趙宏濤1  王永振1  馬云賓2

1.長(zhǎng)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(zhèn)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(qū)土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，大孔隙、垂直裂隙發(fā)育和易風(fēng)化等特征導(dǎo)致地形十分破碎，地質(zhì)環(huán)境脆弱，滑坡、泥石流災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)通過管道的安全運(yùn)行存在很大威脅。本文針對(duì)上述情況，提出了基于三維磁力檢測(cè)技術(shù)、應(yīng)力應(yīng)變實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)及GPS定位技術(shù)的管道和黃土滑坡聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法,介紹了在長(zhǎng)慶油田某管道上的應(yīng)用情況。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法包括管道當(dāng)前應(yīng)力檢測(cè)、管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)和黃土滑坡地表變形監(jiān)測(cè)三個(gè)方面。根據(jù)聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法，開發(fā)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由管體應(yīng)變監(jiān)測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸單元、供電單元、數(shù)據(jù)處理中心等四部分組成，如圖1所示。管道當(dāng)前應(yīng)力檢測(cè)和黃土滑坡地表變形監(jiān)測(cè)采用人工現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的方式，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)管道實(shí)時(shí)應(yīng)力。用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)量采集管體應(yīng)變數(shù)據(jù)，采集頻率和采集時(shí)間由數(shù)據(jù)采集和傳輸單元控制，數(shù)據(jù)采集和傳輸單元接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)保存并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)處理中心接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)采集和傳輸單元采用太陽能+蓄電池供電方式。

圖1 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成示意圖

2 應(yīng)用案例

長(zhǎng)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(qiáng)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(diào)查分析，滑坡處在不穩(wěn)定狀態(tài)，如遇持續(xù)強(qiáng)降雨，滑坡局部失穩(wěn)或者整體失穩(wěn)的可能性較大。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

2.1.1管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

該滑坡處管道走向270°，滑坡滑動(dòng)方向160°，二者斜交。管線從滑坡體中部穿過，滑坡災(zāi)害影響管道長(zhǎng)度約130m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，分別在滑坡體內(nèi)、滑坡與管道交叉的邊界選取6處監(jiān)測(cè)截面，具體位置如圖2所示。

圖2 管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖

2.1.2管道當(dāng)前應(yīng)力檢測(cè)實(shí)施

根據(jù)檢測(cè)設(shè)備功能，對(duì)每個(gè)管道檢測(cè)截面沿環(huán)向均勻分配了三條檢測(cè)線路，分別是內(nèi)側(cè)（靠近山體面）、上側(cè)（管道上側(cè)水平面）及外側(cè)（遠(yuǎn)離山體面）。采用三維磁力檢測(cè)儀采集這三條檢測(cè)線路上軸向、環(huán)向及徑向的磁記憶信號(hào)，如圖3所示。

圖3  管道當(dāng)前應(yīng)力檢測(cè)示意圖

由操作人員手持探頭進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)保證探頭緊貼管壁，沿管道軸向勻速進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)坑點(diǎn)的檢測(cè)線路長(zhǎng)一般為400～500mm。為保證采集數(shù)據(jù)的可靠性，采集的重復(fù)次數(shù)不低于3次。

2.1.3管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)實(shí)施

管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用振弦式應(yīng)變傳感器，檢測(cè)前需要?jiǎng)冸x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(yīng)變傳感器安裝示意圖

2.1.4黃土滑坡地表變形監(jiān)測(cè)實(shí)施

根據(jù)上文提到的基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置原則，將滑坡的基準(zhǔn)點(diǎn)選擇在滑坡體外部穩(wěn)定的區(qū)域。在滑坡主滑方向和滑坡斷面設(shè)置測(cè)點(diǎn)，主滑方向設(shè)置2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，滑坡斷面設(shè)置2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，共計(jì)4處觀測(cè)點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 滑坡地表變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

確定基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置后，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)預(yù)制監(jiān)測(cè)樁。為了保證測(cè)量精度，需要在監(jiān)測(cè)樁預(yù)埋強(qiáng)制歸心盤。強(qiáng)制歸心盤的預(yù)埋需要分兩次進(jìn)行，第一次將強(qiáng)制歸心盤放置在混凝土樁上，粗調(diào)至水平，等待混凝土硬化。第二次微調(diào)強(qiáng)制歸心盤，保證盤面水平，然后進(jìn)行二次澆筑。制作完成后的監(jiān)測(cè)樁如圖6所示。

圖6 制作完成后的監(jiān)測(cè)樁

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1管道當(dāng)前應(yīng)力檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)管道油流方向，將6個(gè)檢測(cè)截面按照順序標(biāo)記，并將測(cè)點(diǎn)按照油流方向分為左側(cè)測(cè)點(diǎn)、頂部測(cè)點(diǎn)和右側(cè)測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)的應(yīng)力值如表1所示。

由表1可以看出:

（1）6號(hào)測(cè)點(diǎn)的軸向應(yīng)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(hào)測(cè)點(diǎn)軸向應(yīng)力最大，根據(jù)檢測(cè)截面設(shè)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(yīng)力值已經(jīng)超過200Mpa，應(yīng)該每天觀察應(yīng)力變化情況，一旦應(yīng)力有增大趨勢(shì)，即應(yīng)采取應(yīng)急措施。

2.2.2管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

將傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管道實(shí)時(shí)應(yīng)力變化情況，如圖7所示。

圖7管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

由圖7可以看出：

（1）1～6監(jiān)測(cè)截面的應(yīng)力最大值未發(fā)現(xiàn)有增大的趨勢(shì)，目前應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定。

（2）1～6監(jiān)測(cè)截面的數(shù)據(jù)趨勢(shì)十分相近，與溫度曲線對(duì)比，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力隨著溫度的變化而反向變化，應(yīng)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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

黃土滑坡地表變形監(jiān)測(cè)分別于2016年7月31日至10月30日進(jìn)行了4次數(shù)據(jù)采集，其中7月31日的數(shù)據(jù)為初始值，將后期采集的GPS數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)做差，便可求出位移變化量，數(shù)據(jù)變化如表2所示。

根據(jù)表2可得到如下結(jié)論：

（1）滑坡滑動(dòng)方向?yàn)?60°，也就是東南方向，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均向東南方向移動(dòng)，說明滑坡發(fā)生了滑動(dòng)。

（2）根據(jù)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，滑坡的滑動(dòng)量在2cm范圍內(nèi)，滑坡處于低速變形狀態(tài)。

3  結(jié)論

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

作者：趙宏濤，男， 1971年生，高級(jí)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)化專業(yè)，現(xiàn)任中石油長(zhǎng)慶油田第一輸油處管道技術(shù)研究所所長(zhǎng)，主要從事長(zhǎng)輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。

《管道保護(hù)》2017年第2期（總第33期）

作者：趙宏濤，男，1971年生，高級(jí)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)化專業(yè)，現(xiàn)任中石油長(zhǎng)慶油田第一輸油處管道技術(shù)研究所所長(zhǎng)，主要從事長(zhǎng)輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。