時間:2023-06-12 16:10:56
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一、前言
根據國外統計表明,管道在運營期間造成損害的主要原因不再是管材、焊接、防腐以及其他結構缺陷,而是由外力引起的,如洪水災害、地震、滑坡、塌方以及其他一些意外事故等,外力事故占總數的50%-60%。中緬管道玉溪支線沿線90%以上在山區丘陵地貌敷設,沿線山高谷深、溝壑縱橫,地質災害發育,管道建設及運行過程中勢必會受到各種外部因素的影響。因此,在復雜山區地段的管道設計務必要把地質災害防治作為設計內容的重要組成部分,對各種地質災害類型做出準確判斷并采取切實有效的治理措施,保證管道正常安全運行。
中緬天然氣管道地質災害主要是由于自然因素的和人為的地質作用,導致地質環境或地質體發生變化而形成的,就其管道建設而論,主要是以管道施工等人為作用誘發的地質災害為主。中緬油氣管道玉溪支線沿線地質災害有滑坡、崩塌、泥石流等類型。
二、地質災害類型、產生機理及對管道造成的危害
1.崩塌(危巖)
崩塌(又稱崩落、垮塌或塌方):是從較陡斜坡上的巖、土體在重力作用下突然脫離山體崩落、滾動,堆積在坡腳(或溝谷)的地質現象。
崩塌體主要包括四種情況:一是施工前已經自然存在的;二是劈山、修路、開挖管溝過程中產生的;三是爆破引起的震動引起的;四是管道建成后暴雨或地震誘發的。
崩塌對管道的危害:主要是在施工或運營過程中,當崩塌體高空墜落時,可能沖擊到管道位置,造成現場人員傷害或管道損傷。
2.滑坡
滑坡是指斜坡上的巖土體由于各種原因在重力作用下沿一定的軟弱面(或軟弱帶)整體地向下滑動的現象。中緬油氣管道經過的云貴地區,是我國滑坡災害的高發區。
滑坡體主要包括三種情況:一是施工前已經自然存在的;二是劈山修路過程中誘發的;三是管道建設后暴雨或地震誘發的。
滑坡對管道的危害是:當管道埋設在滑坡體內時,如發生滑動管道會同步變形,當滑坡體規模較大且滑移嚴重時有可能剪斷管道。處在滑坡影響范圍內的管道,在滑坡發生時,將會受到推移或擠壓,造成變形或破壞。
3.泥石流
泥石流:是山區溝谷中,由暴雨、水雪融水等水源激發的,含有大量的泥砂、石塊的特殊洪流。其特征往往突然暴發,在很短時間內將大量泥砂、石塊沖出溝外,在堆積區漫流堆積,造成重大危害。
泥石流形成的三種情況:一是在施工過程中對山體表面的破壞;二是施工后不合理的棄土、棄渣堵塞溝谷;三是作業帶掃線是對植被的破壞。
泥石流對管道的危害:當泥石流突然爆發式,可直接沖蝕掉埋設管道的土層,或破壞埋地管道,并可能埋沒閥室、陰保設施,摧毀跨越工程、推擠管道等,致使管道受損或破壞。有時泥石流匯入河道,引起河道大幅度變遷,間接毀壞在河道附近敷設的管道及其它構筑物,造成巨大的經濟損失。
三、地質災害各類型的防治措施
管道選線時,對于可能出現的各種地質災害首先應考慮避讓,修改線路路由,徹底規避風險。對于受限無法避繞地段應進行專項地質勘察,判斷地災類型、穩定性及范圍,有針對性的制定防治措施保證管道日后運營的安全穩定,同時盡量減少對周圍環境的破壞。
1.崩塌(危巖)的防治措施及適用范圍
崩塌(危巖)的防治措施主要有坡面噴漿、灌注水泥、掛金屬網等。
適用范圍:在碳酸鹽巖、板巖區,碎屑巖弱風化區,巖體破碎時,容易產生掉塊、崩塌,采用坡面噴漿、灌注水泥、掛金屬網等措施,防止坡面產生掉塊、崩塌。
2.滑坡的防治措施及適用范圍
滑坡的防治措施主要有卸載、抗滑樁、支擋等,具體措施應根據滑坡特點制定。對于施工過程中誘發的滑坡一般規模較小,可以采用卸載、支擋的方法進行治理。滑坡段具體的防護措施有擋墻、擋土墻、抗滑樁、削坡護坡等。
適用范圍:對于管道建設中挖方段可能誘發的小型滑坡,因其規模小,下滑推力小,采用漿砌石修建內支擋即可;對于對擬建工程危害較大的滑坡或崩塌,因其滑動面埋深大,下推力大,則可采用擋土墻進行支擋。
3.泥石流的防治措施及適用范圍
泥石流的防治措施主要有河溝的修整、河床的加固、河岸的防護、斜坡后緣排水、攔砂壩、植樹種草,恢復植被等。
適用范圍:
3.1攔擋 主要針對評估區內泥石流的治理。對溝岸崩、滑體和泥砂補給源修建攔擋工程,控制泥石流發展;或在泥石流溝中修建攔砂壩,減弱泥石流勢能,減輕對下游地區的破壞。
3.2生物工程 主要針對碎屑巖地區或土層較厚地區的活動性沖溝、泥石流形成區。通過溝谷兩側及谷底植樹種草,恢復植被,防治水土流失,減少水土流失帶來的泥石流物源,控制活動性沖溝(沖蝕)、泥石流溝的進一步發展。
四、中緬油氣管道地質災害治理工程實例
1.崩塌治理實例分析
中緬油氣管道工程崩塌治理主要采用主動防護和被動攔擋;主動防護主要有錨桿錨固、主動網防護及凹腔嵌補等治理措施,被動攔擋主要有被動網、攔石墻攔擋等治理措施。對于單個崩塌點治理首先應考慮被動防護治理措施,只有在修建攔石墻、被動網等被動防護措施沒有工程治理位置及崩塌體崩落下來解體后塊體仍較大時考慮主動防護治理方案。
管道N1點主要為崩塌地質災害,該崩塌點所處區域為構造侵蝕丘林地貌。崩塌災害點所在斜坡整體較陡,平均坡度50°;該區域局部,危巖分布在該區域上。斜坡坡頂高程1972m,坡底高程1930m,相對高差42m,斜坡總體坡向231°。危巖區平面形態呈條帶狀,橫向延伸約50m,縱向寬度約10m。該崩塌地質災害點危巖體在天然及地震狀態下處于穩定狀態,在暴雨狀態下處于欠穩定狀態,會發生掉塊現象威脅管道施工人員安全及局部大塊體威脅管道。該崩塌點無被動防護工程位置故此崩塌危巖坡體上采用“主動網”對該崩塌地質災害進行主動治理措施。
圖1 N1崩塌點地形地貌及治理工程平面布置圖
五、總結
通過上述對中緬油氣管道工程所涉及的滑坡、崩塌、泥石流等典型地質災害的類型、產生機理、危害的分析,了解了復雜山區地段地質災害的發育規律,提出了不同地質災害點的防治措施及適用范圍,逐步完善適合于油氣管道工程的防治措施,使地質災害對油氣管道工程的危害降到最低,對今后的長輸管道的地災設計工作提供參考。
參考文獻
[1]梅云新、馬惠寧 管道地質災害類型及水工保護問題 2003.11:35-38
關鍵詞:長輸管道工程、地質環境條件、地質災害、危險性評估
中圖分類號:F407文獻標識碼: A
引言
長輸管道工程地質災害危險性評估工作的特點是線路長,跨越的地貌單元多,地質環境條件復雜等。以“閩粵支干線天然氣管道工程地質災害危險性評估工作”為例,根據《地質災害防治條例》及國土資發[2004]69 號文件等法規要求,對長輸管道工程地質災害危險性評估方法進行探討。
1、工程概況及評估范圍
閩粵支干線屬于西三線工程九條支線之一,線路總體走向呈東西向。管道起點位于閩粵兩省交界的潮州市饒平縣上善鎮,向西南經潮州市、揭陽市后,折向西經揭西縣,惠州市北,東莞市北后到達終點從化市龍潭鎮。中間設置四座分輸站,設計輸量100×108Nm3/a,管徑Ф1016mm,設計壓力10MPa。管道基本埋深1.2m,石方段埋深最小可減至0.8m。
根據 “技術要求” 的規定,結合工程特點、規模及地質環境條件,以管道為中軸、兩側及兩端各1km的帶狀區域。整個評估面積約1056km2。
2、地質環境條件
2.1氣象、水文
評估區橫跨廣東省中東部,屬亞熱帶地區,夏長冬暖,雨量充沛。年平均氣溫22℃,年日照時數1828小時。評估區內雨量分布特點是自東向西遞增,屬濕潤地區。管道經過區域的降雨主要集中于4~9月份,多年平均降雨量以龍門縣最大(2140.1mm),饒平縣最?。?400mm)。
評估區所在區域的河流從西至東,主要有黃岡河、韓江、榕江、東江、增江和流溪河等,具有流量大,含沙量小,汛期長,終年不凍,水力資源豐富的特點。
2.2地形地貌
擬建管道工程沿線地形地貌條件復雜,地貌類型多樣有低山、丘陵、平原和巖溶盆地、溶蝕準平原,以低山丘陵為主,其次為平原。管道所經最高點高程約650m,位于K54~K57區段的潮州市鳳凰鎮南嶺山;最低點高程約為3m,位于K120~K140區段的榕江岸邊揭陽沖積平原。
2.3地層巖性
評估區內地層巖性復雜,評估區及周邊地層由老到新主要為泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系;西三線廣東段沿線的巖漿巖分布廣泛,以侵入巖為主,其次為潛火山巖。
2.4地質構造與區域地殼穩定性
2.4.1地質構造
評估區在大地構造上屬于華南褶皺系,為加里東期形成的地槽褶皺系,區內地質構造比較復雜,以斷裂為主。評估區范圍主要發育有四條斷裂帶和三條斷裂,以NE向為主,其次為EW、NW向,其中河源斷裂帶活動性中等;蓮花山斷裂帶和紫金-博羅斷裂活動性較弱。
2.4.2地震
擬建管道工程所經區域位于我國環東南沿海地震帶上。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001),確定評估區的地震動峰值加速度為0.05~0.15g,地震基本烈度為Ⅵ~Ⅶ度。
2.5水文地質條件
評估區地下水分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖巖溶裂(溶)隙水等三種類型。低山、丘陵區地下水的補給主要來源于大氣降水入滲;溝谷、平原區及濱海區地下水的補給來源除大氣降水的入滲補給外,局部有地表水體下滲滲透補給。地下水位隨地形變化,河谷平原及濱海區水位埋深較淺,地下水的穩定水位埋深多為1~3m;低山區和丘陵區地下水埋藏較深,穩定水位埋深多為4~8m。
2.6巖土類型及工程地質性質
評估區巖土體按其巖性、結構、物理力學性質分為以下四類:
松散土類(Ⅰ):較集中于沖積平原,山前平原及丘陵次之,包括第四系全新統(Qh)、更新統(Qp),松散層是管道的主要致災體。
碎屑巖組(Ⅱ):包括第三紀至泥盆紀地層,分布于評估區中部大部分地區,巖性為砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖等,自上而下,巖石風化程度變弱。
碳酸鹽巖巖組(Ⅲ):主要為石炭系和泥盆系灰巖、白云巖、白云質灰巖等,巖質較堅硬,微風化巖石天然單軸飽和抗壓強度值為17.1~88.1MPa,平均值為39.3MPa。零星分布于評估區西部龍門縣見田村、龍華鎮、石下村和增城市灌村鎮一帶,以覆蓋型為主。
塊狀巖組(Ⅳ):評估區內廣泛分布,主要為侵入巖和潛火山巖,巖性為黑云母花崗巖、二長花崗巖、花崗斑巖等。塊狀巖區植被中等發育至發育,風化層一般較厚,易發生沿基巖面滑動的滑坡或崩塌。
