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(qū)，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)災害中的方法和過程。

1 管道地質(zhì)災害風險

1.1管道所處環(huán)境情況

忠武管道干線起于重慶市忠縣，終于湖北省武漢市，全長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398 km，橫跨渝東鄂西武陵山區(qū)。該區(qū)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，沿線山區(qū)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，近年來沿線大型工程眾多，如川氣東送、宜萬鐵路、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(qū)域巖層中的孔隙水壓力和動水壓力發(fā)生較大波動，原本的力學平衡關系被打破，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)災害風險特征

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

管道沿線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―團堡、熊家?guī)r、榔坪―賀家坪、高家堰―焉坨。巖石強度軟硬不一，力學強度差異較大，軟質(zhì)巖石易風化侵蝕和泥化。由于該類巖體軟硬相間組合，不均一性、不連續(xù)性顯著，在渝東鄂西山區(qū)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(qū)段開展了多次地質(zhì)災害專項調(diào)查，發(fā)現(xiàn)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應用

2.1 典型滑坡地質(zhì)災害風險分析與預防措施

2017年10月5日，忠武管道018 km+299 m處應力監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示異常，超出允許值60%，發(fā)出黃色預警。通過基于GIS的管道完整性管理系統(tǒng)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(qū)域有11戶居民，滑坡體位于兩沖溝之間。通過現(xiàn)場勘查與分析，認為受持續(xù)強降雨影響，導致管道穿越斜坡地下水流量增大，滑體內(nèi)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，致使土體長期處于飽水狀態(tài)，力學強度降低，土體滑動。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(xiàn)象，為典型的正在滑動跡象。滑坡體平面呈不規(guī)則弧形，滑動方向約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°。滑坡南北長約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(wěn)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(wěn)定性系數(shù)為1.003～1.079，處于欠穩(wěn)定―基本穩(wěn)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，保證了管道臨時安全。經(jīng)過論證，永久治理措施將滑坡整體安全系數(shù)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(shù)提高至預定值。

2.2 典型危巖崩塌地質(zhì)災害風險分析及預防措施

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(tǒng)上沙溪廟組長石石英砂巖地層中，管道穿越長度約1.5km。該斜坡坡度40°～75°，局部危巖近乎垂直。根據(jù)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；第二級1340～1 350m，臨空高度70 m，分布危巖體22個；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，共計51個危巖體，單體體積在10～6 500 m3不等。通過中國石油管道完整性管理系統(tǒng)，繪制危巖體分布圖，供工程治理使用。

（1）主動防護

即直接治理危巖體43個。如對危巖進行支護或清理，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。②危巖基腳風化嚴重，采用鋼筋混凝土或漿砌石結構護腳，阻止繼續(xù)風化，治理9個。③危巖體積小于500 m3，直接清方治理10個。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。⑤危巖完整，體積中等，采用錨桿治理 6個。⑥危巖完整，體積較大（超過1000 m3），采用預應力錨索錨固治理 4個。

（2）被動防護

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。

（3）監(jiān)測

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

2.3 典型洪水災害風險分析及預防措施

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(qū)季節(jié)性河流，旱季水位低，基本干涸，但雨季受山區(qū)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約15km，管道在河內(nèi)采用大開挖方式鋪設，管道與河道的關系分為并行、順河、斜穿和橫穿，管道埋深1.5m左右，其中穿越主河道內(nèi)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行，基于GIS管道完整性管理系統(tǒng)，采取了以下措施：①分析管道受影響長度、洪水流量等數(shù)據(jù)供搶險現(xiàn)場使用。②合理布置現(xiàn)場搶險物資分布圖。③查看搶險進場道路。④結合管道穿越段埋深信息、河流沖刷等實際情況，分析管線斷裂可能性，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(nèi)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(tǒng)分析，為決策提供了數(shù)據(jù)支持，圓滿完成了此處漂管搶險工作。

通過現(xiàn)場勘查和專家論證，對榔坪河洪水災害提出三種治理方案：①管道改遷。但線路路由選擇困難，大量隧道需要通過山體，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。對位于沖刷線以上90 m管道進行沉降，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。通過計算，沉降位于沖刷線以上90 m管道，需過渡段（兩側）長度為300 m，兩側過渡段長度均取150 m，可實現(xiàn)對沖刷線之上90 m管道沉降至沖刷線以下0.5 m，最大沉降量為2.5 m。沉管過程中輔以應力監(jiān)測措施進行力學監(jiān)測。沉管后，對該處管道進行硬覆蓋、攔砂壩、箱涵等工程治理措施。這一治理措施安全系數(shù)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可以大大提高管道系統(tǒng)安全。

（2）基于GIS的完整性管理系統(tǒng)集合的各類管道基礎數(shù)據(jù)信息是應對地質(zhì)災害、風險評價、決策支持的基礎。

（3）管道應力監(jiān)測和地表裂縫監(jiān)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（武漢）工學學士學位,現(xiàn)為中國石油西氣東輸武漢管理處管道科長，主要從事管道管理工作。

《管道保護》2018年第2期（總第39期）