涩宁兰长输管道沿程地质灾害类型及机理探析★

黄 鹏

(中石油西南管道公司 兰州输油气分公司，甘肃兰州 730000)

管道地质灾害是在自然或人为(或综合作用)作用下形成或诱发的，并对管道及其附属构筑物的安全、社会经济以及环境等造成破坏和损失的地质作用(现象)［1］。国内外对管道地质灾害的研究［2-10］，一方面集中于对埋地管线进行荷载力方面的力学分析;另一方面专注于管道风险管理和评价，倾向于事故前控制。而针对管道地质灾害相关的研究至今仍未形成比较系统的体系，主要还是依托于传统地质灾害防治研究而存在。目前对于管道地质灾害的发育机理及其防治措施主要集中于具体管线沿线地质灾害的研究，鲜有系统地研究“长输管道地质灾害发育类型和机理”。所以，本文在专题项目的支持下［11］，系统地对涩宁兰长距离输气管道沿线地质灾害发育类型及机理进行分析研究。

1 涩宁兰长输管道概况

涩北—西宁—兰州输气管道(简称“涩宁兰输气管道”)由一、二线两条输气管道组成，两条管道基本并行或伴行，长度总计1 983．89 km，其中一线 1 062．49 km(含支线 131．2 km)，二线921．4 km。西起青海省柴达木盆地东部的涩北一号气田，沿线经过青海、甘肃两省共20个县、市(区)，最终连接至甘肃省兰州市西固区。涩宁兰输气管道解决青海气田天然气外输问题;也将涩宁兰管道与西气东输管道、长宁输气管道连接起来，实现了我国西部的青海气田、长庆气田、塔里木气田三大主力气田的联网，是一项重要的能源供给工程，也是我国“九五”计划期间的十项重点建设工程之一。

2 涩宁兰长输管道沿线地质灾害类型

涩宁兰输气管道发育有河沟道水毁、坡面水毁、台田地水毁、泥石流、黄土滑坡、碎石土滑坡、粘性土滑坡、崩塌、黄土湿陷、盐渍土、冻土冻融、风蚀沙埋和人类工程活动等13种地质灾害，按地质灾害的发生过程和坡坏方式，崩塌、滑坡、泥石流、水力类灾害等属突发性地质灾害;黄土湿陷、盐渍土、冻土冻融、风蚀沙埋等属缓变性地质灾害。按其形成的主要动力作用和因素，崩塌、滑坡属重力类地质灾害，泥石流、水力类灾害、风蚀沙埋、冻土冻融等属气候作用类地质灾害，黄土湿陷、盐渍土属不良岩土体类地质灾害。根据2010年的调查评价，涩宁兰一二线输气管道(含西宁支线、刘化支线)发育的地质灾害统计见表1。

涩宁兰输气管道全线共有管道地质灾害点1 386个，其中主要发育坡面水毁和河沟道水毁，各占总数的54．6%和34．5%;台田地水毁和泥石流各占3．25%和2．23%;其他崩塌、滑坡等灾害仅占少数。若单从发育数量和密度来说，全线受坡面水毁和河沟道水毁的影响最大;若从单个灾害的危害程度来说，滑坡、泥石流和崩塌对管线的影响较大。

3 管道沿线地质灾害成因分析

表1 涩宁兰输气管线地质灾害点统计表

涩宁兰管道穿越戈壁无人区、高原草甸、高原冻土区、农田灌溉区、黄土沟壑和大型河谷阶地等复杂地貌单元区，其对应发育管道地质灾害的类型、密度和空间分布均不相同，同时形成管道地质灾害的因素也各不相同。通过整理分析，可归纳出以下几个方面:

1)地形条件。地形地貌是控制泥石流、滑坡、崩塌等灾害形成的基本条件，管线通过地段K502～K528(橡皮山)、K657～K711(日月山—拉脊山)段为高中山地貌区，山势陡峻，地形起伏落差较大，侵蚀切割强烈，地形破碎，坡度一般都在30°以上，部分地段坡体近直立，形成了高临空的坡体，为管道地质灾害的形成提供了有利的地形条件。K710～终点段为湟水、黄河谷地段，属侵蚀堆积的黄土低山丘陵和河谷阶地地貌，地形侵蚀切割强烈，沟壑密集发育，沟谷多呈“V”字形，岸坡多为30°以上的斜坡，相对高差多为100 m～300 m，受沟谷季节性流水的侵蚀或人工开挖，部分坡脚段已形成陡崖，坡体临空条件好，为滑坡、崩塌和泥石流的形成提供了有利的地形条件。从调查资料统计，区内发生滑坡的原始斜坡坡度变化较大，季节性冻融引起的碎石土滑坡的坡度较小，一般小于15°，有的仅5°左右;其他类型滑坡多在20°以上，集中于25°～35°的坡度范围内，坡形多为弧形、凸形坡;60°以上斜坡多呈直线形，易形成崩塌和泥石流。

2)地层岩性条件。地层岩性是管道地质灾害发育的物质基础，因此，地层岩性的空间分布控制着滑坡、崩塌的空间分布。研究区内与管道地质灾害关系密切的岩层主要为第四系黄土和新近系、古近系和白垩系的泥岩与砂质泥岩等结构。研究区内黄土广布，黄土结构较为疏松，透水性较好，垂直节理发育，具较强的湿陷性，遇水易崩解，产生落水洞、陷穴等不良地形，同时也有利于地表水体的下灌及入渗。泥岩和砂质泥岩中粘粒含量高，隔水性好，当降水形成的地表水体通过落水洞、陷穴等入渗到泥岩和砂质泥岩的接触面时，其接触面遇水易软化、泥化形成软弱面或软弱带，降低了接触面的抗剪强度，导致其上部坡体的失稳，在水或其他外应力的作用下，易发生坡体变形。同时区内昼夜温差大，春秋两季岩土体节理裂隙中水分的冻融交互作用强烈，使岩土体中原有的节理裂隙不断地延伸和贯通，在坡体地形坡度较大或近陡立的地段为管道地质灾害的形成提供了有利的物质条件。