2.7人類工程活動對地質環境的影響
評估區所經區域為廣東省經濟開放區,人類工程活動以山村民宅和交通工程建設對周邊地質環境的改變最為明顯,尤其是民宅和道路修建時人工開挖形成且未采取防護工程措施的高切坡在評估區內較多,部分已產生變形破壞,破壞形式以中、小型崩塌和滑坡為主。在地質環境保護較好的區域地段,則少見地質災害發生。
3、地質災害危險性現狀評估
據收集資料及野外實地調查結果表明,評估范圍內已知滑坡、崩塌、地面塌陷等地質災害點合計29處。
3.1滑坡
評估區內共有滑坡11處,其中小型滑坡8處,中型3處,未發現大型滑坡。災害點距離管線較遠,對管道工程的影響程度小,其地質災害危險性小。
3.2崩塌
評估區管道沿線有一定規模的崩塌15處,其規模10~1800m3不等,未見大型崩塌發生。災害點規模以及對管線的影響程度較小,其地質災害危險性小。
3.3地面塌陷
評估區內地面塌陷有3處,均為巖溶地面塌陷。主要分布于評估區西部龍門縣永漢鎮-增城市派潭鎮巖溶盆地及溶蝕準平原等地下水活躍地區。其中GDT-003對管道工程的影響程度大、危險性大,GDT-001和GDT-002對管道工程的影響中等、危險性中等。
4、地質災害危險性預測評估
4.1工程建設引發或加劇地質災害危險性的預測
4.1.1管道開挖工程建設可能引發滑坡、崩塌地質災害預測
隨著工程建設的實施,人工開挖可能引發的地質災害將以斜坡變形破壞為主,主要表現為引發和加劇滑坡、崩塌地質災害。
針對層狀碎屑巖區段,預測管道順坡或橫坡敷設開挖過程中引發或加劇邊坡產生崩塌或滑坡的可能性,評估方法采用赤平投影分析法,結合斜坡的地質環境條件分析斜坡的穩定性,利用邊坡穩定性分析結果,結合與之對應的管道之間的位置關系進行危險性評估。
針對評估區巖漿巖分布地段,邊坡的穩定性主要根據邊坡高度、邊坡角度、巖土體性質、地貌特征、水文地質條件及人類工程活動強度等進行危險性評估。
工程沿線有2個區段邊坡的巖體為塊狀構造,邊坡穩定性差,發生崩塌、滑坡的可能性大、危險性大;有12段邊坡的巖體風化強烈,節理裂隙發育,發生崩塌、滑坡的可能性較大、危險性中等;其余區段發生崩塌、滑坡地質災害的可能性小、危險性小。
4.1.2隧道工程可能引發或加劇地質災害預測
擬建管道工程共有2處隧道工程,分別為大窩肚頂隧道和亞婆髻隧道,總長3.7km。根據邊坡巖土體及不利結構面的赤平投影關系,分別對隧道的進出口邊坡穩定性進行分析,綜合評定隧道進口段斜坡穩定性較差、危險性中等。隧道開挖工程棄土石渣堆放不當可能形成不穩定斜坡進而引發崩塌、滑坡或泥石流地質災害的可能性中等、危險性中等。
4.1.3穿越工程可能引發或加劇地質災害預測
1)河流穿越
擬建工程穿越河流、溝渠等30728m /896處,其中大、中型穿越5530m /9處。其中韓江、東江段以鉆爆隧道方式穿越,穿越圍巖為花崗巖及砂礫巖,穿越處斷裂構造較發育,巖體較破碎、強度低。預測引發地質災害的可能性較大、危險性中等。其余中、小型河流采用大開挖、定向鉆穿越方式,由于河床與岸坡較穩定,河道寬淺,水流平緩,河水沖刷深度小,兩岸均平整開闊,砂層一般較薄,易于防治,預測引發地質災害的可能性小、危險性小。
2)道路穿越
管道沿線穿越高速公路4處、國道4處、省級公路及普通公路多處,穿越鐵路2處,均采用非開挖頂管方式,根據道路所在地段地形地貌、地層巖性、地質災害發育程度及采取的施工工藝等預測道路穿越工程可能加劇、引發、遭受地質災害危險性小。
4.2工程建設可能遭受地質災害危險性預測
4.2.1管道工程可能遭受滑坡、崩塌地質災害危險性預測
1)露天礦山開采環境條件
評估區內共有11處露天開采的礦山。根據《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》第三十五條、五十八條規定結合《爆破安全規程GB6722-2003》針對露天巖土爆破最大安全允許距離。預測管道在露天礦山開采區段內的危險性中等~大。
2)自然斜坡條件
根據斜坡所處的地質環境條件采用地質分析與量化打分相結合的方法對斜坡的穩定性現狀進行評估,在其基礎上,結合斜坡與擬建管道工程的關系對斜坡的潛在危險性進行評估。預測K0+000~K5+600等3個區段,遭受崩塌、滑坡的地質災害影響的可能性大、危險性大;K5+600~K8+500等19個區段,遭受崩塌、滑坡的地質災害的影響的可能性較大、危險性中等;其余區段遭受崩塌、滑坡的可能性小、危險性小。
4.2.2管道可能遭受地面塌陷地質災害危險性預測
1)管道工程可能遭受巖溶地面塌陷地質災害危險性預測
根據《廣東省地質災害危險性評估實施細則》巖溶地面塌陷穩定性預測評價要素,結合評估區的巖溶發育程度,對巖溶地面塌陷的可能性進分析,預測工程施工產生的振動或引起地下水位變化時,極易引發和遭受巖溶地面塌陷的危害,預測K392+000~K398+000等4段巖溶盆地區,引發或遭受地面塌陷的可能性大、危險性大。
2)管道工程可能遭受采空地面塌陷地質災害危險性預測
評估區內有5處地下開采礦區,分別為金屬礦、煤礦。根據《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》第三十五條、五十八條,預測管道工程可能遭受礦山開采產生的地面塌陷危險性小2處、危險性中等1處、危險性大2處。
4.2.3管道工程可能遭受軟土地面沉降地質災害危險性預測
評估區內軟土主要分布于韓江、東江、榕江等大、中型河流沿岸及部分水庫尾部,其中以榕江流域平原區規模較大。根據評估區軟土的特點,結合工程型式,采用有限數值模擬法,估算各軟土路段軟土地基沉降量,評估軟土地基不均勻沉降的危害性和危險性。預測軟土分布地段不均勻沉降量相對較小、危險性小。
4.2.4管道工程可能遭受泥石流地質災害危險性預測
評估區內未發現泥石流地質災害,在此主要是對溝谷泥石流的易發性進行分析。據泥石流的形成條件,結合1:5萬地形圖、1:20萬地質圖等資料及野外調查,沿線區域范圍內已發生的滑坡、崩塌等地質災害分布規律和發育特征,綜合分析擬建管道工程沿線兩側的主要溪河溝谷產生泥石流的可能性。預測發生泥石流的可能小,工程遭受泥石流地質災害的可能性小、危險性小。
4.2.5管道工程可能遭受活動性斷裂地質災害危險性預測
評估區內有三條活動性斷裂分布,斷裂與管道呈較大角度的接觸,因軟弱帶蠕動潛在引發管道變形,對管道安全帶來隱患,但因以上斷裂活動性較弱,采取合理的選材和施工,可以有效的降低活動性斷裂對管道工程的影響。預測評估區內活動性斷裂對管道工程影響程度較小、危險性小。
4.2.6輸氣場站可能遭受地質災害危險性預測
管道沿線共設置輸氣站場4座,閥室22座。其中21#、23#閥室遭受巖溶地面塌陷地質災害的可能性大、危險性大;13#閥室遭受滑坡、崩塌的可能性大、危險性大;6#、11#閥室遭受滑坡、崩塌地質災害的可能性較大、危險性中等;其余輸氣站、閥室遭受地質災害的可能性小、危險性小。
5、地質災害危險性綜合分區評估及防治措施
5.1地質災害危險性綜合評估
5.1.1評估方法
評估辦法采用“危險性積分法”,即列出與地質災害危險性最密切的評分項目,按百分制逐段、逐項進行考核打分,分高為危險性大,分低為危險性小。最后根據評分結果,結合實際情況給出危險性不同級別的標準分值,并按這個標準綜合評估每一地段地質災害危險性等級。
5.1.2評估結果
按照確定的綜合評估原則與量化指標,將閩粵支干線526km管道劃分為58個區段進行地質災害危險性綜合評估。
1)地質災害危險性大區(Ⅰ)
K0+000~K5+600等共16段為地質災害危險性大區。大區線路全長94.8km,占評估管道全長的18.02%。管道工程建設可能引發、加劇或遭受地面塌陷、崩塌、滑坡等地質災害的可能性大,危險性大,應開展專項勘察,并采取相應防治措施。
2)地質災害危險性中等區(Ⅱ)
K5+600~K8+500等共19段為地質災害危險性中等區。中等區全長116.15km,占評估管道全長的22.08%。為崩塌、滑坡災害中發育區段,災害點距離管道線路均較遠,總體孕災因素中等,有可能遭受崩塌、滑坡、泥石流等地質災害,危險性中等,應引起重視。
3)地質災害危險性小區(Ⅲ)
其余23段是地質災害危險性小區,共315.05km,占評估管道全長的59.9%。危險性小區無明顯的現狀地質災害,預測發生地質災害的可能性小,危險性小,但不排除小范圍、小規模的災害仍然存在,管道通過時也要引起注意。
4)站場工程建設地質災害危險性綜合評估
四個分輸站場區條件較好,周邊未發現地質災害發生,綜合評估擬建的四個場站遭受地質災害的可能性小、危險性小。
5.1.3適宜性綜合評定
根據以上評述結果,綜合評定擬建管道工程用地適宜性級別為基本適宜。
5.2防治措施
1)項目建設前需對工程場地作詳細的巖土工程勘察,特別是重要工程、不良工程地質條件段,為設計提供詳細的工程地質資料。
2)在穿越地質災害較為集中段和災害體時,應進行線路調整,避免大的災害對線路產生影響。
3)在管道定線前,應對地下礦區分布情況進行詳細調查,管道要盡可能繞避地下采空區,或采取對應措施對管道加以保護。
4)針對輸氣場站等重要工程,應進行專項地質災害危險性評估工作。
5)管道工程建設應盡量選擇在旱季進行,認真做好水土保持工作,同時加強施工過程中的監測,預警等工作。
6)管道工程建設中應嚴格執行地質災害防治工作“三同時”制度。
6、結束語
1)長輸管道工程一般具備線路長,跨越地貌單元多元化,地質環境條件復雜的特征,全面收集和分析地質環境條件資料至關重要。
2)根據管道沿線地質災害易發程度,有針對性的查明沿線地質災害和不良地質環境條件分布、規模、特征,對其危險性和對工程危害范圍及程度定性的作出現狀評估。
3)根據沿線的地質環境條件,結合管道工程的施工特點,對工程建設中和運營后可能引發或加劇地質災害和遭受地質災害的可能性、危險性進行定量、半定量的預測評估。
4)根據地質災害的現狀評估和預測評估結果,采用“危險性積分法”對擬建管道工程的適宜性作出綜合評估,有針對性的提出防治措施和建議。
5)地質災害危險性評估工作一般在可行性研究階段進行,受工程研究階段和現場實際勘查工作量的限制,評估成果不能滿足工程施工設計要求。后續工程勘察和設計、施工、監測等工作對地質災害防治中具有重要作用。
參考文獻
[1]中華人民共和國石油天然氣管道保護法,2010.6.25
[2]地質災害防治條例釋義編委會.地質災害防治條例釋義[M].北京:中國大地出版社,2004.
