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管道研究

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长输油气管道全生命周期地质灾害风险控制策略

来源:《管道保护》杂志 作者:荆宏远 邓清禄 卢启春 时间:2018-8-13 阅读:

荆宏远1,邓清禄2,卢启春1

1.中国石油天然气股份有限公司管道分公司;2.中国地质大学(武汉)


摘要:  地质灾害是长输油气管道的主要风险之一,将伴随管道全生命周期,需建立以防为主的地质灾害风险控制体系。通过对涩宁兰、忠武线、兰成渝三条管线地质灾害调查分析,指出地质灾害多发地段和多发时段。提出管道建设期是地质灾害的主要防治阶段,防治工程应与管道同步设计、施工;管道运营期应持续积极防治,做好地质灾害诱发因素的监控,建立完善的应急抢险体系,尽可能降低灾害后果损失。

关键词:管道;地质灾害;风险管理;控制策略


地质灾害风险往往伴随管道全生命周期,是与第三方损坏、制造缺陷、腐蚀、误操作并列为影响长输油气管道运营安全的主要风险源之一。由于地质灾害常导致管道断裂,造成大量的管输介质泄漏,且更多的发生在地形地貌条件复杂的山区,抢险困难,事故造成的经济损失往往较大。随着社会对安全和环境的重视程度日益提高,对管道地质灾害风险控制的要求越来越严格,建立规范、系统、有效的管道地质灾害控制策略对减缓地质灾害风险、提高管道运营安全十分重要。

1 管道地质灾害风险特征

1.1 地质灾害的空间分布特征

管道常见地质灾害类型包括滑坡、崩塌、泥石流、水毁、地面塌陷、多年冻土融沉等。滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷(包括岩溶塌陷和采空区塌陷)主要表现为岩土体的移动,对浅埋管道的危害较大,但数量相对少。水毁灾害是最主要的灾害类型,但其危害相对较小,不过部分河沟道水毁仍可能造成管道断裂和发生泄漏,造成污染的后果更加严重。多年冻土融沉灾害主要发生在大兴安岭、青藏高原等高寒冻土区,发展过程相对缓慢。

我国长输油气管网已逐步覆盖全国,穿越了山地、平原、戈壁、黄土、水网、沙地及高寒冻土等各种地形地貌单元,管道地质灾害风险水平主要取决于管道沿线周边的工程地质环境,不同地形地貌单元地质灾害类型及风险水平有显著差异。管道建设环节,如路由选择、敷设方式、施工方式等,可以选择和营造管道周边一定范围内的工程地质环境,管道建成后,周边工程地质环境即基本确定,因此管道建设阶段成为地质灾害风险水平的决定性环节。

以涩宁兰、忠武线、兰成渝地质灾害情况为例,2005—2010年间调查识别4084项,对比结果见图1~3。其中水毁灾害占地质灾害总量的77%,40%发生在横坡敷设地段,37%发生在河谷地带,18%发生在纵坡敷设地段。滑坡、崩塌、泥石流等灾害数量占23%,主要发生在横坡敷设地段,达到82%。可以看出地质灾害在空间位置上分布极度不均,重大地质灾害密集分布在几处很短的区段,这些区段在管线总长度占比不大,地质灾害发育密度却很高。

图1  管道地质灾害类型

图2  水毁灾害在不同地段的分布

图3  除水毁灾害之外的地质灾害在不同地段的分布


1.2 地质灾害的时间分布特征

上述三条管线2003—2010年地质灾害防治资金投入变化见图4。可见,管道建成投产初期的3~5年是地质灾害的高发期,这是因为扫线、管沟开挖等管道工程建设活动对管道沿线工程地质环境造成了扰动,如切坡、松散填方(包括管沟松散回填)、地表植被破坏、微地貌改变导致地表水汇流路径改变等,短期诱发了大量的地质灾害,主要有小型滑坡、崩塌,较为严重的水土流失等。经系统治理和工程地质环境的自然再平衡,灾害发育逐渐平稳,但不会消失。若遇到强烈地震、极端气象、大规模人工活动等造成管道沿线工程地质环境发生较大变化时,地质灾害可能再次进入多发期,如兰成渝自2008年汶川地震后,防治资金投入再次上升。


图 4  涩宁兰、兰成渝、忠武管道地质灾害防治投资变化情况


2 建设期管道地质灾害风险控制策略

2.1 选线阶段风险控制

在选线阶段,应根据相关规范、技术手册的要求,对滑坡区、采空区、高温多年冻土区等地质灾害易发区采取避让措施,尽可能避免横坡敷设、不稳定河道内敷设或反复穿越。对部分区段可以选择隧道、定向钻、跨越等敷设方式,避开地质灾害问题。但这种敷设方式可能导致建设成本、施工难度、施工工期的增加,需要与安全效益的提高、维护成本的减少进行对比分析。2015年投产的忠武线与2010年投产的川气东送管道在渝东鄂西山区基本并行,川气东送管道采用隧道等方式避开了地质灾害多发的重庆市石柱县黄水镇张家沟地区、湖北省宜昌市长阳县榔坪河谷地带,地质灾害风险显著低于忠武管道,便很有说服力。

