構造引發(fā)的地質災害對油氣管道安全的影響及其防控措施研究

何佰毅

【摘 要】管道安全管理是個復雜的問題，不僅涉及到管道沿線自然環(huán)境、地理狀況、設施配置、管理水平等因素，而且還涉及到政治、經濟、文化、教育和人的行為方式等方面。在實施長輸管道安全管理時，由地質災害引起的管道安全隱患的識別與控制更是管理者所不能忽視的。

【關鍵詞】油氣管道；地質災害；管道破壞；經濟損失；社會安定；安全運行；預測預報

0 引言

作為生命線工程的高壓油氣長輸管道，擔負著油氣資源的主要輸送任務，由于分布范圍非常廣闊，沿途區(qū)域自然地理和地質環(huán)境復雜多樣，不可避免地會受到各種地質災害的威脅和侵害。地質災害一旦發(fā)生，不僅會造成管道變形、斷裂和大范圍破壞，從而導致油氣泄漏、管線停輸，帶來巨大經濟損失；還有可能引發(fā)火災、爆炸等事故，對生命財產、自然環(huán)境和社會安定帶來嚴重后果和惡劣影響。因此，調查管道地質災害分布特點，研究災害作用下管道的破壞行為和評價方法，制定災害防治對策，對于保障管道安全運行有著重要意義。

1 地殼內部構造引發(fā)的地質災害

1.1 地震

地震及活動斷裂是造成管道（包括站場）重大事故的主要因素之一，世界各國在管道設計上都將其作為一項內容。地震對長輸管道安全性可能產生的危害主要包括兩個方面：一是由于地震作用使土體的整體性和連續(xù)性遭到破壞，如斷層錯動、地裂、滑坡、砂土液化等；二是管道附近地區(qū)發(fā)生強烈地震，地震波在土體中的傳播會對管道及其輔助設施產生破壞（比如對已腐蝕或焊接質量差的薄弱管段造成破壞）或引發(fā)次生災害（油氣管道爆裂、動力供應中斷等）。地震造成的最直接的破壞之一就是管道的不均勻下沉，這會引起管道下部地基沉陷或掏空，使地基失去支撐力，于是管道懸空，軸向承受的拉力增大。計算結果表明：當管道懸空長度超過臨界值后，在多重應力作用下將使管道材料失效，產生裂紋，甚至拉斷。這種情況常常發(fā)生在剛性接口的管道中，或者發(fā)生在與水平管段連接的豎直段內，此外焊接接縫處也是斷裂的根源。這些都有可能導致管道油氣的泄漏，從而危及財產、人員和環(huán)境的安全。

選線時，在服從線路總走向的前提下，應盡量避開活動斷層（帶）和地震高烈度區(qū)。如果管線與活動斷裂交叉或通過地震高烈度區(qū)，應選擇地形開闊、第四系覆蓋層較厚的地區(qū)通過，同時應采取抗震設防措施，提高管道防震減災能力。

1.2 構造裂縫

構造裂縫圈是由內應力作用而形成的。青藏高原構造裂縫分布比較廣泛，主要為三種類型，即地震破裂、斷層蠕滑破裂和斷層破碎帶不均勻凍脹裂縫。

為防控構造裂縫對管道安全的影響，可以采取以下必要的措施回：l）繞避，盡可能避免將管線、站場、建筑等設置在構造裂縫帶上；不能繞避的，就盡可能地避開構造裂縫的最危險段（時代較新、活動強度較大）和發(fā)生過較大地震地表斷錯的地帶。2）選擇合適的角度穿越地裂縫，將不利的受力狀態(tài)和應變方式轉化為較有利的方式。3）在管道穿越地裂縫部位采取切實的抗震措施，如增加管道變形的自由度（敷設帶斜坡的管溝或采用套管等），增加管道強度或采取柔性聯(lián)結等。4）加強對活動構造裂縫帶和地質災害的監(jiān)測與預警工作。

1.3 地表塌陷

產生地面塌陷的主要原因，一是因為地理構造特殊，如西南的巖溶地形；二是因為礦山開采引起的地表沉陷。固體礦產采空區(qū)在全國各地都有大面積分布。巖溶地形和礦產采空區(qū)的存在，使得有可能引起地表沉降、塌陷變形、地表開裂等，地面的沉降塌陷又將造成地下管道彎曲變形、懸空或斷裂，從而對管道安全帶來隱患。采空塌陷對油氣管道工程將導致嚴重后果，應引起高度關注。

在地表已產生沉降、裂縫和塌陷的地區(qū)對管道安全隱患的防控，選線時首先采用繞避方式；不能繞避的，可采用回填或壓力灌漿的方法進行處理。對于正在開采的礦區(qū)，應與采礦單位協(xié)商在管道沿線200m內劃定為禁采區(qū)，如協(xié)商不成，采礦時在線路下方也應留足保安礦柱，以確保管道安全。