[3]國土資源部關于加強地質災害危險性評估工作的通知(國土資發[2004]69 號文件) .2004-03-2.
關鍵詞:油氣管道工程;地質災害治理;工程設計;審查要點
油氣管道一般要穿越多樣的地形地貌與復雜的地質條件,加之地質災害的影響,使得工程建設及運營都面臨極大的風險威脅?;诖耍瑢τ蜌夤艿谰€路開展地質災害調查與評價工作,明確災害實際影響,同時給予綜合性評價結果,對災害防治、工程安全保障均有重要意義。
1油氣管道地質災害治理工程設計基本原則
油氣管道的地質災害治理需嚴格從實際角度出發,充分結合工程要求及具體狀況,在設計計劃當中融入災害治理基本任務,和生態環保、環境治理及管道工程建設緊密結合,確保生態、社會與經濟相和諧、統一。在此基礎上,還需對災害特征進行考慮,在有效保障設備安全與人員安全的前提下,實現經濟性與技術可行性目標[1]。根據油氣管道工程范圍內地質災害各項特征,結合相關技術要求,第一步將線路微調作為基礎,采取避繞措施,確立管道工程和地質災害體之間的關系,嚴格遵循以防為主與防治結合的基本原則開展日常工作。其中,“防”是指:以預防為核心,以避讓為上策;“治”是指:充分結合避繞措施,確保安全即可。
2油氣管道地質災害治理工程設計的主要特點
工程設計特點有:第一,堅持避讓優先,盡量避讓“重大”,治理“輕小”;第二,除了要對地質災害進行治理,還需考慮會對管道工程安全造成影響的其他因素;第三,從對管道危害最小的位置通過;第四,減少或避免對地質災害體造成擾動;第五,永久性根治已知災害,避免留下后患。對于不同的地質災害類型,治理工程設計側重點有所不同[2]。1)滑坡災害:通過線路優化實現避讓,若無法進行避讓,則需從滑體厚度相對較薄的位置通過,如滑坡后緣,以此降低工程量并符合安全需求。管道上坡段或下坡段因遇滑坡而無法規避時,應沿縱向使管道正穿滑坡,以此減少擾動。2)泥石流災害:管道不得在泥石流溝內通過,若無法避繞,則需從堆積區中通過,同時增大管道的實際埋深。對穿越小規模泥石流溝的管道,應在基巖中埋設管道。3)崩塌災害:管道線路必須躲避松散堆積體,如果無法對比,則要從有一定攔擋條件的相對平緩區中通過。4)巖溶災害:首先管道要避免在不良地質條件區通過。針對勘察標定的巖溶,若其巖溶現象并不發育,則管道可采取與巖溶相垂直的方式通過。針對淺層干溶洞,可使用碎石進行回填;對巖溶向下部延伸較明顯的溶洞,不論有水沒水均不得填塞,應采取工程措施進行處理,如灌漿等。
3油氣管道地質災害治理工程審查要點
工程審查實際上是對圖紙與設計文件進行審查,在審查過程中首先要認真貫徹工程設計思路及理念,將相關法律法規及標準規范作為核心依據,積極采取可行的避讓方法對管道線路進行優化,再以地質災害和管道之間的相互關系為基礎,對圖紙資料實施全面審查。不同地質災害類型有著不同的審查要點。
3.1滑坡災害審查要點
①滑坡覆蓋范圍與規模,相關力學參數的取值準確度以及滑動面判別的合理性;②對滑坡自穩性有一定影響的各類因素;③滑坡自穩性評價準確性,地質模型與力學類型準確性;④線路優化空間是否存在;⑤工程所有支擋方案合理性,設施具置可行性;⑥支擋工程參數選擇合理性,計算與設計方式準確性;⑦管線與支擋施工順序合理性。
3.2泥石流災害審查要點
①泥石流災害主要形成區、堆積區與流通區;②斷面巖土特征及地質構造;③泥石流移動速度及沖刷作用深度,特別是管道通過區域;④對管道有破壞作用的外部因素,所用防護措施有效性;⑤泥石流溝及大溝間的相互關系,特別是隨著泥石流的不斷堆積,會使大溝寬度變窄,提高了大溝內的流速,增大沖刷作用深度,此時應強化管道的防護設計。
3.3巖溶災害審查要點
①巖溶發育情況、規模及主要延伸方向,管道線路和巖溶保持的位置關系;②溶洞頂部巖性、洞壁巖性與完整性,溶洞整體穩定評價結果的準確性;③巖溶災害治理方案的可行性與合理性,并明確治理完成后對周邊自然環境造成的不利影響;④工程設計與計算的準確性,工程數量合理性。
4結束語
根據管道線路范圍中不良地質條件特征,對幾種常見地質災害進行了專項勘察與綜合評價,同時有針對性與目的性地開展了治理設計工作。明確在管道總體規劃中納入災害防治的重要性,遵循防治結合與預防為主的基本原則,在工程審查過程中對不同災害類型實施針對性審查,保證設計方案可行性與合理性,在確保管道線路工程建設人員及設備安全的基礎上,為線路運營提供可靠的安全保障。
參考文獻
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關鍵詞:地質災害;位移監測;應力-應變監測;管道健康監測平臺
我國經濟發展使得能源需求量逐漸增加,能源關系到國家未來經濟發展和人民生活。為了保障石油、天然氣等能源的有效供給,國家建設了大量的管道,但管道在運行過程中面臨諸多風險,如地災影響破壞、人為破壞、機械施工破壞、極端天氣影響、自身腐蝕等[1]。我們必須對此類風險進行有效規避,做到提前預警,在線監測,盡早管控,從而保障管道安全平穩運行。華北油氣分公司采油一廠紅河油田原油集輸管道位于甘肅黃土高原溝壑區,地質環境復雜,水土流失嚴重,生態環境脆弱,自然降雨相對集中,尤其在雨季,崩塌、滑坡、地面塌陷和山洪泥石流災害極易發生。形成的滑坡體和泥石流極易對原油集輸管道造成沖擊,導致管道發生變形斷裂,從而引發原油泄漏,發生火災爆炸、污染當地生態環境等安全環保事故,造成重大經濟損失。如“西氣東輸管道深圳12.20”滑坡災害天然氣管道泄漏事故[2]。為有效管控地質災害影響下原油集輸管道風險,本文提出采用滑坡位移監測、管道應力-應變監測、土壤水量水份監測、原油泄漏監測等多技術手段,研究風險監測預警技術,為地質災害影響下管道風險管控提供科學依據,有效保障原油生產安全,減少經濟損失。
1地質災害風險管控對策分析
1.1影響因素分析
地質災害主要類型包括自然地質作用和人類工程活動對地質環境的破壞。從誘發因素分析可以分為山體滑坡、泥石流、地面塌陷、土壤鹽堿化、土壤荒漠化、降水侵蝕等,對原油管道造成的潛在風險包括管道暴露、管道變形、管道腐蝕等,直接降低了管道的使用壽命,間接引發管道破裂、原油泄漏,最終影響管道安全運行,破壞生態環境[3]。
1.2完善風險管控制度
建立特殊地區地質災害風險管控和專家分析制度。當埋地管道上方山體發生滑坡險情后,管道企業第一時間按照相應的管理制度,啟動應急預案,采取管控措施;地方政府地質災害防控部門第一時間成立工作指揮部,召集地災管控相關專家召開應急搶險會議,分析相關信息,供當地政府和應急指揮部決策參考。
1.3建立企地聯動機制
地質災害涉及到山體滑坡、泥石流、大氣降水、地震、降雨和融雪、第三方作業等方方面面,在應急處置和事故救援過程中涉及到應急、消防、公安、醫療等眾多部門,需要各企事類單位、各政府部門各司其職,密切配合。只有在當地政府的統一領導下,各有關單位整體聯動、主動作為、積極應對,才能最大限度地避免或減少地質災害對管道運行造成的損失。
1.4形成監測預警體系
[4]隨著國家“科技興安”、“科技強安”政策的不斷落實生效,運用安全科學技術建立起來的各類監測預警體系正在日益完善。目前,我國地質災害監測預警網已“網”遍全國,地震、海洋、氣象、水文等的監測、分析、預報系統,形成了遍布各地、相互交織的災害監測、預警網絡。針對特殊地區的特定地質災害,運用監測預警技術、建立監測預警體系,能夠從技術手段更加準確、及時、有效地對地質災害風險進行分析評估、預測預報,第一時間將事故災害消除在萌芽狀態,為政府和企業防治地質災害,保護人民生命財產提供科學依據和技術支撐。
2原油管道風險監測預警技術
2.1地表位移監測技術
采用GNSS自動化監測方式(圖1),對埋地原油管道上覆地表沉降和山移進行實時自動化監測。其工作原理為:各GNSS監測點與參考點接收機實時接收GNSS信號,并通過數據通訊網絡實時發送到控制中心,控制中心服務器GNSS數據處理軟件實時差分解算出各監測點三維坐標,數據分析軟件獲取各監測點實時三維坐標,并與初始坐標進行對比而獲得該監測點變化量,同時分析軟件根據事先設定的預警值而進行報警。
2.2管道應力-應變監測技術
管道應力應變是管道在風險狀態下受力的綜合表現,監測用以反應管道的力學安全,從而判斷地質災害影響下管道的形變情況,做到及時預警(如圖2所示)。其工作原理是:在原油管道表面設置兩個支點,固定鋼弦,在電流流通過電磁線圈所產生的短脈沖作用下,沿磁場方向發生振動;當支點間的距離發生改變時,鋼弦的張力與振動頻率也隨之變化。監測傳感器通過把構件表面或內部的應變轉化為鋼弦的工作頻率變化,從而實現對管道應力-應變的監測預警。
3技術探討與前景展望
3.1技術探討
不論是地質災害風險預警、管道腐蝕檢測和監測、原油泄漏檢測和監測,對于管道安全運行,能源經濟平穩發展都具有非常重要的意義。傳統檢測方法很多,但存在一些共同不足:檢測只能定期開展,耗費大量人力、物力、財力。建立一個實時在線監測系統,對管道進行實時在線連續監測,根據監測采集到的數據,定期對管道進行風險評估,從而預防或減少管道失效事故的發生,這是未來的研究方向。在實際應用中,單純某一種技術很難使各種不同條件下的管道檢測達到滿意效果,不同的監測和檢測技術應該互相補充,根據具體情況采用不同的方法組織來滿足現場生產需要。
3.2前景展望
2003年11月19日,國務院頒發了《地質災害防治條例》;2013年10月1日,河南科學技術出版社出版了《地質災害》;2019年12月30日,應急管理部和中國科學院成立了國家自然災害防治研究院,簽署聯合共建國家自然災害防治研究院協議和戰略合作協議,國家自然災害防治研究院正式掛牌。自然災害防治研究院主要承擔自然災害防治重大政策、基礎理論、關鍵技術、重要裝備研究,以及科技成果轉化和應用示范等工作。近些年,隨著國家對地質災害防治工作的不斷重視以及國家對石油、天然氣等能源需要的不斷增大,國家和企業對地質影響下的原油管道的風險管控也在不斷重視,各項監測預警技術也在突飛猛進,在各油氣田企業的應用也將越來越普遍。
參考文獻:
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[3]陳俊文.礦山地質災害成因及防治措施探討[J].世界有色金屬,2019(20):171+173.
