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(wěn)定，常見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(jiān)測位移變化。近年來，斷層形變監(jiān)測技術(shù)正朝著自動化高精度方向發(fā)展，在中緬天然氣管道工程中采用GPS斷層形變監(jiān)測方案，實現(xiàn)了對天然氣管道所處地震斷裂帶斷層形變的有效監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：電磁場；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能源進口的西南大通道，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，常見地面相對位移或地震高發(fā)，給管道帶來了極大的安全隱患，需加強斷層形變監(jiān)測，及時采取治理措施，以確保管道運行安全。采用GPS斷層形變監(jiān)測技術(shù)，可以減輕外業(yè)工作量，提高檢測可靠性。

1 GPS監(jiān)測技術(shù)

跨斷層形變監(jiān)測對于尋找地震前兆分析孕震原理以及研究區(qū)域地球動力學(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)測設(shè)備也朝著全自動、高精度以及低成本方向發(fā)展。 GPS形變監(jiān)測技術(shù)主要用于監(jiān)測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行危險性預(yù)警。

1.1　系統(tǒng)構(gòu)成

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

1.2　技術(shù)特點

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

2　斷層監(jiān)測方案

在中緬天然氣管道工程斷層監(jiān)測中，采用GPS相對定位測量獲取斷層兩旁GPS測點基線向量的變化，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(cè)布設(shè)三個測點，可進一步提高精度。

該管道工程中涉及到的3個GPS斷裂觀測站，其斷裂帶走向和管道走向正好分為三種類型，故根據(jù)其具體的走向特點設(shè)計為2個測點或3個測點布置方案，以盡可能準(zhǔn)確的監(jiān)測斷層位移量。

2.1 監(jiān)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(jiān)測該斷裂帶斷裂兩側(cè)相對活動量，將GPS觀測站設(shè)計為跨斷層監(jiān)測，地址選在小碑當(dāng)村南部，管道從西邊過來往北轉(zhuǎn)彎處。

該點的GPS形變觀測系統(tǒng)由2個測點組成，分別位于東西兩側(cè)跨斷層的山坡上相對穩(wěn)定的位置。兩測點間距為303米，為便于操作，觀測房設(shè)在兩測點中間地勢較為平坦的位置， GPS接收機放置在觀測房，通過GPS天線饋線與布設(shè)在兩個測點的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，而是沿斷裂鋪設(shè)，需要同時監(jiān)測斷裂帶橫向和縱向位移情況，故布設(shè)3個GPS測點形成三角，其中2個測點位于斷層兩側(cè)， 1個測點位于斷層和管道通過的山坡上。

通過三角形布點，可以同時監(jiān)測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，該系統(tǒng)可以全面提供三個測點所在的斷層的相對位移情況（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行監(jiān)測。設(shè)置的形變GPS觀測系統(tǒng)由2個測點組成，兩測點間距375米。觀測房設(shè)在測點B， GPS接收機放置在觀測房，通過GPS天線饋線與測點A的GPS天線連接（圖 4）。

2.2 GPS斷裂形變觀測子系統(tǒng)

GPS斷裂形變觀測子系統(tǒng)由上述3個GPS形變觀測站組成， 每個觀測站又包括GPS觀測設(shè)備、太陽能供電系統(tǒng)以及無線通訊系統(tǒng)。

2.2.1 GPS觀測設(shè)備

即GPS形變觀測系統(tǒng)的GPS天線、觀測房以及天線饋線�，F(xiàn)場實施中主要是在所確定的測點位置安裝GPS天線，并將信號引至觀測房的接收機內(nèi)。

2.2.2 太陽能直流供電系統(tǒng)

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

2.2.3 無線通訊系統(tǒng)

采用中國電信無線3G/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通信，數(shù)據(jù)直接進入數(shù)據(jù)處理中心。觀測子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)通過3G/CDMA1X移動通信與公網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)連接，通過管道通信向成都應(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)測子系統(tǒng)通過GPS觀測站獲取的觀測數(shù)據(jù)，將確定基線的運動狀況、斷層兩旁相對位移的大小，從而在適當(dāng)?shù)臅r刻發(fā)出預(yù)警提示。

3　結(jié)論

GPS形變監(jiān)測系統(tǒng)可對地震斷裂帶斷層的形變進行實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果通過無線通訊發(fā)送到監(jiān)測中心，實時掌握斷層形變狀況，防止斷層位移對管道造成損壞。同時，在發(fā)生地震時，還可以通過該監(jiān)測系統(tǒng)快速確認(rèn)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)險程度實施維修，以確保管道的安全運行。

參考文獻：

[1] 王學(xué)軍，陳怡靜，余志峰，等.中緬油氣管道工程建設(shè)難點與創(chuàng)新設(shè)計[J].油氣儲運， 2014，33(10)： 1039-1046.

[2] 王麒，張文峰，王麟，等. 中緬油氣管道地震監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 油氣儲運， 2014， 33(10).

[3] 張少春，范鋒，豐曉紅. 跨斷層埋地輸油氣管道抗震研究述評[J]. 天然氣與石油， 2014， 32(4)： 4-8.

[4] 閆歡歡，喬學(xué)軍，聶兆生，等. 利用GPS研究紅河斷裂帶的地殼形變及斷層運動特征[J]. 測繪地理信息， 2019， 44(01)： 40-44.

[5] 周琳，王慶良，李長軍，等. 基于GPS和水準(zhǔn)資料的拉脊山斷裂帶西段地殼形變研究[J]. 大地測量與地球動力學(xué)， 2016， 36(12)： 1056-1059.

[6] 齊國良，施闖，姚宜斌. 陜京輸氣管道斷裂帶形變監(jiān)測GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理及形變分析[J]. 測繪信息與工程， 2004(5)： 36-39.

作者簡介：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。