2 地殼外部構造引發(fā)的地質災害

2.1 泥石流

泥石流災害多發(fā)生于每年秋季，由暴雨激發(fā)，來勢迅猛，致災力強。尤其在黃土高原區(qū)土體結構疏松，崩滑體和沖溝發(fā)育，為泥石流提供了豐富的固體物質來源和動能優(yōu)勢。在暴雨激發(fā)下形成含沙量極大的洪流，由密布的毛溝、支溝流向干溝和河流，匯集而形成強大的泥流，將堤壩潰毀、水庫淤塞等，造成嚴重危害。

對危害程度嚴重的大中型泥石流，選線時原則上采取避讓，避免直接穿過；無法避讓的，可采取跨越方式；對小型泥石流可選定在泥石流的下游（洪積扇堆積區(qū)）通過，同時在上游通道內輔以攔截和滯留措施。對管線安全構成威脅的沖溝，應進行加固處理，具體處理方法有：加大管道埋深，至少達到穩(wěn)定層以下，上部填土應分層夯實，嚴禁采用“二次回填”（即先松散回填自重下沉后再進行二次回填）；采取截流和排水，切斷水源，阻止沖溝的繼續(xù)發(fā)育；回填夯實加固場地；利用編織袋裝土順坡堆砌，增強沖溝的抗沖蝕能力。

2.2 滑坡

此類災害具有突發(fā)性，對工程建設危害性極大。傳統(tǒng)的工程地質和巖土工程邊坡地質災害研究通常把邊坡重力地質災害劃分為滑坡和滑塌兩大類。滑坡絕大多數(shù)為黃土滑坡，黃土深厚且富含碳酸鈣，疏松多孔，垂直節(jié)理發(fā)育，其下伏中生界砂泥巖或新近系紅土，汛期順黃土節(jié)理下滲的雨水至下伏隔水巖層受阻而形成接觸面徑流帶，觸發(fā)滑坡發(fā)生，這種滑坡一般規(guī)模較大；此外，黃土順坡向垂直節(jié)理的雨水下滲時因潛蝕作用而觸發(fā)的淺層滑坡也較多。

由于這類地質災害處理費時，整治費用高，因而在選定管道線路時，對其應盡量采取繞避方案。對于一般易滑坡段的治理，可以采取適當措施穩(wěn)定坡體，比如采取削坡、護坡或魚鱗坑植樹儲水措施，進行水土保持和工程處理；或者在滑坡體后緣修筑截、排、導水系統(tǒng)，以防地表水匯人滑坡體，在滑坡體前緣運用漿砌片石護坡，防止水流的側向侵蝕造成抗滑力減小，從而使坡體穩(wěn)定，保證管道安全。對于黃土斜坡管溝施工開挖可能產生的邊坡滑塌，可采取導流引水、支擋和削坡減重等綜合治理對策。

2.3 流動沙丘（壟）和風性沙埋

流動沙丘（壟）主要在西氣東輸工程線路的西北段斷續(xù)分布網。如新疆的庫木塔活動性沙壟、武威一靖邊段的騰格里沙漠南緣的活動沙丘。如果管道覆土被風吹走，就會造成管道裸露懸空，若超過管道撓曲強度，管道就會折斷。

對流動沙丘（壟）防治措施可采取加大管道埋深、設置鋼（或硅）樁固定管道和直立式沙障等。而在騰格里沙漠南緣和毛烏素沙漠南緣的沙丘，由于規(guī)模和活動性相對較小，線路可選在丘間低地通過；或將沙丘推平后再挖管溝，適當深埋，并在施工同時進行種草種樹、建沙障等防沙固沙工程，防治風沙危害，改善生態(tài)環(huán)境。

3 結束語

總之，地質災害對管道的破壞力強、影響面積大，常常造成嚴重的后果和損失，因此對沿線地質災害的防治也成為管道安全管理中的重要內容。為了避免地質災害事故，在管道勘察設計階段應當盡量避繞穩(wěn)定地質區(qū)域；無法避繞，則應根據(jù)地質環(huán)境狀況，充分考慮和預測可能出現(xiàn)的災害形式和規(guī)模，采取科學合理的敷設方案和預防措施，盡可能增加管道對地質災害的抵抗能力。對于在役管道，還應強加災害監(jiān)測和應急方案管理工作，以便及時應對可能出現(xiàn)的災害事故，并把災害損失降到最低。

【參考文獻】

[1]李智毅，顏宇森，雷海英.西氣東輸工程建設用地區(qū)的地質災害[J].地質力學學報，2004，10（3）：253-259.

[2]候金武，殷躍平，顏宇森.西氣東輸管道工程地質災害危險性研究[M].北京：中國大地出版社，2005：30-42.

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