筆者在野外調查期間仔細研究了崩塌19處,其中HB082+511右16m倒龍崩塌、HB107+234左49m吉心場崩塌、HB242+224左10m長陽堡鎮崩塌三處崩塌離設計管道線路最近,威脅最大(表略)滑坡滑坡主要發生在川東、渝中及鄂西中低山區,集中在宣漢、石柱、利川、恩施、巴東、長陽一帶,土質、巖質滑坡均有發育,多集中分布于地形坡度大于25°,尤其是順向結構邊坡地段。降雨是誘發滑坡發生的主要因素,雨水入滲滑體后軟化滑帶,增大滑體容重,導致坡體失穩產生滑動,對管道工程安全構成威脅。本次共調查滑坡52處,其中對管道工程危險最大的滑坡為四川境內的峨城山古滑坡,該滑坡平面形態呈舌狀,由崩坡積塊碎石土組成,厚5~10m,下伏自流井組砂、泥巖,滑體長約300m,寬約50~100m,滑體平均厚度7m。屬古滑坡,該滑坡前、后緣現狀不明顯,僅在滑坡體右側見滑體中小規模次級滑塌。不穩定斜坡川東、渝中及鄂西山區管線附近存在有相當數量的潛在不穩定斜坡,筆者共調查74處。一類屬自然斜坡,即地殼長期的抬升和地表水侵蝕下切作用下形成的天然斜坡;另一類為人工邊坡,為人類工程活動開挖形成。其中自然不穩定斜坡由于自身結構的特點,當外界條件具備時,易發生變形破壞。具備易匯水的松散堆積體斜坡、松弛破碎巖體斜坡、切腳的順層巖質斜坡常以滑坡形式產生變形破壞;具備外傾結構面的高陡斜坡、受多組裂隙切割的外傾楔形巖體懸崖陡壁則常以崩塌形式產生變形破壞。前者多在管道順坡穿越的“V”型溝,后者多在管道跨越的“U”型谷。人工不穩定邊坡主要表現為公路邊坡及居民建房形成的局部切坡,土質邊坡多以局部小范圍的坍塌為主,巖質邊坡多以零星崩塌掉塊為主。在管道沿線已建和在建的交通線路上多處見有人工不穩定邊坡,一般高3~20m,長10~200m不等,均存在不同程度的變形。管線工程經常從這些不穩定斜坡體上方或下方經過或橫穿,施工時極易造成該邊坡體失穩破壞,給自身帶來損失。2.4泥石流泥石流主要發育分布于川東、渝中及鄂西山區,以溝谷型稀性小型泥石流為主。區內溝谷深切、匯水條件良好、地形坡降大,為泥石流發生提供了地形條件;大量的松散堆積物及人工棄渣為泥石流發生提供了充足的物質來源;區內豐沛集中的強降雨則為泥石流提供了水動力來源。
地質災害危險性評估
筆者對研究區內地質災害危險性評估方法采用“危險性積分法”,即列出與地質災害危險性最密切的評分項目,按100分制逐段、逐項進行考核打分,分高為危險性大,分低為危險性小[5-6]。最后根據評分結果,結合實際情況給出危險性不同級別的標準分值,并按這個標準綜合評估每一地段地質災害危險性等級(表略)。綜合評估原則與量化指標,對管道工程和附屬站場逐段逐場進行綜合評估。據管道沿線各段地質環境條件、地質災害發育程度、施工和營運過程中可能發生的地質災害、管道施工方法、管線附近人類工程活動、地質災害對管道和周邊的危害程度等方面的依據,將整個天然氣管道工程1967.05km長管線(含支線工程)劃分為162個段進行地質災害危險性綜合評估。全路段及分省段地質災害危險性綜合評估結果統計。
地質災害防治對策
滑坡、不穩定斜坡研究區的滑坡、不穩定斜坡主要集中在川東、渝中及鄂西中低山區的宣漢、石柱、利川、恩施、巴東、長陽一帶。從地形坡度上分析滑坡和不穩定斜坡多發生在坡度大于25°的邊坡,尤其是順向結構邊坡地段。調查顯示,降雨是誘發此類災害的主要因素,因此要防止雨水侵入對滑坡、不穩定斜坡的影響,同時根據滑坡、不穩定斜坡發育的位置與管道之間的距離,亦分別采取不同的防治措施。管線距滑坡、不穩定斜坡距離在50m以上管線距滑坡(不穩定斜坡)距離在50m以上,滑坡(不穩定斜坡)變形破壞不會直接影響到輸氣管線的正常建設和運行,因此對待這類滑坡和不穩定斜坡主要采取加強監測、及時評估的處置措施,在沿線的52處滑坡中,這類滑坡共有37個,占滑坡數量的71.2%;在沿線74處不穩定斜坡中,這類斜坡共57處,占不穩定斜坡總數的77%。管道位于滑坡、不穩定斜坡影響范圍內滑坡和不穩定斜坡在管道影響范圍內但滑坡失穩不直接威脅管道,但可能影響管道安全運營,此類滑坡、不穩定斜坡的防治主要是加強變形監測,適當支擋,穩定坡腳。這樣的滑坡有5處,占總數的9.6%,不穩定斜坡有7處,占總數的9.5%。滑坡、不穩定斜坡變形破壞直接威脅管道管道從滑坡體(不穩定斜坡)前緣或中穿過,這種條件下有兩種防治方式,一是對滑坡、不穩定斜坡進行工程治理,通過設置擋墻、坡面護坡、排水,并在管道施工時,采取一定的工程措施,如分段敷設,避免連續不間斷大開挖,保證滑坡體穩定,并加強監測,確保管線運行的長治久安;二是改線處理,通過調整線路,使管線處于滑坡變形影響范圍以外。這類滑坡共有11處,占總數的21.1%,其中3處通過滑坡治理后通過,另8處根據滑坡發育情況,進行了線路調整,使滑坡不直接威脅管道;不穩定斜坡有10處,占總數的13.5%,均進行了工程治理。崩塌災害崩塌災害點主要分布在川東、渝中及鄂西南山區一帶的地勢高陡的陡坡地段,沿線88處崩塌災害點中筆者重點調查了其中19處,認為崩塌災害防治主要有兩種情況。崩塌直接威脅管道安全全線19處崩塌中,3處崩塌直接威脅管道工程,這類崩塌穩定性較差,上部危巖體積大,直接威脅到管道、設備和施工人員的生命財產安全,危險性極大,其防治方式一是合理避讓,適當調整線路,使管道遠離崩塌區,管道沿線有三個崩塌(倒龍崩塌、吉心場崩塌、長陽堡鎮崩塌)采用這種方法處置;二是管道施工前采取措施,清理可能產生崩塌的危巖體,并加強工程監測,管道重慶、鄂西的7處崩塌采用了這種治理方式。崩塌位于管道影響范圍內不直接威脅管道工程的崩塌體共有9處,這些地段施工前仔細調查工作場地及其周圍是否有可能產生崩落、滾動的松動巖塊、浮石等,少量危巖提前予以清除,并控制爆破藥量,避免產生崩落;加強監測,發現問題及時處置。泥石流管道工程沿線泥石流主要發育川東、渝中及鄂西山區,以溝谷型稀性小型泥石流為主,共發育大型泥石流溝10條,管道經過泥石流溝時,主要通過加大埋置深度(一般進入基巖)并做適當加強防護,將剩余棄渣堆放于開闊的溝底或寬緩的洼地,并視地形情況修筑擋土墻,做好沿線地表植樹造林工作,避免水土流失導致的泥石流災害。同時在低洼地帶加強防護,對潛在不穩定斜坡地段加強支擋,建議跨河處埋設河底,并加設防沖措施地面沉降地面沉降主要由過量開采地下水引起,管道沿線地面沉降主要涉及江蘇、浙江、上海等區段,此類災害多表現為緩變,其防治主要是考慮不均勻沉降帶來的管道變形,為此,管道設計中,采用能夠承受一定變形的彎(接)頭,并在管道下加厚墊層,降低不均勻沉降。地面沉降分為巖溶地面沉降和采空地面沉降兩類,防治方法分述:巖溶地面沉降巖溶地面沉降主要分布在鄂西山區、鄂東平原丘崗區,主要有三個地段發生塌陷,即恩施崔壩巖溶塌陷群、建始百步梯巖溶塌陷及大冶市大箕鋪鎮-金湖街辦巖溶塌陷區。管道經過巖溶塌陷區時,首先要加大巖土工程地質勘察力度,全面查明巖溶分布情況,在產生塌陷的地段,若塌陷坑范圍不大,且周邊地質條件穩定,可適當調整線路,若管道穿過塌陷區,要采用回填、坑口鋪蓋、采用灌漿、地基土加固等工程處理措施,或者提前架設基礎梁跨越陷坑。采空地面沉降管道沿線采空區共發現有11處,主要分布在湖北段大冶大箕鋪鎮銅礦開采區內,細垴灣、馮家山、三角橋村、黃皮山四個采空塌陷距管線較近,塌陷呈趨強勢頭,嚴重影響管道安全,管道經過此類采空區時,通過詳細勘察,對其中8個采空區進行避讓,對3處無法避讓的采空區,利用樁基礎設支點跨越。
(一)地質災害現狀
我市山地特征普遍,地質構造復雜,地形起伏大,巖石軟弱破碎,這些條件決定了我市是一個地質環境脆弱、地質災害多發的地區,屬全國重點地質災害防治區域之一,全市地質災害分布范圍廣、暴發頻繁、危害嚴重,特大地震后,使全市地質災害進一步加劇。
根據各縣(區)國土資源局和各鄉鎮排查,地震引發我市次生地質災害點7507處,造成147人遇難,468人受傷,地質災害造成的直接經濟損失28.51億元;省內外地質災害專家共159人協助我市共對1659處重要次生地質災害開展應急排查評估,其中:滑坡589處,崩塌456處,泥石流22處,地裂縫108處,地面塌陷3處。根據以往地質災害調查與區劃成果,全市地震前有重要地質災害隱患1506處,地震后專家排查的地質災害隱患1659處,其中地震前已有加劇的420處,地震新引發的1239處,目前全市經專家排查的重要地質災害隱患共2745處。
震后次生地質災害在全市八縣一區均有分布,區、為極重區,其他縣區為嚴重區。受地震和長期余震、降雨等影響,震前地質災害易發區部分老滑坡復活加劇,同時引發大量新的滑坡、崩塌和地裂縫,
(二)地質災害分布情況
我市地質災害在區域分布的總體趨勢是西南密集、向東北逐漸減弱,地震使這種差異性加劇,全市地質災害密度由北向南呈遞增趨勢加大,根據排查結果,在以下區域集中分布:
1、白龍江流域集中分布帶:
主要分布于白龍江沿岸、、一帶,為地震極重災區,全市地質災害重點防治區域。區內山高坡陡,重力侵蝕強烈,巖石軟弱破碎,植被較差,地震后崩塌、滑坡數量約占全市的60%以上,主要以基巖滑坡、堆積層滑坡和第三系、白堊系紅土層滑坡等類型為主,大中型滑坡數量眾多,大多不穩定,尤其在化馬——角弓——外那——臨江一帶,以及北峪河流域安化——馬街(漢林)——城區一帶最為嚴重;泥石流沿白龍江河谷連續分布,以白龍江兩河口——透坊段和支流北峪河流域最為發育,有較大泥石流200多處,如北山9條溝、北峪河、漢林溝、甘家溝、石門溝、火燒溝等;透坊——臨江段巖層較完整,漸為減弱,有較大泥石流40多處,其中臨江東風溝、尚家溝、蔣馮溝、橋頭燕兒溝等泥石流溝危害最為嚴重。
2、白水江流域集中分布帶
主要分布于白水江沿岸石雞壩——城——碧口一帶河谷及近山區,為”地震極重災區,全市地質災害重點防治區域。崩塌、滑坡數量眾多,以基層滑坡為主,受持續余震和降雨影響,一直處于不穩定狀態,多次發生較大災情險情,如南山、北山滑坡崩塌群;泥石流以稀性泥石流為主,以——石雞壩、碧口——中寨之間最為發育,如關家溝、賈昌溝、鐵樓溝等,地震后多次爆發,造成嚴重損失。
3、西漢水流域集中分布帶
主要分布于西和、、段西漢水流域河谷地區,為地震重災區,全市地質災害次重點防治區域。大多數滑坡系第四系堆積坡殘物組成,分布密度高,以漾水河流域、西和東南部土石山區、東南部黃土丘陵區和西南部土石山區最為發育,地震后造成災害較嚴重。泥石流主要有粘性、稀性和黃土泥流,以西漢水干流的順利峽——建村河段及其支流白家河,漾水河沿岸及雷家壩——之間的黃土泥石流區最為發育,爆發較為頻繁,受地震影響較大,危害也較為嚴重。
4、嘉陵江流域集中分布帶
主要分布于包括、兩當、和部分區域,嘉陵江支流河谷及近河谷山區,為地震重災區,全市地質災害次重點防治區域。地貌以山區盆地、丘陵、中低山為主,山體巖石較為堅硬,植被較好,滑坡、崩塌較不發育,災害一般.但地震后該區域地質災害明顯加劇,一些原來不屬于地質災害易發區的堅硬巖分布地段也引發了數量巨大的崩塌、滾石;泥石流主要分布在嘉陵江流域及其支流永寧河、青泥河、燕子河等支流河谷及兩岸地區,暴發頻率低,危害一般,部分區域較為嚴重。
5、礦區和公路沿線易發區
公路沿線一直是我市地質災害易發區,地震后山體滑坡、崩塌、坍塌和滾石數量眾多,毀壞公路設施、堵塞交通,造成的人員傷亡和財產損失巨大,如212國道、江武公路和各縣(區)主要縣鄉公路沿線山區地段。礦區因露天開采、礦石、廢渣不合理堆放,加上地震致使土石松動,極易發生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害,如西成礦區的六巷、廠壩、畢家山、洛壩等鉛鋅礦區,等金礦區。
二、地質災害威脅對象和范圍
地質災害對人民生命財產安全造成極大威脅,威脅著交通運輸、農業生產、城鎮、機關事業單位、學校、廠磚企業、電站、通訊和輸油管道等生命線工程的安全。地震發生后,根據各縣(區)國土資源局和和鄉鎮排查,地震引發地質災害點7507處,造成死亡147人,受傷468人,造成直接經濟損失28.51億元;根據專家組《市地震災后應急排查總結報告》,全市排查地質災害1659處重要地質災害隱患,共有30.9萬人受到威脅,占全市總人口275.75萬人的11.2%,威脅資產44.15億元,按照威脅對象和范圍,主要有一下三類:
1、威脅人口密集區的地質災害點:共有1178處,典型地質災害如南山崩塌群、北山泥石流,嚴重威脅和城區的人民生命財產安全。
2、威脅生命線工程的地質災害隱患點:共有396處,以中小型居多,大型零星分布,地質災害的穩定型以不穩定居多,基本穩定的僅有少量。險情等級以小型居多,中型次之。主要威脅212國道以及大部分呢的省道及縣鄉道路。
3、威脅重要設施的地質災害隱患點:主要有6處,威脅對象主要包括水庫、礦山、風景名勝區和地質公園。地質災害的規模以中小型為主,穩定性差,險情等級以小型為主,但需及時進行應急處理。
三、地質災害重點防范期
近幾年全市極端氣象現象多發,據氣象部門預測,全市降水量明顯增多,大范圍大到暴雨和連天集中降雨天氣增多,加上地震和持續余震影響,預測爆發地質災害的可能性加大,根據地質災害的形成特點和主要誘發因素,確定各類地質災害隱患點的重點防范期為:
1、滑坡、崩塌、地裂縫主要防范期:該類地質災害的形成受多種因素影響,降水誘發引起的滑坡、崩塌、地裂縫等災害具有稍滯后于降水的特點,6月一10月為主要防范期,強降雨和持續降雨多發,當降水達到一定強度時,就可能發生地質災害災害;2—3因冰雪融化、凍土消融,目前已發生幾起滑坡、崩塌災害,以北部雪凍嚴重的西和、、等縣較為嚴重;人為因素和其它自然因素造成的滑坡、崩塌等地質災害情況比較復雜,因此應當全年防范。
2、泥石流主要防范期:泥石流的形成與大雨、暴雨同步。根據我市的降水特點,確定泥石流的主要防范期為6月至10月。因地震造成江河溝谷中積聚了大量的固體物質,預測暴發災害性泥石流的危險增大。
3、地面塌陷的主要防范期:我市已發生的地面塌陷災害基本為地下采礦引起的,其發生、發展與采礦的強度、開采規模、開采形式等有關,該類災害全年均應防范。礦區應加強監測與預報、預警工作。
四、地質災害防治措施
(一)加強地質災害防治工作的組織領導
地質災害防治是人命關天的大事,今年是我市《地震災后地質災害防治規劃》實施的第二年,也是最為關鍵的一年,地質災害防治形勢嚴峻、工作任務艱巨。各縣(區)政府和有關部門務必要以高度的政治責任感和使命感,堅持以人為本,充分認識地質災害防治、防災減災工作的重要性和緊迫性,緊緊圍繞災后恢復重建地質災害防治項目的實施管理和汛期地質災害防范兩項核心工作,加強組織領導,及早部署安排,進一步落實責任,明確職責,全面實施、全力抓好和完成本年度年度實施計劃確定的項目建設任務,切實落實汛期地質災害防治的各項措施,確保人民群眾生命財產安全。
(二)抓緊擬定年度地質災害防治方案和突發性地質災害應急預案
各縣(區)國土資源部門要按照《地質災害防治條例》的要求,結合震后地質災害防治規劃和本年度工作任務,會同發改、財政、建設、水利、交通、預警、防洪等部門,加快本年度地質災害防治方案的編制、報批與工作;要在總結震后應急救援經驗教訓的基礎上,對突發性地質災害應急預案的修訂完善,進一步明確各相關部門應急救援的職責,增強預案的針對性和操作性,切實提高應急救援能力;對轄區內重點地質災害隱患區域,要按照《地震災后地質災害應急排查報告》中專家提出的防治意見,制定具體隱患點的防治方案和應急預案,全力做好方案的實施工作。
(三)全力抓好地質災害防治項目的組織實施和監督管理
中央災后恢復重建基金地質災害防治項目的組織實施和監督管理,是全市本年度地質災害防治工作的重中之重,總理政府工作報告中明確要求:“災后重建要加大力度,加快進度,力爭在兩年內基本完成原定三年的目標任務”。各縣(區)政府務必要充分認識項目實施的艱巨性、緊迫性,以高度的政治責任感和使命感,進一步加強組織領導,強化工作措施,創新工作方式方法,編報好項目年度實施計劃,科學統籌、合理安排、突出重點、分步實施、協調推進,全面加快推進項目建設,力爭盡早完成項目建設任務。政府主要領導要對項目建設工作負總責,發改、國土、財政等部門要明確職責,分工負責,共同做好項目申報審批、組織實施和監督管理工作,政府及監察、審計等部門要及時進行監督檢查,確保項目實施不出問題。為加強地質災害防治項目管理,確保項目資金??顚S?,項目實施依法、有序、快速推進,市政府近期將出臺《市地震災后地質災害防治項目監督管理暫行辦法》,各縣(區)務必嚴格按照《辦法》規定的項目論證、申報審批、組織實施和監督管理、工程驗的相關程序和要求,嚴格執行項目管理責任制、招投標制,勘查、設計、施工和監理資質備案審查制等各項治理,切實做好項目實施的監督管理工作。通過項目實施,大力提升全市地質災害防治水平和能力,及早實現防災減災的目標。
(四)加強地質災害群測群防體系建設
7月份市政府印發《市地質災害群測群防體系建設實施意見》以來,全市地質災害群測群防網絡體系已初步建立,但目前還很不健全和完善,群測群防的責任和措施還沒有落實到位。在今年地質災害年度實施計劃中,將群測群防建設列為重要建設項目,安排了專門經費給予保障,各縣(區)務必要按照《意見》要求,編制好群測群防項目建設實施方案,加強對基層鄉鎮群測群防體系建設的指導,將監測預警、防災避險的責任分解到鄉鎮、村社以及危險區的學校、醫院、廠礦、工程建設單位和企事業單位,建立覆蓋全市重要隱患點、防災責任人明確、監測預警措施完善、聯絡通訊暢通的市、縣(區)、鄉(鎮)、村(社區)四級地質災害群測群防網絡體系。
(五)做好汛期地質災害巡查監測工作
每年汛期是地質災害防范的關鍵時期,國土資源部門要會同建設、水利、交通、防洪、救災等部門,在地質災害應急排查評估的基礎上,結合今年地質災害詳查、專業監測點和示范區建設項目的實施,在配合專業地質單位開展好詳細調查工作的同時,繼續做好本行政區域內地質災害隱患點的排查監測工作。要重點排查人口密集的城鎮鄉村、江河沿線、交通干線、重點設施、礦區渣場、尾礦庫等區域,排查要確保不留死角。特別對威脅大、危害嚴重、不穩定的重特大隱患點,專家排查建議需要搬遷避讓的隱患點,要作為汛期地質災害防治的重中之重,按照專家組排查防治建議,劃定危險區、設置警示標志,下發防災避險明白卡,制定專項防災預案,安裝管護好簡易監測設備,確定專人巡查監測責任人,落實好監測預報、搬遷避讓等各項措施,確保人民群眾生命財產安全。
