危巖對(duì)輸油管道的破壞性作用及處理

【摘 要】危巖是威脅輸油管道以及輸氣管道的的最大地質(zhì)災(zāi)害之一，破壞類型主要包括墜落式以及滑塌式等，其中對(duì)輸油管道威脅最大的形式為墜落式危巖，本文結(jié)合蘭成渝管道，分析危巖對(duì)輸油管的破壞，并提出應(yīng)對(duì)措施，希望能為相關(guān)人員帶來(lái)一些幫助。

【關(guān)鍵詞】危巖；輸油管道；沖擊力

危巖是指陡峭邊坡被多組織面切割，穩(wěn)定性很差的巖體，隨時(shí)可能從山坡上滑落，廣泛存在與山坡以及河流兩岸，嚴(yán)重威脅到巖體下方的輸油管道以及附屬設(shè)備，本文以蘭成渝管道為例，調(diào)查分析輸油管兩側(cè)的圍巖性質(zhì)，并作出定量和定性破壞分析，說(shuō)明危巖對(duì)輸油管道的破壞機(jī)理和程度以及應(yīng)對(duì)措施。

一、蘭成渝管道危巖特點(diǎn)

蘭成渝輸油管道眼線發(fā)生最多的地質(zhì)災(zāi)害為危巖地質(zhì)災(zāi)害，從工程防治角度進(jìn)行分析可以分為傾倒式危巖、墜落式危巖以及滑塌式危巖等，墜落式危巖是破壞最強(qiáng)的一種，破壞機(jī)理主要體現(xiàn)在主控結(jié)構(gòu)面的剪張破壞，滑塌式危巖的破壞原因是荷載作用下的主控結(jié)構(gòu)面壓剪破壞，傾倒式危巖對(duì)輸油管道的破壞作用主要表現(xiàn)為主控機(jī)構(gòu)面荷載作用下拉剪結(jié)構(gòu)破壞。破壞蘭成渝輸油管道的危巖主要表現(xiàn)為墜落式危巖，由于這種危巖地步形成懸空，因此穩(wěn)定性非常差，本文所論述的危巖地處在甘肅省甘陜交界處，位于八海河左側(cè)，整體趨勢(shì)呈現(xiàn)北東向分布。危巖體墜落正下方存在輸油管道，長(zhǎng)約120m，此地的管道鋪設(shè)方式主要是管溝開挖，埋入地下1m，在管道上方回填開挖時(shí)的堆積層。危巖體地區(qū)地貌屬于侵蝕構(gòu)造中山峽谷地貌，并且山谷兩側(cè)存在河流，危巖體處在中山斜坡中下部，輸油管道鋪設(shè)在到了的內(nèi)側(cè)，危巖邊坡是由于人工開挖而形成，長(zhǎng)約120m，最大高度為35m，危巖傾角達(dá)到了82度，主崩方向角為255度，危巖體巖性屬于深灰色砂質(zhì)板巖。

經(jīng)過(guò)調(diào)查危巖體的規(guī)模發(fā)現(xiàn)，危巖體橫向分布120m，厚度為10~20m，體積約為20000m3，危巖剖面示意圖見圖1所示，屬于小型崩塌。斜坡巖體呈現(xiàn)出節(jié)理裂隙較發(fā)育，兩組巖體裂隙相交處將危巖體分割成楔形塊狀，存在多處危巖體，墜落高度為15~25m，其中在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)有一個(gè)體積約300m3的懸空危巖體，落距為25m。危巖體邊坡臨空面高而陡，裸露巖石由于受到接力、裂隙以及風(fēng)化的作用形成不良結(jié)構(gòu)組合，容易引發(fā)墜落式崩塌，依照赤平極射投影，危巖體屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在外界原因如大水沖擊等易發(fā)生墜落。

圖1 危巖剖面示意圖

圖2 危巖風(fēng)險(xiǎn)措施圖

二、危巖對(duì)輸油管道的破壞作用和處理

危巖屬于一種突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，無(wú)論發(fā)生的規(guī)模與時(shí)間都會(huì)對(duì)輸油管道造成極大的破壞，破壞程度與危巖的大小、相對(duì)位置關(guān)系、落距、觸底形狀與面積以及管道上方的覆蓋層情況等相關(guān)。蘭成渝輸油管道正處在危巖體的正下方，落距有15~25m，危巖體觸地面積小危害十分大，容易造成很大的沖擊力。