2.2 设计阶段风险控制

在设计阶段,对无法避让或比选确定不避让的地质灾害点采取防治措施,应与管道施工同步或更早实施,避免地质灾害对管道和施工人员造成安全影响。由于管道运行寿命可达30~50年,在敷设方式选择和设防标准选择上,应充分考虑管道生命周期内可能的环境变化和人类工程活动。河道挖沙导致河床下切严重威胁管道安全即是一个典型例子,这种情况在经济快速发展的地区尤为显著。即使是在远离管道穿越点数百米以外的区域,挖沙活动在短短几年内也可导致管道穿越处河床下切数米,导致大开挖穿越该河流的管道埋深不足、外露、受水流冲击,甚至个别定向钻穿越管道也出现埋深不足、露管等情况,给管道的管理和维护带来巨大困难,被迫采取复杂的河床稳固措施或改线。

2.3 施工阶段风险控制

在施工过程中,应避免过度扫线、大挖大填等,尽可能降低对工程地质环境的扰动。对水工保护工程、水土保持工程进行针对性设计和施工,做好植被恢复,减少对地质灾害的诱发作用。在施工过程中也应开展地质灾害风险管理,随时发现随时整治,不留后患。

综上所述,建设期间由于管道尚未敷设或未投产,不需要考虑对管道的特别保护,在地质灾害防治工程采取的措施、施工方式上有更多的选择空间,施工更方便、成本更低。同样对于管体应变监测、土体位移监测等地质灾害监测措施,在管道建设期随管道敷设同步实施,实施成本更低,可获得管道应力应变的初始状态。如中缅管道在管道建设期间开展了大量、系统的地质灾害防治工作,地质灾害风险控制效果十分显著。

3 运营期管道地质灾害风险控制策略

3.1 地质灾害系统防治工作

(1)管道地质灾害调查与整治规划。定期组织地质灾害危险性评估专业机构开展管道地质灾害调查,进行风险评价和分级,制定整治规划。对于地质灾害多发的山区管道可3年左右开展一次,其他管道可5年左右开展一次。新投产管线宜在管道建设完工后一个水文年后开展,或调查周期能覆盖第一个汛期。当发生强烈地震、极端气象、大规模人工活动等造成管道沿线工程地质环境发生较大变化时,可随时启动。

(2)地质灾害点动态管理。根据风险等级,每年汛前、汛后对在册管理的灾害点进行再调查、再评价,对发现的新灾害点随时纳入动态管理范畴,根据风险评价结果制定并实施监测、工程治理等风险控制措施。对风险等级处于可忽略状态的灾害点可进行销项处理。对汛后排查需进行工程治理的灾害点,应在下一个汛期来临前完成治理工程施工。对汛前排查出影响管道度汛安全的灾害点,应采取临时防护措施,确保汛期安全。

(3)定期巡检。定期巡检不仅包括地质灾害点、地质灾害高易发区,还应包括对地质灾害主要影响因素的巡检,如边坡开挖堆填、河道挖沙取土等人类工程活动。

(4)高后果区地质灾害防治。对于高后果区的地质灾害应优先安排治理,对河流穿越、斜坡、人类工程活动影响等可能发生地质灾害的区段,进行登记并作为巡检点。另外,由于环焊缝缺陷对轴向应力十分敏感,而地质灾害一般导致管道轴向应力变化,两种因素叠加作用容易导致管道断裂,因此对存在环焊缝缺陷的管段更应优先安排治理。

3.2 应急抢险工作

(1)应急准备工作。应急准备包括应急预案编制与演练、应急队伍建设、应急物资管理、应急值班、气象与地质灾害预警等。应急预案的编制应根据所辖管道的地质灾害风险情况、所在单位应急抢险能力等因素编制,每年更新并在汛前完成演练。应急队伍可为专职或兼职,包括管道管理人员、管道维抢修队伍和可依托社会资源。应急物资是抢险过程中可能用到的设备、材料等,其种类、数量、存放位置等应根据所辖管道存在的风险情况、周边市场情况、应急预案内容等综合确定,一般存放在基层站场,对于一些重大风险点,宜就近存放。在汛期应进行24小时应急值班,实时跟踪气象与地质灾害预警信息,开展针对性防汛。

(2)应急抢险工作。险情出现或灾情发生后应按照相关预案立即组织抢险工作,以达到快速控制险情或灾情的目的。对于重大险情及灾情,宜由地质灾害专业机构制定抢险方案。应急抢险是一个系统工程,应与各相关单位协同工作。如密切关注气象、河道行洪和水库泄洪等信息,据此采取针对性措施、调整抢险工作安排。根据现场及预期发展情况,必要时采取降压、停输、就近预设封堵点等措施。保持与地方政府应急机构和相关依托资源的联系,以备随时支援。对汛期发现的小型水毁、水工损坏应立即组织修复,避免险情扩大。抢险过程中还应特别注意管道、抢险人员及周边人员的安全。

4 问题及建议

管道地质灾害防治仍存在一些问题,其中较为突出的是如何提高地质灾害的早期识别率。可探索通过先进感知技术识别地质灾害早期的轻微活动,如在重点管段设置分布式管体应变传感器实时感知管道应力应变变化,沿管沟设置应变光缆感知管道周边岩土体的轻微位移,采用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)对大范围地面变形情况进行检测、监测等,及早发现地质灾害,从而避免灾难事故发生。

作者:荆宏远,1983年生,2007年硕士研究生毕业于中国地质大学(武汉),有14年管道地质灾害防护从业经验,主要从事管道防汛与管道地质灾害防护相关的科研、技术咨询和管理工作,SY/T 6828《油气管道地质灾害风险管理技术规范》第一起草人。

《管道保护》2018年第2期(总第39期)

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