(六)做好汛期地質災害預警預報工作
地質災害氣象預警預報是地質災害預防的一項重要制度和措施,也是今年全市實施的重要項目之一,各縣(區)國土資源部門要力爭在今年完成項目建設任務,及早將項目建設成果應用到汛期預警預報中。國土部門要繼續與同級氣象部門共同配合,積極開展地質災害氣象預報預警工作,及時掌握雨情、水情、災情,對所轄區域內地質災害可能發生的時間、地點、成災范圍和影響程度作出預報,廣播電視部門要適當增加廣播電視播放地質災害氣象預報的時間,使政府有關部門和人民群眾及時了解地質災害信息,提前做好防范工作。
(七)加強地質災害防治制度和責任體系建設
各縣(區)要嚴格執行汛期值班制度、巡查制度、災情速報制度、月報制度等各項制度,建立完善地質災害防治領導責任制和責任追究制度,將制度和責任體系建設貫穿到地質災害防治的各個方面,分級負責、層層落實,把責任落實到每一個項目、每一項措施、每一處地質災害隱患點上,確保各項防災措施及時、有效落實。地質災害防治領導小組和國土資源部門在汛期要實行24小時值班制度,向社會公布地質災害報警電話(市、縣(區)國土資源局汛期值班電話見附表),保持24小時通訊聯絡,一旦出現災情,必須迅速啟動《突發性地質災害應急預案》,立即組織應急調查、險情評估、群眾轉移等搶險救災工作,同時按照災情速報制度要求,在規定時間內立即將災情速報上級各有關部門。對有災情險情不及時報告、接到災情險情報告不及時處置、防災制度不落實、措施不到位發生地質災害,造成人員傷亡和重大財產損失的,要嚴肅追究相關責任人員責任。
(八)加強對工程建設活動引發地質災害的監控
各縣(區)要按照《地質災害防治條例》關于“在地質災害易發區內進行工程建設應當在可行性研究階段進行地質災害危險性評估”的規定,加強災后重建項目、集中安置點和各種工程建設的地質災害危險性評估備案工作,為建設項目施工和運營安全提供保障。要加強對各重點礦區、公路沿線、水庫、河道、削壁建房、挖土采砂等工程建設活動造成的地質災害易發區的監控,對因工程建設等人為活動引發的地質災害,嚴格按照《地質災害防治條例》的規定,由責任單位承擔治理責任。特別是礦區地質災害恢復治理工作,要按照國土資源部《礦山地質環境保護規定》和《市礦山地質環境恢復治理保證金管理暫行辦法》,做好本年度保證金提取和繳存,加大礦區地質環境恢復治理監管力度,確保今年全市礦區地質環境恢復治理取得較大成效。
(九)做好地質災害防治宣傳培訓工作
各縣(區)要要將宣傳培訓工作作為地質災害預防的一項重要措施,組織專門技術力量,繼續加大《地質災害防治條例》和地質災害防治科普知識宣傳培訓力度。要加強對基層鄉鎮、國土資源所、重點村社干部和監測預警人員的培訓,使基層干部群眾掌握地質災害防治基本知識,提高各級政府和有關部門地質災害防治意識和責任感,增強了抗震救災各部門之間配合協作和應急反應能力;要重點加強地質災害易發區的農村、山區和人口密集區的宣傳,力爭做到人人知道地質災害前兆、監測方法、報警方式、躲避路線、自救常識等基本防災知識,切實提高人民群眾防災意識和能力。特別是災后重建點的宣傳,要以認識災害、避讓災害、安全選址建房為主,確保群眾災后重建的房屋不受地質災害威脅。
關鍵詞:無人機;地質災害;泥石流;水電工程
前言
近年來,隨著無人機技術的發展,無人機的應用領域不斷拓展,已突破原來以軍事為主的用途,越來越多地應用于各行各業。如韓文權[1]等對地質災害監測、應急救援和災情評估工作中無人機遙感可提供的應用進行了分析,介紹了無人機遙感在重慶市武隆縣雞尾山特大型滑坡救援中的應用。高嬌嬌[2]等用無人機遙感應用在西氣東輸管道地質中,闡述了應用無人機遙感進行地質災害調查的關鍵技術與方法,論證了航空影像進行地質災害調查的可行性。吳振宇[3]等通過無人機在地災調查中的應用特點、意義和關鍵技術,證明了無人機在地災災害調查中的可行性和優越性。周文生[4]等應用無人機在礦山地質環境調查中,驗證了無人機遙感技術在礦山地質環境調查中的可行性與有效性,為礦山地質環境調查于監管提供快速有效的技術。李定松[5]應用無人機在地質災害監測中,研究了無人機技術發展歷程與特點,對無人機在地質災害監測中的應用進行闡述。尹鵬飛[6]等應用無人機在震后災情調查中,完成了以四川省綿陽市安縣等為重點的次生地質災害調查和災情評估。張啟元[7]等應用無人機航測技術在青藏高原地質災害調查中,建立了一套適合高原特殊地理環境下的地質災害遙感調查、監測技術流程,提高了地質災害遙感調查、監測的工作效率,表明無人機在青藏高原地區地質災害遙感調查工作中具有明顯優勢。肖波[8]等應用研究無人機低空攝影系統在泥石流地質災害應急中,介紹了無人機在地質災害應急調查與監測中所發揮的重要作用。梁京濤[9]等利用無人機并結合野外調查,開展了汶川震區綿竹市走馬嶺泥石流的發展情況,并進行分析評價。
1無人機在水電中的應用
我國西南地區水電能源蘊藏量豐富,但西南地區多屬高山峽谷地貌,地質條件復雜,地質災害多發。工程地質人員工作區域通常山高路險、交通不便,同時植被發育、通視條件差。尤其是雅魯藏布江下游河段、金沙江中上游河段、雅礱江中上游河段等未來水電開發的熱門地區相應問題將更加突出。無人機在水電行業中也逐步開始使用,但主要用于地形測繪、遙感、環水保、庫區巡視等用途。雅魯藏布江下游河段、金沙江中上游河段、雅礱江中上游河段等地區,人跡罕至、地形條件極其復雜、自然環境極其惡劣,依靠人力開展重要地質現象調查極其困難,即便能開展調查的區域也通常難度巨大或存在安全隱患,地質調查工作存在諸多困難和制約因素。鑒于無人機具有快速機動、操作簡單、使用成本低、危險性小、能獲取高分辨率影像數據等優點,對于高山峽谷、植被發育地區、高寒地區等人力難以工作的地區適應性強,同時利用無人機加載的外部設備也可以獲取地質專業所需資料。這對無法展開現場地質工作或開展地質工作難度巨大的地區如何有效獲取地質資料具有十分重要的意義,以此解決人力無法開展地質調查的現狀,彌補完善地質資料,滿足工程需求。
2無人機航攝系統基本特征
本次應用試驗時采用購買的大疆S1000無人機。
2.1安全穩定大疆
S1000無人機采用V型8旋翼設計,在提供充裕動力的同時做到了動力冗余,配合DJI飛控使用時,即使某一軸被意外停止工作也能最大幅度保證飛機處于穩定狀態。機身板內部集成了含DJI專利同軸接頭的電源分布設計,高效、可靠、安裝方便,用戶不需要做任何焊接工作;主電源線選用AS150防火花插頭與XT150的組合。從中心板到機臂、起落架等多處均使用全碳纖維材料,系統在低自重的基礎上做到了最高的結構強度。
2.2便攜、易用
所有機臂均可向下折疊、配合1552折疊槳,可使整機運輸體積最小化,方便運輸攜帶。用戶只需抬起機臂、鎖緊機臂卡扣、給系統上電,就使S1000進入了飛行就緒狀態,大大縮短每次飛行的準備時間。中心架在提供3組XT60供電插座的同時,還預留了8處設備安裝位,系統安裝變得更簡單整潔。
2.3操控性
所有機臂采用8°內傾和3°側傾設計,可使飛行器在橫滾和俯仰方向更加平穩、在旋轉方向更加靈活。力臂內置40A高速電調、使4114pro電機在配合1552高效折疊槳工作在6S電源時,獲得單軸最大近2.5kg的強勁推力輸出,充足的動力會讓用戶更加隨心所欲。2.4其他云臺安裝架下移設計,集合系統標配收放起落架,給鏡頭以更廣闊的拍攝視角。整機自重約4kg,最大起飛重量約11kg,可輕松搭載5D級別全套拍攝設備,在配合6S15000mAh的電池時,可獲得長達15min的續航時間,有效作業時間約12min。
3大橋溝泥石流基本地質條件
大橋溝位于雅礱江左岸,為雅礱江一級支流,溝口位于擬建官地水電站大壩下游約3.5km處,溝口堆積扇扇緣長約400m,扇軸長450m左右。流域總體近南北向展布,南寬北窄,略呈矩形,南北長21km,東西寬14.5km,流域面積約170km2,其中匯水面積147.889km2,占流域面積的86.96%;主溝縱長為26.12km,縱坡坡降為97.06‰。流域四面均為由近3000m及3000m以上中高山所形成的分水嶺,其中東側以北西向牦牛山為分水嶺,與安寧河流域相隔。南、北、西側為與雅礱江主流或其次級支流的分水嶺。源區最高海拔約3720m左右,溝口高程約1200m,高差約2500m。主溝兩側支溝眾多,呈明顯的“樹丫”狀結構。大橋溝流域內地層呈近SN~NNW向展布,從東至西出露地層主要有印支期斜長花崗巖及花崗閃長巖(r051)、三疊系上統白果灣群(T3bg);上震旦系觀音崖組(Zbg);上震旦系燈影組上段地層(Zbdn1);松林杠群玄武巖組(SLG);志留系下統龍馬溪組(S1l);志留系中統石門坎組(S2S);泥盆系中統(D1-3)及石炭系中統威寧組(C2w)等。大橋溝溝流域內植被總體茂盛,且以針葉闊葉混交林及高山灌木叢為特點,覆蓋率達90%。
4無人機航攝成果
4.1地質要素獲取
