趙飛 張嘉欽 梁棟 尹以柔 連承軍

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)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(wěn)定，常見(jiàn)地面位移或地震高發(fā)，對(duì)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(jiān)測(cè)位移變化。近年來(lái)，斷層形變監(jiān)測(cè)技術(shù)正朝著自動(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(jiān)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然氣管道所處地震斷裂帶斷層形變的有效監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)；瞬態(tài)仿真；感應(yīng)電壓；數(shù)據(jù)擬合；中緬天然氣管道

中緬天然氣管道是我國(guó)能源進(jìn)口的西南大通道，也是典型的山區(qū)管道。該工程沿線地震地質(zhì)背景復(fù)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(zhǎng)江中游地震帶[1-3]。由于地震斷裂帶的地殼很不穩(wěn)定，常見(jiàn)地面相對(duì)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(qiáng)斷層形變監(jiān)測(cè)，及時(shí)采取治理措施，以確保管道運(yùn)行安全。采用GPS斷層形變監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以減輕外業(yè)工作量，提高檢測(cè)可靠性。

1 GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)

跨斷層形變監(jiān)測(cè)對(duì)于尋找地震前兆分析孕震原理以及研究區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)有著積極的意義，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，斷層形變監(jiān)測(cè)設(shè)備也朝著全自動(dòng)、高精度以及低成本方向發(fā)展。 GPS形變監(jiān)測(cè)技術(shù)主要用于監(jiān)測(cè)管道穿越斷層帶的位移，以便根據(jù)斷層水平位移量和垂直位移量判斷地震烈度 ,并基于預(yù)先給定的斷層位移閾值進(jìn)行危險(xiǎn)性預(yù)警。

1.1　系統(tǒng)構(gòu)成

GPS形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由GPS天線、觀測(cè)房以及天線饋線系統(tǒng)組成，如圖 1所示。

1.2　技術(shù)特點(diǎn)

GPS形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(cè)量手段，已經(jīng)在工程測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[4-6]。基于嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信技術(shù)，使斷裂形變監(jiān)測(cè)具有自動(dòng)化程度高、監(jiān)測(cè)精度高、可全天候觀測(cè)，以及便于布設(shè)施工及成本低等特點(diǎn)。

2　斷層監(jiān)測(cè)方案

在中緬天然氣管道工程斷層監(jiān)測(cè)中，采用GPS相對(duì)定位測(cè)量獲取斷層兩旁GPS測(cè)點(diǎn)基線向量的變化，這是目前GPS測(cè)量精度最高的一種定位方法。而采用 三角形測(cè)量，在斷層兩側(cè)布設(shè)三個(gè)測(cè)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斷裂觀測(cè)站，其斷裂帶走向和管道走向正好分為三種類(lèi)型，故根據(jù)其具體的走向特點(diǎn)設(shè)計(jì)為2個(gè)測(cè)點(diǎn)或3個(gè)測(cè)點(diǎn)布置方案，以盡可能準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)斷層位移量。

2.1 監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)該斷裂帶斷裂兩側(cè)相對(duì)活動(dòng)量，將GPS觀測(cè)站設(shè)計(jì)為跨斷層監(jiān)測(cè)，地址選在小碑當(dāng)村南部，管道從西邊過(guò)來(lái)往北轉(zhuǎn)彎處。

該點(diǎn)的GPS形變觀測(cè)系統(tǒng)由2個(gè)測(cè)點(diǎn)組成，分別位于東西兩側(cè)跨斷層的山坡上相對(duì)穩(wěn)定的位置。兩測(cè)點(diǎn)間距為303米，為便于操作，觀測(cè)房設(shè)在兩測(cè)點(diǎn)中間地勢(shì)較為平坦的位置， GPS接收機(jī)放置在觀測(cè)房，通過(guò)GPS天線饋線與布設(shè)在兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的GPS天線連接（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?cái)嗔唁佋O(shè)，需要同時(shí)監(jiān)測(cè)斷裂帶橫向和縱向位移情況，故布設(shè)3個(gè)GPS測(cè)點(diǎn)形成三角，其中2個(gè)測(cè)點(diǎn)位于斷層兩側(cè)， 1個(gè)測(cè)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(jiān)測(cè)該斷裂帶橫向和縱向的位移數(shù)據(jù)，在發(fā)生明顯位移或地震時(shí)，該系統(tǒng)可以全面提供三個(gè)測(cè)點(diǎn)所在的斷層的相對(duì)位移情況（圖 3）。

2.1.3 龍陵—瑞麗、鎮(zhèn)安斷裂GPS站

龍陵—瑞麗、鎮(zhèn)安斷裂跨斷層處，管道形狀為Z字形折彎，相對(duì)橫向位移，由于縱向管段較短影響不大，故主要針對(duì)橫向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。設(shè)置的形變GPS觀測(cè)系統(tǒng)由2個(gè)測(cè)點(diǎn)組成，兩測(cè)點(diǎn)間距375米。觀測(cè)房設(shè)在測(cè)點(diǎn)B， GPS接收機(jī)放置在觀測(cè)房，通過(guò)GPS天線饋線與測(cè)點(diǎn)A的GPS天線連接（圖 4）。

2.2 GPS斷裂形變觀測(cè)子系統(tǒng)

GPS斷裂形變觀測(cè)子系統(tǒng)由上述3個(gè)GPS形變觀測(cè)站組成， 每個(gè)觀測(cè)站又包括GPS觀測(cè)設(shè)備、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)以及無(wú)線通訊系統(tǒng)。

2.2.1 GPS觀測(cè)設(shè)備

即GPS形變觀測(cè)系統(tǒng)的GPS天線、觀測(cè)房以及天線饋線�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中主要是在所確定的測(cè)點(diǎn)位置安裝GPS天線，并將信號(hào)引至觀測(cè)房的接收機(jī)內(nèi)。

2.2.2 太陽(yáng)能直流供電系統(tǒng)

采用太陽(yáng)能直流供電，給GPS觀測(cè)設(shè)備以及無(wú)線路由器提供直流電源。 12 V太陽(yáng)能直流供電系統(tǒng)要達(dá)到最大連續(xù)陰雨10天供電需求，并考慮出現(xiàn)兩次最長(zhǎng)陰雨天間隔天數(shù)為15天等情況。

2.2.3 無(wú)線通訊系統(tǒng)

采用中國(guó)電信無(wú)線3G/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通信，數(shù)據(jù)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)處理中心。觀測(cè)子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)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(yīng)急指揮中心傳輸數(shù)據(jù)。

中緬天然氣管道工程GPS斷層形變監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)GPS觀測(cè)站獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)，將確定基線的運(yùn)動(dòng)狀況、斷層兩旁相對(duì)位移的大小，從而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻發(fā)出預(yù)警提示。

3　結(jié)論

GPS形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)地震斷裂帶斷層的形變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)無(wú)線通訊發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心，實(shí)時(shí)掌握斷層形變狀況，防止斷層位移對(duì)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)快速確認(rèn)斷層位移情況，從而評(píng)估可能對(duì)管道造成的影響，快速判定風(fēng)險(xiǎn)程度實(shí)施維修，以確保管道的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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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)土木工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式： 18108891737，940181348@qq.com。