測可靠性。

1 GPS監測技術(shù)

跨斷層形變監測對于尋找地震前兆分析孕震原理以及研究區域地球動(dòng)力學(xué)有著(zhù)積極的意義，隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，斷層形變監測設備也朝著(zhù)全自動(dòng)、高精度以及低成本方向發(fā)展。 GPS形變監測技術(shù)主要用于監測管道穿越斷層帶的位移，以便根據斷層水平位移量和垂直位移量判斷地震烈度 ,并基于預先給定的斷層位移閾值進(jìn)行危險性預警。

1.1　系統構成

GPS形變監測系統由GPS天線(xiàn)、觀(guān)測房以及天線(xiàn)饋線(xiàn)系統組成，如圖 1所示。

1.2　技術(shù)特點(diǎn)

GPS形變監測系統是具有全天候、高精度、自動(dòng)化、速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)的空間定位技術(shù)，作為一種先進(jìn)成熟的測量手段，已經(jīng)在工程測量領(lǐng)域得到廣泛應用[4-6]�；�于嵌入式計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )數字通信技術(shù)，使斷裂形變監測具有自動(dòng)化程度高、監測精度高、可全天候觀(guān)測，以及便于布設施工及成本低等特點(diǎn)。

2　斷層監測方案

在中緬天然氣管道工程斷層監測中，采用GPS相對定位測量獲取斷層兩旁GPS測點(diǎn)基線(xiàn)向量的變化，這是目前GPS測量精度最高的一種定位方法。而采用 三角形測量，在斷層兩側布設三個(gè)測點(diǎn)，可進(jìn)一步提高精度。

該管道工程中涉及到的3個(gè)GPS斷裂觀(guān)測站，其斷裂帶走向和管道走向正好分為三種類(lèi)型，故根據其具體的走向特點(diǎn)設計為2個(gè)測點(diǎn)或3個(gè)測點(diǎn)布置方案，以盡可能準確的監測斷層位移量。

2.1 監測站選址

2.1.1 小江斷裂GPS站

小江西支斷裂帶為南北走向，為了監測該斷裂帶斷裂兩側相對活動(dòng)量，將GPS觀(guān)測站設計為跨斷層監測，地址選在小碑當村南部，管道從西邊過(guò)來(lái)往北轉彎處。

該點(diǎn)的GPS形變觀(guān)測系統由2個(gè)測點(diǎn)組成，分別位于東西兩側跨斷層的山坡上相對穩定的位置。兩測點(diǎn)間距為303米，為便于操作，觀(guān)測房設在兩測點(diǎn)中間地勢較為平坦的位置， GPS接收機放置在觀(guān)測房，通過(guò)GPS天線(xiàn)饋線(xiàn)與布設在兩個(gè)測點(diǎn)的GPS天線(xiàn)連接（圖 2）。

2.1.2 鳳儀斷裂GPS站

鳳儀—定西嶺斷裂跨斷層附近的管道在此并不直接穿越斷裂，而是沿斷裂鋪設，需要同時(shí)監測斷裂帶橫向和縱向位移情況，故布設3個(gè)GPS測點(diǎn)形成三角，其中2個(gè)測點(diǎn)位于斷層兩側， 1個(gè)測點(diǎn)位于斷層和管道通過(guò)的山坡上。

通過(guò)三角形布點(diǎn)，可以同時(shí)監測該斷裂帶橫向和縱向的位移數據，在發(fā)生明顯位移或地震時(shí)，該系統可以全面提供三個(gè)測點(diǎn)所在的斷層的相對位移情況（圖 3）。

2.1.3 龍陵—瑞麗、鎮安斷裂GPS站

龍陵—瑞麗、鎮安斷裂跨斷層處，管道形狀為Z字形折彎，相對橫向位移，由于縱向管段較短影響不大，故主要針對橫向位移進(jìn)行監測。設置的形變GPS觀(guān)測系統由2個(gè)測點(diǎn)組成，兩測點(diǎn)間距375米。觀(guān)測房設在測點(diǎn)B， GPS接收機放置在觀(guān)測房，通過(guò)GPS天線(xiàn)饋線(xiàn)與測點(diǎn)A的GPS天線(xiàn)連接（圖 4）。

2.2 GPS斷裂形變觀(guān)測子系統

GPS斷裂形變觀(guān)測子系統由上述3個(gè)GPS形變觀(guān)測站組成， 每個(gè)觀(guān)測站又包括GPS觀(guān)測設備、太陽(yáng)能供電系統以及無(wú)線(xiàn)通訊系統。

2.2.1 GPS觀(guān)測設備

即GPS形變觀(guān)測系統的GPS天線(xiàn)、觀(guān)測房以及天線(xiàn)饋線(xiàn)�，F場(chǎng)實(shí)施中主要是在所確定的測點(diǎn)位置安裝GPS天線(xiàn)，并將信號引至觀(guān)測房的接收機內。

2.2.2 太陽(yáng)能直流供電系統

采用太陽(yáng)能直流供電，給GPS觀(guān)測設備以及無(wú)線(xiàn)路由器提供直流電源。 12 V太陽(yáng)能直流供電系統要達到最大連續陰雨10天供電需求，并考慮出現兩次最長(cháng)陰雨天間隔天數為15天等情況。

2.2.3 無(wú)線(xiàn)通訊系統

采用中國電信無(wú)線(xiàn)3G/CDMA1X網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據傳輸通信，數據直接進(jìn)入數據處理中心。觀(guān)測子系統與數據處理子系統通過(guò)3G/CDMA1X移動(dòng)通信與公網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò )連接，通過(guò)管道通信向成都應急指揮中心傳輸數據。

中緬天然氣管道工程GPS斷層形變監測子系統通過(guò)GPS觀(guān)測站獲取的觀(guān)測數據，將確定基線(xiàn)的運動(dòng)狀況、斷層兩旁相對位移的大小，從而在適當的時(shí)刻發(fā)出預警提示。

3　結論

GPS形變監測系統可對地震斷裂帶斷層的形變進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，監測結果通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊發(fā)送到監測中心，實(shí)時(shí)掌握斷層形變狀況，防止斷層位移對管道造成損壞。同時(shí)，在發(fā)生地震時(shí)，還可以通過(guò)該監測系統快速確認斷層位移情況，從而評估可能對管道造成的影響，快速判定風(fēng)險程度實(shí)施維修，以確保管道的安全運行。

參考文獻：

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作者簡(jiǎn)介：趙飛， 1987年生，工程師， 2013年碩士畢業(yè)于重慶大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，現主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式： 18108891737，940181348@qq.com。