利用無人機和地面輔助測量手段,獲取相關照片影像和定位信息流。同時,以圖像處理技術、空中三角測量技術、攝影測量技術和圖像識別技術手段為依托,利用無人機影像后期處理軟件(如PIX-4Dmaper、Photoscan等)初步獲得全景地形地貌景象圖、三維地形等地形地貌和地質信息。本次以官地電站大橋溝泥石流溝口泥石流為依托,應用無人機技術,開展大橋溝溝口泥石流的應用試驗,利用后處理軟件(Photoscanpro、GOCAD等),利用官地大橋河溝泥石流進行三維立體空間真彩色模型進行地質邊界的獲取,生成生產需要的工程地質平面圖、工程地質剖面圖、三維地質可視圖和解譯分析。
4.2航攝成果根據無人機航攝,取得官地大橋溝泥石流航攝圖(見圖1)、利用官地大橋河溝泥石流航測照片生成工程地質地形(見圖2)、工程地質剖面(見圖
3)、GOCAD三維模型(見圖4)。
4.3航攝解譯成果分析
地質災害作為一種特殊的不良地質現象,無論是滑坡、崩塌、泥石流等災害個體,還是由它們組合形成的災害群體,在圖像上呈現的形態、色調、影紋結構等均與周圍背景存在一定的區別。地質災害解譯基于災害類型的地學原理及形態特征進行識別,需對地質災害有基本認識。泥石流判讀主要通過溝道內松散固體物質的辨識獲得;崩塌表現為陡直的后壁及下部的堆積物;滑坡多呈花斑色調特征較為明顯。識別地災類型后,在圖像上按照災害體各要素的形態特征圈出邊界。最后可獲得更加準確的災害置、邊界及面積等基礎資料,以指導地災防治工作。(1)通過解譯,試驗區地質災害主要有泥石流、崩塌、斜坡變形破壞等類型;(2)泥石流溝口有新沖出物,厚度不大,方量不大。兩側山體總體穩定,植被覆蓋較好,渣場穩定,渣場坡腳未見明顯淘刷,但溝壑仍見下切跡象。沖出物來源以物理類型居多,受風化卸荷影響,坡面發育有松散的崩坡積物,汛期易隨地表水沖出,坡腳和兩側山坡坡面都可明顯易見。另外物質來源主要為人類活動(修筑道路棄渣)所致;(3)右岸發育的一崩坡積體,受前緣切腳影響,邊界有變形跡象,尤以上游側邊界變形較為明顯(見圖5)。初估該部位方量不大,物質組成以崩積的塊碎石為主??梢岳萌S模型進行方量估算;(4)根據大橋溝溝口泥石流發育情況推測溝內泥石流總體不活躍,若有效采取多種工程措施和生物措施,在流域內對山水林田統一規劃,綜合治理,將極大地減少泥石流的危害。
5地災災害復核
大橋溝流域物理地質現象類型多,除正常風化卸荷外,崩塌、滑坡及泥石流均有分布,不過以崩塌為主,其中以大橋溝溝口~小河溝溝界處河段最為普遍,段內崩塌落石發育,再加之修筑公路后,進一步導致開挖路塹邊坡崩塌范圍擴大,目前尤其在大橋溝右岸山坡崩塌落石較普遍。調查區基巖內的地下水總體不發育,溝內水流主要靠大氣降水補給。大氣降水部分順坡面流入溝中,大部分滲入崩坡積物中形成孔隙水。斜坡坡面崩坡積中的孔隙水是保證沖溝常年流水的主要源泉。大橋溝內人類活動較頻繁,主要表現為修筑山區公路。地質災害復核成果與無人機航攝解譯成果基本一致,驗證了無人機在水電工程地質調查中是可行和有效的,無人機可以開展地質災害調查等。
6結論
(1)試驗應用證明,無人機具有成像分辨率高、數據獲取靈活等優點,無人機在水電工程地質調查方面亦有較大的發展空間;(2)應用試驗解譯結果與實地調查結果較吻合,驗證了無人機在水電工程地質災害中的可行性與有效性;(3)根據大橋溝溝口泥石流發育情況推測溝內泥石流總體不活躍;(4)今后可以利用間期飛行成果,對泥石流溝口堆積情況進行對比分析,分析和評估泥石流發展趨勢。
參考文獻:
[1]韓文權,任幼蓉,趙少華.無人機遙感在應對地質災害中的主要應用[J].地理空間技術,2011,9(5).
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[3]吳振宇,馬彥山.無人機遙感技術在地質災害調查中的應用[J].寧夏工程技術,2012,11(2).
[4]周文生,吳振宇,劉海燕.無人機遙感在礦山地質環境調查中的應用[J].地下水,2014,36(2).
[5]李定松.無人機在地質災害監測中的應用[J].北京測繪,2015(4).
[6]尹鵬飛,尹球,陳興峰,等.無人機航空遙感技術在震后災情調查中的應用[J].激光與光電學進展,2010.
[7]張啟元.無人機航測技術在青藏高原地質災害調查中的應用[J].青海大學學報(自然科學版),2015,33(2).
[8]肖波,朱蘭燕,黎劍,等.無人機低空攝影測量系統在地質災害應急中的應用研究[J].價值工程,2013.
關鍵詞:鐵路隧道;施工過程;問題;改進
1 當前鐵路隧道施工的現狀
我國是一個幅員遼闊的國家,面積多達九百多萬平方公里,因此路線長、貨運量大、速度快的鐵路運輸成為我國最主要的交通運輸方式,鐵路線貫穿南北。我國面積遼闊且地質地貌形式多樣,在修建鐵路過程中,經常受高山、河谷等自然因素的阻礙。在這種情況,為縮短距離、節約成本,加強偏遠地區的聯系,常常會在這些特殊地貌中間打通一條鐵路隧道并加以改造,用于鐵路的通車和保護。在鐵路隧道施工的過程中,由于施工環境的惡劣和技術問題等原因,隧道坍塌等事故頻發,機械設備破壞、工程進度減慢,浪費了巨大的財力物力,造成人員傷亡,損失嚴重。
2 鐵路隧道施工存在的問題
2.1 施工技術不當
施工技術是鐵路隧道施工的重點,對地質條件的勘探和防御技術、在施工作業中對機械設備的操作水平,都會影響到隧道施工的安全和進度?,F階段,我國引進了較為先進的鉆爆法、掘進機法等,加上相應的通風、支護和襯砌技術,對于應付一般隧道施工問題是完全可以的。但在實踐過程中,這些技術并沒有得到很好的運用,成效不大。例如,企業投入較少,技術設備不夠齊全;操作人員水平不高,技術運用不嫻熟;地質勘探技術水平較低等,都使得作業過程中不能有效預測施工時的地質危害且對地質災害的防治技術不夠完善,加重了施工事故發生時人員的傷亡和經濟的損失。
2.2 地質條件復雜
鐵路隧道是為保護鐵路安全及出于成本等因素而建造,多在山區、河流或地貌奇特地區,所以地質條件較差,給修建隧道帶來了阻礙。地質條件復雜包含兩個方面:一方面是該地區的自身狀況較差,例如巖層結構復雜,開鑿不易;巖層脆弱,易倒塌;位于斷層地帶,地殼活動不穩定;喀斯特地貌等特殊地形等等。這些地區在開鑿隧道時異常艱難,或是巖石堅硬,難以打通;或是地質脆弱,開鑿后容易發生巖層變形或者倒塌,甚至引起一系列的泥石流、滑坡、地面下陷等地質災害,造成事故。另一方面是施工地段周圍環境特殊,主要分布在采空區、黃土洞穴等特殊地段,下穿城市時容易與周圍的建筑、煤氣石油管道、地下水等接觸,造成地表結構變化、建筑倒塌,甚至威脅到城市居民安全,在打通隧道時要異常小心。
2.3 施工單位輕視
鐵路隧道的施工是由施工單位進行策劃、組織和管理的,所以要提高施工技術,加快進度,就需要施工單位對其加以重視。在我國施工單位中一直盛行著“塌方不可抗御論”這一觀點,即將隧道施工時造成的塌方問題完全歸結于地質因素,將地質條件的影響無限擴大,認為地質條件的復雜是施工困難的唯一因素,不可抗拒。久而久之,施工單位就忽視了對地質工作的開展,在現階段,我國大多數施工單位中既沒有專業的施工地質技術人員,也缺乏完整的地質工作工序,僅憑經驗施工;有些施工單位雖然安排了地質技術人員,但他們大多不參與實際工作或局限于地質預測工作,對于后續工作的開展沒有明確的指導;而國家也逐漸形成了以隧道塌方次數的多少評價地質條件的好壞與施工工作開展的難易程度,忽視了對地質技術的開發研究。
3 鐵路隧道施工的改進措施
3.1 改進施工技術
首先,改進預加固技術,即對相對脆弱和易破碎巖層進行注漿加固,增強其受力能力和穩定性,從而增強施工過程中其抗壓能力,提高安全性;其次,改進支護技術,超前支護,加固施工設備,保障工作人員的生命安全;最后,改進控制方法,采用自動化監測進行臨空面控制,遠離施工洞口,保障施工安全。
以具體防治措施為例:塌方多是由于圍巖脆弱、易破碎,在修建隧道時,可采用提高圍巖的強度和抗壓性的措施進行注漿,利用施工中常用的超前長管棚、超前錨桿及加固注漿、超前小導管注漿等施工措施加以預防;對于瓦斯地層,則需要降低瓦斯壓力,采取鉆孔排放的方式,減輕施工壓力,同時要對其進行安全監測,利用瓦斯測定儀對其進行不間斷地濃度監測,確保施工安全;對于石膏地層和山谷等地下水位較高的地段,或在巖層軟弱、復雜的地質隧道施工過程所引起的滲漏水問題,應采用積極有效的防排水措施予以處理,某些地段還需加強通風,以確保隧道內鐵路運行安全。
由于地質災害的種類和各地的具體情況不同,在施工時,需針對不同的地質災害問題選擇相應的施工技術和防治方法進行處理,以防引發其他的地質災害;還要與時俱進,適時更新,采用先進技術,并不斷總結施工中的問題和治理經驗,在進行新的施工方案設計時充分考慮,以減少同類事故的發生;同時施工機械的性能決定了施工方法和復雜地質條件下隧道安全高效的完成,所以要不斷完善施工機械性能,正確選用機械材料和科學技術。
3.2 加強地質工作
