長距離輸氣(油)管道沿線地質災害監測技術研究*

陳 珍 胡敏章

(1)江西工業工程職業技術學院，萍鄉 337055 2)武漢大學測繪學院，武漢430079)

長距離輸氣(油)管道沿線地質災害監測技術研究*

陳 珍1)胡敏章2)

(1)江西工業工程職業技術學院，萍鄉 337055 2)武漢大學測繪學院，武漢430079)

研究采用GPS技術進行長距離輸氣(油)管道沿線地質災害監測的理論和方法，主要分析滑坡體表面的形變，同時結合雨量監測和裂縫監測分析滑坡體的形變。研究表明：GPS技術可以有效地對地質情況復雜區域的地質災害體進行監測，分析其滑移狀態，為工程的災前治理提供科學依據。

油氣管道;地質災害;GPS;滑坡監測;災前治理

1 引言

作為“西氣東輸”系統工程的重要組成部分，忠武輸氣管道承擔著湖北和湖南兩省主要大中城市民用生活燃氣及一些重要企業的能源供應，如果由于地質災害等因素導致管道供氣中斷，不僅會造成巨大的經濟損失，而且會影響百姓的正常生活和社會的安定;此外如果管道在人口稠密地區泄漏，或是發生重大事故影響到與其伴行的滬蓉高速等重大工程，則其造成的經濟損失和環境破壞將無法估量。因此對管道沿線的地質災害進行監測是必要的。忠武管道沿線地形形態主要為低山區，面臨的主要是山地地質災害隱患，包括滑坡、崩塌、泥石流等。眾多學者曾做過采用GPS技術進行滑坡監測的研究［1-7］，本文以忠武管道的黃草坡滑坡為例，研究管道沿線大滑坡體的地表形變監測的方法。

2 研究區域概況

黃草坡滑坡位于忠武輸氣管道K158+178段(湖北省恩施市屯堡鄉黃草坡村)，距恩施市約15 km，距318國道約5 km。滑坡勘察區地處鄂西山區中部，屬亞熱帶季風溫潤性氣候，年降雨量1 200～1 500 mm，年平均降雨量1 439.4 mm，24小時最大降雨量227.5 mm，4～9月為雨季。

該滑坡是發育在古泥石流堆積體上的淺層滑坡，危害程度等級為Ⅲ級。滑坡平面形態整體呈近似長舌狀，長約350.0 m，寬為100～800 m，滑體厚度為6～22 m，體積約50×104m3，為中型堆積體滑坡，滑動方向為108°。同時在滑坡的后緣還存在一處次級淺層小滑坡，滑動方向為79°，因此對滑坡右部的忠武輸氣管道的安全構成嚴重威脅(圖1)。

圖1 黃草坡滑坡全貌Fig.1 Landscape of Huangcaopo landslide

3 監測實施方案

3.1 監測網點的布設

在GPS滑坡監測網中主要有兩類點：一類是作為參考基準的穩定點，稱基準點;另一類是用于描述滑坡體形變特征的點，稱監測點。點的選擇原則除須滿足GPS觀測規范要求外還應滿足一定的地質條件，如基準點應位于地質條件好、便于長期保存的位置，而監測點應能反映滑坡形變特征。黃草坡滑坡體GPS監測網共設置9個點，其中3個基準點(強制對中墩)位于滑坡值以外的相對穩定區域，6個監測點(強制對中墩)位于滑坡體上，相鄰監測點間平均距離58 m，基準點距滑坡體約1 200 m，監測墩如圖2，各GPS監測點布置如圖3。

根據忠武輸氣管道沿線滑坡監測工程的地質情況，GPS觀測精度應采用C級標準，即固定誤差≤10 mm，比例誤差系數≤5×10-6。利用中海達8200 G單頻GPS接收機進行靜態觀測，該接收機平面精度 ±(5 mm+1×10-6×D)，垂直精度 ±(10 mm+ 1×10-6×D)，數據處理使用中海達8200 G單頻GPS接收機隨機配備的HDS2003數據處理軟件，處理結果的精度在水平方向精度為1 mm，高程方向優于10 mm。

圖2 監測墩Fig.2 Monitoring pier

圖3 黃草坡古泥石流堆積體監測點位分布圖Fig.3 Distribution of monitoring points on ancient debris flow deposits at Huangcaopo

3.2 監測數據處理結果及分析

選取2008-08-22—2009-08-01日共11期的數據進行分析。在各期觀測中，用不同期基準點間基線重復觀測值的較差與基線觀測值的精度做對比分析，表明黃草坡滑坡監測的基準點均穩定可靠。對滑坡監測沉降數據進行分析，可以充分反映滑坡的穩定情況，各監測點相對沉降量見圖4，累積沉降量見圖5，監測點位移變化量見表1，變形監測期間的雨量觀測結果見圖6，裂縫累積變化量見圖7。

在黃草坡滑坡沉降數據中，相對沉降量觀測值為正數的24個;為負數31個，為零的5個。所有監測點累積沉降量均為負值，尤其HCP5號點的11期總累積沉降量達到-71 mm，且其他監測點變形方向均保持一致性，說明滑坡可能存在滑坡的危險。

從表1可以看出，黃草坡滑坡中除了HCP-5號點以外，其余點的平面累積位移都較小，X方向位移均在±12 mm以內，Y方向位移均在±10 mm以內。但點HCP-3(∑△H=-14 mm)、HCP-6(∑△H=-16 mm)的沉降量偏大，而HCP-5號點3個方向的累積位移都比較大，分別為∑△X=115 mm、∑△Y= 91 mm和∑△H=-71 mm，該點位于整個滑坡的上部，在其附近的幾條裂縫也出現了比較明顯的擴張(圖7)，說明該點位置確實發生了滑動。

