大庆油田有限责任公司天然气分公司规划设计研究所
摘要：长输管道管理过程中，由地质灾害引起的安全隐患不容忽视。文中介绍了常见的地质灾害类型，分析了地震、泥石流、构造裂缝、地面塌陷等地质灾害对长输管道安全的影响，并提出了相应的防控措施，为长输管道的安全管理方案的制定和实施提供了科学的决策依据。
关键词：长输管道；安全管理；地质灾害；影响；对策
前言
地质灾害对管道安全的影响是多方面的，为确保管道的安全运行, 需要对各灾害种类的特点，发展演化的过程和阶段及其作用因素等进行评估，并依据管道地质灾害的成灾机理，对管道可能面临的地质灾害采取相应的防控对策。此外，鉴于对长输管道工程地质灾害的评价是一项系统工程，也有必要从多学科的角度来研究不同地区，不同地质灾害类型对长输管道的工作状态所产生的影响，从而制定安全管理方案。
1 常见地质灾害类型
由于我国幅员辽阔, 绝大部分省区都有油气输送管道分布, 所以影响管道安全运行的所有地质灾害种类在我国都有所涉及。地质灾害一般是指由地球内力作用引起的地壳变形、位移及地表物质运动所产生的有害过程和现象。这里可按地质灾害的产生原因将影响管道安全运行的地质灾害划分为3大类: 1) 地壳内部构造自身起主要作用的地质灾害, 包括地震、地面塌陷( 沉降)、地裂缝、断裂灾害等; 2) 地壳外部构造起主要作用的地质灾害, 包括滑坡( 塌)、泥石流与洪水冲蚀、沙埋和风蚀灾害等; 3) 特殊土体所导致的地质灾害, 主要是指湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、多年冻土发生变形引起的灾害等。
2 地质灾害对长输管道安全的影响及防控措施
2.1 地震对长输管道安全影响及防控措施
2.1.1 地震的危害
地震及活动断裂是造成管道重大事故的主要因素之一, 世界各国在管道设计上都将其作为一项内容。地震对长输管道安全性可能产生的危害主要包括两个方面: 一是由于地震作用使土体的整体性和连续性遭到破坏, 如断层错动、地裂、滑坡、砂土液化等; 二是管道附近地区发生强烈地震, 地震波在土体中的传播会对管道及其辅助设施产生破坏( 比如对已腐蚀或焊接质量差的薄弱管段造成破坏) 或引发次生灾害( 油气管道爆裂、动力供应中断等)。地震造成的最直接的破坏之一就是管道的不均匀下沉, 这会引起管道下部地基沉陷或掏空, 使地基失去支撑力, 于是管道悬空, 轴向承受的拉力增大。计算结果表明: 当管道悬空长度超过临界值后, 在多重应力作用下将使管道材料失效, 产生裂纹, 甚至拉断。这种情况常常发生在刚性接口的管道中,或者发生在与水平管段连接的竖直段内, 此外焊接接缝处也是断裂的根源。这些都有可能导致管道油气的泄漏, 从而危及财产人员和环境的安全。
2.1.2 防治措施
地震对管道的破坏是灾难性的, 因此减少地震灾害的工程措施应集中在地表断裂上, 为了避免或降低由于断裂活动对管道带来的损坏, 对管道沿线主要断裂区块的活动性进行评价显得尤为必要, 比如对活动断层段的管道位移或应力变化进行监测, 并将其纳人管道管理之中, 以便随时掌握断层活动情况和管道安全状况, 确保管道运行安全。选线时, 在服从线路总走向的前提下,应尽量避开活动断层(带) 和地震高烈度区。如果管线与活动断裂交叉或通过地震高烈度区, 应选择地形开阔、第四系覆盖层较厚的地区通过, 同时应采取抗震设防措施, 提高管道防震减灾能力。
2.2 地面塌陷对长输管道安全影响及防控措施
2.2.1 地面塌陷对长输管道的危害
产生地面塌陷的主要原因, 一是因为地理构造特殊, 如广西和云南境内的岩溶地形; 二是因为人类对固体矿产( 如煤、铁矿等) 采取地下采掘方式开采所导致的近年来, 随着岩溶区城市化建设的飞速发展, 岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发的不断增强, 由此而引发的岩溶塌陷问题日益突出网。固体矿产采空区在全国各地都有大面积分布。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆岩溶地形和矿产采空区的存在, 使得有可能引起地表沉降、塌陷变形、地表开裂等, 地面的沉降塌陷又将造成地下管道弯曲变形、悬空或断裂, 从而对管道安全带来隐患。采空塌陷对油气管道工程将导致严重后果, 应引起高度关注。。
