兰成渝管道二郎庙滑坡监测研究

刘福臻，刘建平

（1.西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都 610500；2.中国石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

兰成渝管道二郎庙滑坡监测研究

刘福臻1，刘建平2

（1.西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都 610500；2.中国石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

介绍二郎庙滑坡监测的方法，重点介绍GPS与光纤传感两种技术结合所进行的滑坡监测，这样既克服了GPS时效性不高的缺点，又弥补了光纤传感测量量程的不足，从而可实现由点到线再到面的滑坡监测，获得滑坡体较完整的应变信息，使滑坡监测既具有连续性又具有实时性。

滑坡；变形监测；GPS；光纤传感；管道

1 工程概况

二郎庙滑坡位于四川省江油市二郎庙镇雷家河村雷家河右岸，滑坡中心处管道里程K662＋750，滑坡前缘直抵雷家河，前缘中心点位于N32°06′6.0″，E105°12′32.5″。前缘高程760 m，后缘高程860 m。滑坡长1 200 m，平均宽650 m，厚30～50 m，坡度约30°，局部较陡，滑坡体积约3 000万m3，属巨型滑坡，主滑方向126°，如图1、图2所示。

滑坡区降雨充沛，年平均降雨量1 200 mm，且多集中于7～9月，历史最大月降雨量380 mm，最大日降雨量300 mm。

图1 二郎庙滑坡全貌

兰成渝管道在滑坡中前部自北东向南西横穿该滑坡，横穿长度800 m，管道埋深约1 m。管道上方设置有挡土墙。

管道外径508 mm，壁厚7.1 mm，管道所用钢材为16 Mn钢，最低屈服强度SMYS值为413 MPa，弹性模量210 GPa。防腐层为3PE，厚度3～5 mm。

西南石油大学和长安大学、兰成渝管道研究中心在二郎庙滑坡建成了基于光纤光栅传感技术的监测预警示范工程。目的是研究光纤光栅传感技术在管道地质灾害监测预警的适用性，探索出一套基于光纤光栅的管道自然灾害监测预警系统，并对二郎庙滑坡的安全状态进行预警。采用GPS、钻孔测斜仪等传统的滑坡监测手段对光纤光栅的监测结果予以验证。

监测站于2007年末建成，2008－01－08日采集第一次全面的有效数据，并将其作为监测的零点。其后又于2008－03－19、2008－05－09和2008－05－31采集了三次全面有效的数据。主要分析2008－05－09到2008－05－31间、汶川大地震前后的管体应力变化和滑坡变形情况，并对管道的安全状况进行预报。

图2 二郎庙滑坡剖面

2 管道滑坡监测预警系统

2.1 监测系统概述

整个滑坡监测系统由地面GPS监测网［1－3］和传感光纤裂缝测量［4－5］2部分组成。监测预警预报系统由2大部分组成：现场监测部分和数据采集处理部分。现场监测部分在滑坡和管体设置各类监测仪器；数据采集处理部分自动采集现场部分监测仪器数据，并进行处理，实现自动预警。

滑坡监测包括滑坡变形监测和触发因素监测，共涉及管体应变监测、GPS地表位移监测等监测措施［6］，见图3。其中，管体应变监测、管土界面土压力监测、测斜管应变监测基于光纤光栅技术。

自动采集传输分析预报系统包括：自动采集装置、自动传输装置和数据分析预警系统。为适应快速预警的需要，设置了数据自动采集和远程传输系统。通过光缆将各传感器的信号引入到设于老乡家的现场监测站。然后数据通过GPRS网络传输到接收终端，见图4。

2.2 滑坡表部位移监测

常规滑坡表部位移监测采用GPS系统监测，共设置6处地表位移监测点，监测点中有4个点与测斜仪的孔口位置近似重合，监测点中位置见图5。各观测点都埋设强制对中设备。

图5 滑坡体变形监测点位置

3 监测数据及分析

3.1 滑坡表部GPS位移监测数据及分析

采用美国Trmble 5800 GPS接收仪进行了静态GPS地表位移监测，监测结果表明，地震后发生了较大变形。2008－05－09至2008－05－31地表变形量见表1。监测结果与钻孔倾斜仪监测结果基本一致。

表1 二郎庙滑坡地表变形 mm

从表1中可以看出，滑坡整体向东南方向滑动，最大位移量达68 mm。整体上呈现后部变形大，前缘变形小。JC4位于滑坡前缘，有垂直向上的位移，反映出该处存在一定程度鼓胀。滑坡地震期间发生了较大的地表位移，区域不均，5～68 mm不等，滑坡为推移式滑坡，总体呈后缘大、前缘小的趋势，滑坡前缘有明显鼓胀变形。