圖4 相對沉降量Fig.4 Relative subsidence

圖5 累積沉降量Fig.5 Cumulative subsidence

表1 黃草坡滑坡位移變化量分析Tab.1 Changes of displacement of Huangcaopo landslide

從第二期觀測開始，各監測點都有不同程度的位移發生，特別是在第4～9期，變化尤為顯著，時間為2008-02—2009-07月，該時段由于季節變化，雨水增多，引起局部滑坡發生較大位移變化。從黃草坡雨量變化圖(圖6)中，我們也可以清楚地看到，在2008-11—2009-06月，降雨量比較充分，特別是2009-01—2009-06月降雨量最多時達到了110 mm，這也是導致滑坡體發生緩慢蠕滑的重要誘因。

圖6 黃草坡降水量Fig.6 Precipitation at Huangcaopo

圖7 黃草坡裂縫變化Fig.7 Changes of cracks at Huangcaopo

從黃草坡裂縫變化圖(圖7)中可以看出，LF-1、LF-2和LF-3變化比較明顯，分別達到了7 cm、6 cm和12 cm。從黃草坡監測點分布圖(圖3)看，3條裂縫均位于HCP-5號點附近，變化最大的LF-3位于HCP-5號點不到1 m的擋土墻上，更一步證實了黃草坡滑坡正處于緩慢變形的狀態，如再不采取措施，必將威脅到輸氣管道的安全，造成無法估計的嚴重后果。2009年7月中旬開始，相關部門正式對黃草坡滑坡實施治理，在滑坡體附近依照地形、地貌，在滑坡后緣和右側設置縱向截水溝，將地表水排向滑坡左側溪溝。避免在雨季時雨水的沖刷使滑坡體表面的泥石流隨雨水沖滑，導致滑坡體發生變形。

從監測點位的分布(圖3)、監測點的位移(表1)和裂縫的觀測結果(圖7)綜合看，總體上滑坡體的滑移方向為西南-東北向。HCP-5號點比其相鄰的HCP-4和 HCP-6號點的位移量大很多，說明HCP-5號點所在位置的塊體有向東北方向滑脫出去的危險，這將導致管道右側在HCP-5號點位置的受力逐漸小于左側，管道處于容易發生扭曲變形的危險狀況下，對該段管道應予以特別注意。

4 結論和討論

采用GPS技術進行長距離管道沿線的地質體位移監測是目前最經濟有效的手段。將GPS技術、雨量和裂縫的監測技術有機結合起來監測滑坡體的滑移狀態并分析其誘因，可以有效監測災害體的地表變形情況，提高滑坡預警預報的準確率。

本文通過對黃草坡古泥石流堆積體監測數據的解算處理，發現其有明顯形變，所以對其進行施工治理，防止損害其下部的輸氣管道的安全，造成災害事故。鑒于忠武輸氣管道沿線的地質狀況，在雨季應特別注意及時對象黃草坡這種類型的滑坡體進行監測以確保輸氣管道的安全。

由于滑坡的發育、發生會受到各種不可控制因素的影響，對滑坡監測和預報的方法也具有多樣性，同時，滑坡監測的預報也具有模糊性。所以如何將GPS滑坡監測成果和其他監測方法有機地結合起來，進行綜合性判斷和滑坡預報，將是今后長距離輸氣(油)管道沿線滑坡監測研究的重要課題之一。由于條件限制，本文沒有分析抗滑樁鋼筋計的觀測數據，如有可能，結合該數據和地表的形變觀測結果，可以更好地了解滑坡體的整體滑移狀態，甚至了解不同深度處的滑坡體滑移狀態。

1 劉根友，等.三峽庫區秭歸GPS滑坡監測網數據分析［J］.大地測量與地球動力學，2009，(3)：70-73.

2 歐陽祖熙，等.全球定位技術在三峽庫區滑坡監測中的應用［J］.地殼構造與地殼應力文集，2000，13(2)：185-191.

3 裴世建，王祖軍.GPS在滑坡監測中的應用［J］.工程勘察，2007，10(3)：55-61.

4 吳正春，韓玲，李仁光.應用GPS技術對龍羊峽水庫庫岸滑坡監測的可行性分析［J］.西安地質學院學報，1994，16 (4)：78-84.

5 李勁峰.GPS應用于監測巖崩滑坡［J］.長江流域資源與環境，1996，5(3)：284-288.

6 曾旭平.GPS滑坡高程監測的數據處理問題［J］.武漢大學學報(信息科學版)，2003，29(3)：201-204.

7 徐紹銓，等.GPS用于三峽庫區滑坡監測的研究［J］.水利學報，2003，4(1)：114-118.

STUDY ON GEOLOGICAL HAZARD MONITORING TECHNIQUES ALONG LONG DISTANCE GAS(OIL)TRANSMISSION PIPELINE

Chen Zhen1)and Hu Minzhang2)

(1)Jiangxi Polytechnic College，Pingxiang 337055 2)School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan430079)

The theories and methods by using GPS technology for long-distance gas pipeline geological hazards monitoring were studied，the landslide surface deformation，and the deformation of landslide body was primarily analyzed with combination of cracks and precipitation monitoring as well.The results show that GPS technology can be used to monitor landslides which have the potentiality of geological hazards，the analysis of the slip condition for the project provides scientific basis for pre-disaster management administration.

oil and gas pipelines;geological hazards;GPS;landslide monitoring;pre-disaster management

1671-5942(2011)Supp.-0114-04

2010-09-12

陳珍，女，1985年生，碩士研究生，現從事工程測量教學研究.E-mail：chenzhen_wh@126.com

P228.4

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