2.2.2 防控措施
在地表已产生沉降、裂缝和塌陷的地区对管道安全隐患的防控, 选线时首先采用绕避方式;不能绕避的, 可采用回填或压力灌浆的方法进行处理。对于正在开采的矿区, 应与采矿单位协商在管道沿线2O0m内划定为禁采区, 如协商不成,采矿时在线路下方也应留足保安矿柱, 以确保管道安全。
2.3 构造裂缝对长输管道的危害及防控措施
2.3.1 构造裂缝对长输管道的危害
构造裂缝圈是由内应力作用而形成的。青藏高原构造裂缝分布比较广泛, 主要为三种类型, 即地震破裂、断层蠕滑破裂和断层破碎带不均匀冻胀裂缝。其中已建的格拉管线就穿经青藏高原构造裂缝带, 西南成品油管道( 广东茂名一昆明长坡)穿越力滇断层带, 而在西气东输工程的东段江苏、河南两省境内也有地裂缝分布阎。江苏境内的苏州、无锡、常州地区的地裂缝, 是地面沉降不均匀的一种表现形式, 形成的主要原因是第四系松散堆积物下伏的基岩隆起或陡崖, 造成土体结构或承压含水砂层厚度突变, 抽水诱发的地面沉降不均匀, 导致地表产生裂缝。构造裂缝可能横穿管道, 可以对管道产生明显的破坏作用, 严重的可以造成开裂破坏,缩短管道服役寿命, 影响管道运营安全。
2.3.2 防控措施
为防控构造裂缝对管道安全的影响, 可以采取以下必要的措施回: l) 绕避, 尽可能避免将管线、站场、建筑等设置在构造裂缝带上。不能绕避的,就尽可能地避开构造裂缝的最危险段( 时代较新、活动强度较大) 和发生过较大地震地表断错的地带；2) 选择合适的角度穿越地裂缝, 将不利的受力状态和应变方式转化为较有利的方式；3) 在管道穿越地裂缝部位采取切实的抗震措施, 如增加管道变形的自由度( 敷设带斜坡的管沟或采用套管等), 增加管道强度或采取柔性联结等；4) 加强对活动构造裂缝带和地质灾害的监测与预警工作。
2.4 泥石流对长输管道的危害及防控措施
2.4.1 泥石流对长输管道的危害
泥石流灾害多发生于每年7-9月份, 由暴雨激发,来势迅猛, 致灾力强。尤其在黄土高原区土体结构疏松, 崩滑体和冲沟发育, 为泥石流提供了丰富的固体物质来源和动能优势。在暴雨激发下形成含沙量极大的洪流, 由密布的毛沟、支沟流向干沟和河流, 汇集而形成强大的泥流, 将堤坝溃毁、水库淤塞等, 造成严重危害。西气东输工程中段大部分都处于黄土高原地段, 于是泥石流灾害对这段管道的危害尤显严重。这是因为泥石流突发性强, 在泥沙、块石等固体物质的快速移动和水的渗透压力作用下产生巨大的推浮力,使管道受到强烈的冲击而产生弯曲变形和断裂;再加上黄土区植被稀疏, 在集中降雨(暴雨) 水流的侵蚀(面蚀、冲蚀、潜蚀等多种) 作用下, 水土流失严重, 水流强烈的面蚀作用导致管沟上覆的回填土流失, 管道裸露。
2.4.2 防控措施
对危害程度严重的大中型泥石流, 选线时原则上采取避让, 避免直接穿过; 无法避让的, 可采取跨越方式; 对小型泥石流可选定在泥石流的下游( 洪积扇堆积区) 通过, 同时在上游通道内辅以拦截和滞留措施。对管线安全构成威胁的冲沟, 应进行加固处理, 具体处理方法有: 加大管道埋深, 至少达到稳定层以下, 上部填土应分层夯实, 严禁采用“ 二次回填” ( 即先松散回填自重下沉后再进行二次回填) ; 采取截流和排水, 切断水源, 阻止冲沟的继续发育; 回填夯实加固场地; 利用编织袋装土顺坡堆砌, 增强冲沟的抗冲蚀能力。
3 结束语
管道安全管理是个复杂的问题, 不仅涉及管道沿线自然环境、地理状况、设施配置、管理水平等因素, 而且还涉及到政治、经济、文化、教育和人的行为方式等方面。在实施长输管道安全管理时, 由地质灾害引起的管道安全隐患的识别与控制更是管理者所不能忽视的。
参考文献：
[1] 朱思同.试论管道建设中的地质灾害及其工程对策[J].天然气与石油,1998,16(2):39-44.
[2] 赵应奎.西气东输工程管道线路地质灾害及其防治对策[J].天然气与石油, 2002,20(l):44-48.
论文作者:张露
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：管道论文; 裂缝论文; 地质灾害论文; 泥石流论文; 防控论文; 措施论文; 断层论文; 《防护工程》2018年第30期论文;