現(xiàn)對(duì)危巖對(duì)輸油管道的破壞作用做定量分析，假設(shè)危巖體屬于剛性物質(zhì)，在墜落與地面的碰撞中沒有發(fā)生變形以及分崩等情況，并設(shè)定管道上方的回填土層屬于彈性體，危巖一旦墜落后所產(chǎn)生的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)橥馏w的彈性形變能，在計(jì)算的過(guò)程中不考慮空氣阻力、以及摩擦等產(chǎn)生的能量損失。危巖體的勢(shì)能ΔE=mgh，式中m是指為巖體的質(zhì)量，h指危巖體到地面的高度，g是指重力加速度，在這里g取值為9.8N/kg，土地彈性時(shí)能W=kδ2/2，式中δ代表土地的最大壓縮量，k=2.26G/(1-μ)，式中G代表土地剪切模量，A是指危巖墜落后的接地面積，μ代表泊松比。依照能量守恒定律得出δ2=0.942mgh(1-μ)/G，在土地達(dá)到最大壓縮量δmax時(shí)，沖擊力最大Pmax=kδmax，在這個(gè)力的作用下，管道上方土體受到的力δz=3Pmax/2Πz2=1/，式中z表示計(jì)算點(diǎn)深度。

在計(jì)算中取最容易發(fā)生崩落的危巖體為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，此危巖體的密度為2.75×107pa，墜落高度h=20m，管道上方回填土μ=0.25，z=1m，G=1.35×107Pa，將數(shù)據(jù)帶入到公式中可以得到危巖體墜落最大壓縮量δmax=1.20m，最大沖擊力δmax=2.23×108N，管道土體嫩鞏固承受的應(yīng)力δz=106MPa，從此可以得出危巖體墜落時(shí)會(huì)對(duì)管道造成極大的破壞。

危巖體隨著風(fēng)化程度的逐漸加大以及巖體卸荷帶深度逐漸擴(kuò)大的過(guò)程中，在其他外力如大雨以及地震等的作用下，很有可能發(fā)生高空墜落，發(fā)生墜落式崩塌時(shí)嚴(yán)重破壞輸油管道甚至使管道產(chǎn)生破裂現(xiàn)象。針對(duì)危巖體容易造成的破壞作用，對(duì)于蘭成渝輸油管道可以采取兩種措施進(jìn)行方式，防治措施見圖2所示，主要包括清除危巖體以及對(duì)危巖體采取錨桿錨固處理兩種措施。清楚前現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定保護(hù)范圍，采用鋼管搭設(shè)腳手架，設(shè)置施工平臺(tái)，擬用直徑6mmHPB235鋼筋加工鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距定為20*20cm，清理鋼筋網(wǎng)制作中產(chǎn)生的污垢，采用噴射砼 噴射前再次清理變坡面可能松動(dòng)的巖石，保證坡面具有一定的濕度，坡面松動(dòng)的巖石采用人工挖除，清理的范圍外延至3m。清除危巖體是治理這種危巖體破壞的最直接的措施，也是比較方便的措施之一，在清除原有危巖體的過(guò)程中需要注意的是清除的過(guò)程中不能產(chǎn)生新危巖體，這項(xiàng)措施在處理的過(guò)程中，針對(duì)一些高陡邊坡上的墜落式危巖，雖然簡(jiǎn)單操作，但是成本太高，所以可以采取采取錨桿錨固處理，同時(shí)這種處理措施也更加方便于危巖體結(jié)構(gòu)面的擴(kuò)展。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文以蘭成渝管道為例，說(shuō)明危巖對(duì)輸油管道的破壞與應(yīng)對(duì)措施，通過(guò)分析可知巖體的大小、高度、觸底面積等對(duì)于輸油管道的破壞息息相關(guān)，觸地面積越小、高度越高、巖體越大，對(duì)輸油管道產(chǎn)生的破壞作用越強(qiáng)，在調(diào)查危巖的破壞作用時(shí)還應(yīng)該進(jìn)行野外調(diào)查分析，為防止危巖的破壞提供依據(jù)，針對(duì)不同作用和性質(zhì)危巖體，還需要采取更加具有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。

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