現階段,我國對地質工作研究較少,大部分隧道施工缺乏地質工作這一環節或者只關注地質環境的前期勘探,所以這方面的工作急需加強??茖W的隧道地質工作應包含三方面內容:前期的地質情況預測、施工中圍巖的進一步調查及地質災害監測、探討與圍巖相匹配的施工技術等。前期預測是指在施工前,由專家和隧道工作者運用儀器探測和地面調查等方法,初步了解施工地的地質構造,判斷隧道可建與否及運用何種施工技術進行鉆探;施工過程中,對巖石的調查和鑒定包括巖層自身結構、受力狀況和巖層周圍的地質狀況,如地下水等,隨著施工進展對其進行深入調查。對地質災害的監測主要是指通過深入隧道,對塌方、突水、瓦斯爆炸等地質災害進行監測,具體內容即是對巖層破碎帶和不穩定的巖溶等進行識別,對地下水位進行監測及對斷層和煤系地層的確認識別,以保證施工階段的安全性;經一系列識別監測后,在地質狀況相對穩定的情況下,還要尋找與該巖層結構相對應的施工技術,以免在施工中誘發地質災害。
3.3 加強相關監管
從國家方面來看,立法機關應加強立法,杜絕施工單位的敷衍僥幸心理,以加強其對工作的重視力度和安全意識;同時中央和各地鐵路部門成立專門的監察小組,加強對鐵路施工單位的工作監督和管理并成立研究機構,采納各方意見,專門研究地質工作技術和機械設備操作技術的改進與創新,根據不同施工地段的地質狀況進行調查,尋找最適合的技術,從而從整體上保證施工的順利進行。
從施工單位來看,要從企業內部加強管理,關注施工工作的開展。首先,選擇職業的、經驗豐富的地質工作和機械操作人員并給其進行定期專業培訓,深入了解工作;其次,在施工過程中加強管理和監察力度,增加人員,組建管理和監察小組,及時發現和解決施工中出現的問題,確保施工工作的有序開展和進度。加大管理和監督,使企業和施工人員對隧道施工中的地質災害問題產生高度重視,提高施工隊伍的風險意識,增強職業素質,從而使事故風險在隧道施工中盡量降低。只有國家和施工單位重視問題,才能盡早發現問題并商討解決辦法,從而改進鐵路隧道施工工作。
4 結 語
現階段的隧道施工問題不僅是由復雜的地質條件引起,更多是技術不過關及施工單位推脫心理造成的,所以在改進隧道施工時要加強關注力度,提高地質勘探和施工技術,增強安全性。
參考文獻
[關鍵詞]集輸 安全 技術
中圖分類號:TE832.1 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)19-0383-01
引言:管道運輸因具有高能高壓、易燃易爆、有毒有害、連續作業、環境復雜等特點。在使用過程中易發生因腐蝕、第三方破壞或超壓等因素塑造成的泄露或管道破裂事故。導致人身傷害、設施破壞和環境污染等嚴重后果。因此加強安全管理具有重要意義。
1 油氣管道的事故分析
大慶油田油氣管道失效的主要原因為腐蝕、外部影響和材料缺陷。國外輸氣管道1000km的年事故發生率隨時間呈下降趨勢,而我國油氣管道的事故率遠高于發達國家。
管道由于投產至終結其事故率一般遵循浴盆曲線,所謂浴盆曲線是曲線呈浴盆狀在管道投產初期因設計、施工、管材、設備等諸方面的缺陷導致事故率較高,每1000km的年事故發生率為5次左右,該階段通常持續半年到2年。管道正常營運期事故少而平穩,該階段的事故多為管道受腐蝕及外力破壞所致,每1000km的年事故率約為2次左右,一般持續到15到20年,管道老化階段由于管道內磨損及內腐蝕加劇,事故明顯上升,其每1000km的年事故發生率一般在2次以上,而且事故發生有意外性,修復也困難。
2 油氣管道安全預警技術
為了有效的遏制日益猖獗的針對管道的破壞,防止非法開挖和第三方破壞,同時在來實施清理前,將管道沿線的地質災害監測起來,對管道實施有效的保護,必須采用技術監控手段進行預警,目前的人工巡線,不可避免的存在密度、頻度及人員問題,必須建立起有效的技術防御手段,保證管通實時處于受控狀態,管道管理部門可以隨時掌握管道沿線信息。
2.1 光纖預警技術
為了傳輸管道的實時運行數據,在管道建設期與管道同溝敷設了一條光纜,光纖管道預警系統利用其中冗余的三根單膜光纖構成基于mach-zehnder光纖干涉儀原理的分布式震動信號傳感器,采集管道沿途的震動信號。
光源發出的光在光纜中傳播,管道沿線管道威脅時間產生的異常震動信號被光纖感知使其中傳播的光波被調制,收到調制的光信號傳到光源及光電檢測系統。被光電探測器將光信號轉換成電信號,隨后通過放大和濾波電路隊信號進行處理,經過A/D轉換傳輸到計算機中進行進一步的信號處理和分析。計算機信息處理系統對采集到的信號進行特提取、模式識別將管道威脅事件和管道沿線的行人、車輛通過等背景噪聲分開,對打孔盜油,機械挖掘等管道威脅事件進行報警和定位。
目前該系統已經在中困石油港濟棗等多條管線投入進行,成功的發現和定位了多起第三方對于管道的破壞,對管道巡護提供了指導,切實保衛了管道安全。該技術一套設備即可實現60km左右的管道安全預警,無需在管道沿線增加任何設備。運營成本低,具有很高的推廣價值。
2.2 聲波預警技術
由于很多在役管道已經運行三十多年,在管道建設期沒有同溝敷設光纜。如果重新開挖設光纜無論從經濟和技術上都不可行,因此光纖管道預警技術只適合于近年新建的和即將修建的油氣管道的安生預警。對于在役的沒有同溝敷設光纜的管道,通過檢測管道上傳播的聲波信號實現對管道的安全預警。
油氣管道由于打孔盜油,第三方開挖等原因受到破壞時,刮除防腐層、焊接盜油卡子、安裝閥門、打孔等外力撞擊活動引起管壁震動,這一震動沿著管壁向兩側傳播。由于傳播衰減、管道結臘、管道外土層吸收、拱跨、彎頭等等的阻尼作用,只有特定頻率成分的波才能傳播較遠距離,而且不同的事件引發的管道振動模式各不相同。因此通過檢測特定成分的管道振動信號,即可實現對管道破壞事件的檢測。
目前該技術已始在中國石油秦京、鐵大等多條管道的打孔盜油、非法開挖等第三方破壞高發區的管道安全預警。該技術的投入使用已發現了多起針對管道的破壞事件,有效的保證了管道的安全,成為管道安全監測的重要工具。
2.3 地質災害預警技術
滑坡的存在時管道運行的重要安全隱患。對滑坡及其影響下的管道進行監測預警是一種有效的、低成本的管道滑坡災害防治方式。光纖光柵傳感技術具有精度高、抗干擾、抗惡劣環境影響的特點。對監測管道滑坡有良好的適用性,還沒有報道。
該技術通過在管道地質災害多發區安裝特別設計的光纖光柵傳感器陣列。實現對管道滑坡區的表部位移、深部位移、管體應變及管土界面推力的實時監測,以及常規的降雨量監測、高精度GPS位移監測,有效的實現了區域多參數,多物理量的聯合監測。同時還建立了監測數據的實時自動采集與遠程傳輸系統。將監測數據發送到遠程監控主機,利用管道土體相互作用的數據模型定量分析土體移動對管道的影響,從而確定不等危險程度下各檢測量的閾值。當某檢測量超過其閾值時,系統給出報警,提醒管道管理人員對該移動區采取減緩措施。
目前該系統已經成功的應用在蘭成渝管道滑坡區的安全監測,并在汶川大地震中成功的檢測了滑坡及管道的變形情況,為管道搶修提供了決策支持。
2.4 地震檢波器預警技術
人員、車輛等目標在地面上運動,對地面來說就是目標對地面施加以一定的激勵,對于非剛體的地球介質的變形,變形在地球介質中傳播即形成地震波。有效的檢測管道沿線相應于目標運動引起的地震波,對這一信號進行分析和處理就可以有效的將管道沿線監控起來,使用模式識別技術等現代人工智能技術,可以將人工挖掘、機械的非法開挖以及各種第三方破壞區別開來,因此對管道沿線地震波的監測和分析,可以對管道實施有效的保護和監控。
該技術通過在管道沿線埋設地震檢波器,監測管道沿線機械開挖、打孔盜油等人為、機械活動產生的地震動信號?,F場信號預處理單元對采集的震動信號進行處理并轉發。中央處理單元通過三角定位法實現對管道威脅事件的定位,并啟動智能分析系統,濾除管道沿線正常的震動信息,對管道保護區域內的機械開挖等威脅事件進行分類報警和定位?;诠╇娂巴ㄐ欧矫娴脑?,該系統適合于管道重點區段的安全監控。
目前已經在多條重要管道的重要跨越段部署地震檢波器矩陣,實現管道跨越重點河流的安全監控,有效的避免了管道遭到破壞后對河流的污染產生的次生災害。
2.5 預警技術總結
油氣管道安全預警系統的開發和實施有效的保證了管道安全出去受控狀態。通過對不同的管道應該結合管道的實際情況部署不同的管道安全預警監測系統。
對于一條具體的管道進行安全預警技術及體系的部署首先應該在對管道進行詳細調查,獲得管道與河流、各級公路、鐵路伴行或穿越的情況;管道距離村莊、學校、工廠的情況;管道沿線的土壤情況,管道沿線的地表占壓,農民耕作情況;管道沿線地質災害的情況;管道沿線是否有同溝鋪設的光纜及光纜的成纜方式。在完成管道沿線情況分析之后,根據管道需要保護的情況結合制定管道的安全預警方案。
3 油氣管道輸送技術的發展與展望
進入21世紀以來,隨著中國東部和西部地區油氣田的進一步開發和國外油氣資源的引進,我國的油氣管道輸送技術有了很大的發展,本論文對于管道輸送安全技術進行了詳細的分析與總結。對于管道的安全防護技術,我們也期待著防治技術能夠更加完善,減少人員傷亡,更好的實現油氣管道的運輸。隨著油氣管道輸送技術的發展,也有不斷涌現的新技術,其中包括多相混輸技術,高凝原油儲存技術及石油物流配送方法等,我們期待著越來越多的油氣管道技術的涌現,實現管道技術的長足發展。