3.2 管体应力光纤监测数据及分析

2008－05－09至2008－05－31，管体应力在地震前后有一定变化，具体数据见表2和图6。

按照此前对二郎庙滑坡兰成渝管道可接受应力阈值的计算，一旦传感器监测到的管体应力变化超过了80 MPa（受拉）和63 MPa（受压），则认为管道是不安全的。从表2可见，管道目前的应力变化在35.6～－20.7 MPa的范围内，变化仍然是可接受的。地震期间管体应力有所增加，但幅度不大；管道受到了滑坡的作用，管体累计最大新增应力为35 MPa，仍在可接受范围内。

表2 管体地震前后附加应力变化量 MPa

图6 地震前后管体轴向应力变化

3.3 土压力光纤监测数据及分析

1＃、3＃、4＃、5＃、6＃3个界面推力监测点中土压力数据见表3及图7。

表3 管体受到的土压力监测表 kPa

图7 3个监测点中土压力的变化

根据管道埋深1.5 m，土体重度2.0计算，土压力和由于土体自重产生的土压力为30 k Pa，显然，每个监测点的土压力都超过了该值，多余的压力由滑坡推挤管道产生。管道受到了滑坡的推挤作用，地震期间滑坡对管道的推力有了显著增加。

3.4 滑坡深部测斜仪位移监测数据及分析

用活动式钻孔测斜仪对滑坡深部位移进行了监测。将2008－05－31地震后的监测数据与2008－05－09地震前的数据做了对比，孔口处位移（地表位移）的变化量见表4，深部位移的对比结果见图8。

表4 地震前后的地表位移变化量 mm

由图8可见，ZK1位置发生位移较小，ZK2位置在10 m深处发生较大位移，位移量达64 mm，表明滑坡在该处存在明显滑动面。ZK2在47 m以上，有明显少量位移，监测孔开始变形的深度均位于基岩面附近（ZK2基岩面深度47 m），表明滑坡变形达到了基－覆界面的深度。地震导致滑坡浅层滑面发育较快，并导致了沿固定滑面的浅层滑动，最大滑动量达68 mm，滑面深度10～15 m。另外滑坡的深层也在发生持续的蠕滑。

4 结 论

对以上数据综合分析可得以下结论：

1）在地震前滑坡处于缓慢蠕变状态，地表累计变化量10～20 mm，没有发生滑动面滑动。

2）地震对滑坡有较大影响，导致滑坡发生了沿明显滑动面的较大位移，滑动面深度约10～15 m，沿滑面最大滑移量达68 mm；滑坡变形区域不均，滑坡地表变形5～68 mm不等，且呈后缘大、前缘小的趋势，表明该滑坡为推移式滑坡。滑坡仍在持续深层蠕变，地震期间变形量约10 mm。

3）滑坡的变形推挤管道，管道受到的推力显著增加，管体新增附加应力也在增加，地震期间最大增量21 MPa。实施监测后最大累积新增附加应力35.6 MPa，仍在应力的可接受范围内，管道目前处于安全状态。

4）滑坡在天然状态下持续蠕变，在有外力影响下会发生沿固定滑动面的较大变形。考虑到滑坡区仍有余震，且即将进入雨季，需密切注意滑坡稳定状态和管道安全状态，建议兰成渝分公司加大该滑坡点的监测密度。

［1］徐绍铨.GPS测量原理及应用［M］.武汉：武汉大学出版社，2003.

［2］薛志宏，卫建东，金新平.GPS在雅砻江卡拉电站滑坡监测中的应用［J］.测绘工程，2007，16（2）：68－71.

［3］孙华，程新文，徐景田，等.基于单频GPS接收机实施短基线变形监测探讨［J］.测绘工程，2009，18（4）：75－78.

［4］丁勇，施斌，崔何亮，等.光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究［J］.岩土工程学报，2005，27（3）：338－342.

［5］刘元雪，郑颖人.光纤监测技术及其应用于岩土工程的关键问题研究［J］.岩石力学与工程学报，1999，18（5）：585－587.

［6］白迪谋.工程建筑物变形观测和变形分析［M］.成都：西南交通大学出版社，2002.

Research on Erlang Temple landslide monitoring along Lan－Cheng－Yu Pipeline

LIU Fu－zhen1，LIU Jian－ping2
（1.Shool of Civil Engineering and Architecture，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.China Petroleum Pipeline Research Center，Langfang 065000，China）

The paper introduces Erlang Temple landslide monitoring method and focuses on landslide monitoring based on the combination of GPS and optical fiber sensing technology.This approach not only overcomes the shortcomings of the GPS timeliness that is not high，but also the shortage of the optical fiber sensing measuring range.Landslide monitoring from point to line to plane is realized，and relatively complete landslide strain is obtained.It not only makes landslide monitoring have continuity but also timeliness.

landslide；deformation monitoring；GPS；optical fiber sensing；pipeline

TU196

A

1006－7949（2012）04－0041－04

2011－05－14

刘福臻（1973－），男，副教授.

[责任编辑:张德福］