3)地质构造条件。研究区处于塔里木地台、中朝准地台、扬子准地台和藏南～北喜玛拉雅地槽及褶皱几大构造板块的结合部，构造板块间相互穿插，构造运动强烈。管线穿越区位于青藏高原的东北边缘，自新生代以来，区内新构造运动强烈，地壳长期振荡式抬升，使得沟谷深切，侵蚀基准面下降，流水侵蚀作用加剧，斜坡临空面增大，为滑坡、崩塌的形成提供了有利的地形条件;构造运动过程中的地震、活动断裂和地壳差异性的升降运动，使得区内的岩土体破碎，构造裂隙发育，为滑坡、崩塌和泥石流等突发性地质灾害的形成提供了良好基础条件。其中地震对滑坡、崩塌等地质灾害的影响最为直接，地震活动直接松动斜坡的岩土体，破坏岩土体的结构和稳定性，从而加速引发滑坡、崩塌等地质灾害。经调查，区内大型的老滑坡大多是由地震引发形成的。如K735～K737段的黄土—泥岩老滑坡位于湟中县田家寨河东侧的沟坡区，滑坡体长1 800 m，宽600 m，体积约2 700×104m3，主滑方向260°，该滑坡的形态特征较为明显，后壁为圈椅状黄土陡崖，滑体表面波状起伏，巨石林立，由此可以判断该滑坡形成时间相对较晚。如此大规模滑坡的形成与区内强震作用密切有关。

4)降水条件。水是形成管道地质灾害的根本因素。管道沿线的泥石流发生启动的水源主要为降水，泥石流的形成与区内的强降水密切相关。该区多年平均降水量一般小于400mm，在小柴旦湖以西小于50 mm，其降水量主要集中于每年的6月～9月，且降水分配极不均匀，降水多以暴雨或阵雨的形式降落，具有历时短，强度大的特点。根据管道沿线的气象资料，乐都县、湟中县等地多年平均日最大降水量分别为34．2 mm，36．3 mm。受大气对流的影响，区内降水时常出现极端，在柴达木盆地北部的德令哈这样一个年平均降水量只有157．6 mm的地区也曾出现过1 d降水量84 mm，1 h降水量54 mm的气象过程;兰州红古、西固两区的年平均降水量为311．7mm，也发生过1 d降水量为96．8mm，1 h降水量51．9 mm，10 min降水18．6 mm的气象记录(见表2)。

表2 涩宁兰长输管道沿线降雨量特征值统计表 mm

根据有关泥石流调查研究资料，研究区内泥石流发生的临界雨强为1 d降水量大于50 mm，1 h降水量大于15 mm，10 min降水量大于10 mm。实际上管道沿线突发性的降水量，远远超出了这一临界值好几倍，具备了泥石流形成的雨强条件。

另外，管道所经过地区的地形相对高差较大，根据沿线各县气象站观测资料，降水量均有随海拔高程增大的趋势，这样在一次降水过程中泥石流沟道上游地区的降水量可能更大，于是上游就形成较大洪流量，具有强烈的侵蚀冲刷能力，沿途侵蚀搬运松散土体，有利于管道地质灾害的发育和形成。

5)人类工程活动。人类不合理的工程活动也是诱发管道地质灾害的更重要因素。在研究区内主要表现在两个方面:a．道路或其他工程建设过程中切削坡脚或放坡过陡，改变了斜坡体的形态及原有的应力平衡，导致滑坡、崩塌和泥石流等管道地质灾害;b．农业灌溉水等各类水体渗入斜坡区，软化了斜坡的岩土体，降低斜坡的稳定性，形成滑坡、崩塌等。如2001年7月涩宁兰输气管线施工时，曾引发兰州吊岭沟滑坡，将城市供气管道挤弯，变形量达1．54 m。在较陡黄土斜坡地段的管线，由于上部农田灌溉水沿斜坡管沟的渗流潜蚀，以及对斜坡土体的软化作用，降低了斜坡的稳定性，发生小型滑坡的可能性较大，如二线K0770+400的田家寨滑坡。

4 结语

1)全线发育有管道地质灾害13种，灾害点1 386处，其中主要发育坡面水毁和河沟道水毁;其次是台田地水毁和泥石流;其他崩塌、滑坡等灾害仅占少数。不同类型的地质灾害有不同的形成条件、孕育过程、作用方式、致灾机理和危害特点，其对管道的危害方式、危害程度和后果不同，差异性较大，有的长期缓慢作用于管道，属累进式破坏;有的则突然发生，猛烈破坏管道;同一种地质灾害，因灾害体与管道的位置关系不同，其对管道的危害方式和危害程度也不尽相同。若单从发育数量和密度来说，全线受坡面水毁和河沟道水毁的影响最大;若从单个灾害的危害程度来说，滑坡、泥石流和崩塌对管线的影响较大。

2)全线管道地质灾害的主要成因及形成条件是地形地貌、地层岩性、降水等条件，自西向东，形成的管道地质灾害类型不同，其形成的原因也各不相同。其中水是管道地质灾害形成的根本原因，与其密切相关的泥石流和各类水毁等管道灾害一般发生在每年的6月～9月，尤以7月，8月最为频繁。

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