构造引发的地质灾害对油气管道安全的影响及其防控措施研究

何佰毅

【摘 要】管道安全管理是个复杂的问题，不仅涉及到管道沿线自然环境、地理状况、设施配置、管理水平等因素，而且还涉及到政治、经济、文化、教育和人的行为方式等方面。在实施长输管道安全管理时，由地质灾害引起的管道安全隐患的识别与控制更是管理者所不能忽视的。

【关键词】油气管道；地质灾害；管道破坏；经济损失；社会安定；安全运行；预测预报

0 引言

作为生命线工程的高压油气长输管道，担负着油气资源的主要输送任务，由于分布范围非常广阔，沿途区域自然地理和地质环境复杂多样，不可避免地会受到各种地质灾害的威胁和侵害。地质灾害一旦发生，不仅会造成管道变形、断裂和大范围破坏，从而导致油气泄漏、管线停输，带来巨大经济损失；还有可能引发火灾、爆炸等事故，对生命财产、自然环境和社会安定带来严重后果和恶劣影响。因此，调查管道地质灾害分布特点，研究灾害作用下管道的破坏行为和评价方法，制定灾害防治对策，对于保障管道安全运行有着重要意义。

1 地壳内部构造引发的地质灾害

1.1 地震

地震及活动断裂是造成管道（包括站场）重大事故的主要因素之一，世界各国在管道设计上都将其作为一项内容。地震对长输管道安全性可能产生的危害主要包括两个方面：一是由于地震作用使土体的整体性和连续性遭到破坏，如断层错动、地裂、滑坡、砂土液化等；二是管道附近地区发生强烈地震，地震波在土体中的传播会对管道及其辅助设施产生破坏（比如对已腐蚀或焊接质量差的薄弱管段造成破坏）或引发次生灾害（油气管道爆裂、动力供应中断等）。地震造成的最直接的破坏之一就是管道的不均匀下沉，这会引起管道下部地基沉陷或掏空，使地基失去支撑力，于是管道悬空，轴向承受的拉力增大。计算结果表明：当管道悬空长度超过临界值后，在多重应力作用下将使管道材料失效，产生裂纹，甚至拉断。这种情况常常发生在刚性接口的管道中，或者发生在与水平管段连接的竖直段内，此外焊接接缝处也是断裂的根源。这些都有可能导致管道油气的泄漏，从而危及财产、人员和环境的安全。

选线时，在服从线路总走向的前提下，应尽量避开活动断层（带）和地震高烈度区。如果管线与活动断裂交叉或通过地震高烈度区，应选择地形开阔、第四系覆盖层较厚的地区通过，同时应采取抗震设防措施，提高管道防震减灾能力。

1.2 构造裂缝

构造裂缝圈是由内应力作用而形成的。青藏高原构造裂缝分布比较广泛，主要为三种类型，即地震破裂、断层蠕滑破裂和断层破碎带不均匀冻胀裂缝。

为防控构造裂缝对管道安全的影响，可以采取以下必要的措施回：l）绕避，尽可能避免将管线、站场、建筑等设置在构造裂缝带上；不能绕避的，就尽可能地避开构造裂缝的最危险段（时代较新、活动强度较大）和发生过较大地震地表断错的地带。2）选择合适的角度穿越地裂缝，将不利的受力状态和应变方式转化为较有利的方式。3）在管道穿越地裂缝部位采取切实的抗震措施，如增加管道变形的自由度（敷设带斜坡的管沟或采用套管等），增加管道强度或采取柔性联结等。4）加强对活动构造裂缝带和地质灾害的监测与预警工作。

1.3 地表塌陷

产生地面塌陷的主要原因，一是因为地理构造特殊，如西南的岩溶地形；二是因为矿山开采引起的地表沉陷。固体矿产采空区在全国各地都有大面积分布。岩溶地形和矿产采空区的存在，使得有可能引起地表沉降、塌陷变形、地表开裂等，地面的沉降塌陷又将造成地下管道弯曲变形、悬空或断裂，从而对管道安全带来隐患。采空塌陷对油气管道工程将导致严重后果，应引起高度关注。

在地表已产生沉降、裂缝和塌陷的地区对管道安全隐患的防控，选线时首先采用绕避方式；不能绕避的，可采用回填或压力灌浆的方法进行处理。对于正在开采的矿区，应与采矿单位协商在管道沿线200m内划定为禁采区，如协商不成，采矿时在线路下方也应留足保安矿柱，以确保管道安全。

2 地壳外部构造引发的地质灾害

2.1 泥石流

泥石流灾害多发生于每年秋季，由暴雨激发，来势迅猛，致灾力强。尤其在黄土高原区土体结构疏松，崩滑体和冲沟发育，为泥石流提供了丰富的固体物质来源和动能优势。在暴雨激发下形成含沙量极大的洪流，由密布的毛沟、支沟流向干沟和河流，汇集而形成强大的泥流，将堤坝溃毁、水库淤塞等，造成严重危害。

对危害程度严重的大中型泥石流，选线时原则上采取避让，避免直接穿过；无法避让的，可采取跨越方式；对小型泥石流可选定在泥石流的下游（洪积扇堆积区）通过，同时在上游通道内辅以拦截和滞留措施。对管线安全构成威胁的冲沟，应进行加固处理，具体处理方法有：加大管道埋深，至少达到稳定层以下，上部填土应分层夯实，严禁采用“二次回填”（即先松散回填自重下沉后再进行二次回填）；采取截流和排水，切断水源，阻止冲沟的继续发育；回填夯实加固场地；利用编织袋装土顺坡堆砌，增强冲沟的抗冲蚀能力。

2.2 滑坡

此类灾害具有突发性，对工程建设危害性极大。传统的工程地质和岩土工程边坡地质灾害研究通常把边坡重力地质灾害划分为滑坡和滑塌两大类。滑坡绝大多数为黄土滑坡，黄土深厚且富含碳酸钙，疏松多孔，垂直节理发育，其下伏中生界砂泥岩或新近系红土，汛期顺黄土节理下渗的雨水至下伏隔水岩层受阻而形成接触面径流带，触发滑坡发生，这种滑坡一般规模较大；此外，黄土顺坡向垂直节理的雨水下渗时因潜蚀作用而触发的浅层滑坡也较多。

由于这类地质灾害处理费时，整治费用高，因而在选定管道线路时，对其应尽量采取绕避方案。对于一般易滑坡段的治理，可以采取适当措施稳定坡体，比如采取削坡、护坡或鱼鳞坑植树储水措施，进行水土保持和工程处理；或者在滑坡体后缘修筑截、排、导水系统，以防地表水汇人滑坡体，在滑坡体前缘运用浆砌片石护坡，防止水流的侧向侵蚀造成抗滑力减小，从而使坡体稳定，保证管道安全。对于黄土斜坡管沟施工开挖可能产生的边坡滑塌，可采取导流引水、支挡和削坡减重等综合治理对策。

2.3 流动沙丘（垄）和风性沙埋

流动沙丘（垄）主要在西气东输工程线路的西北段断续分布网。如新疆的库木塔活动性沙垄、武威一靖边段的腾格里沙漠南缘的活动沙丘。如果管道覆土被风吹走，就会造成管道裸露悬空，若超过管道挠曲强度，管道就会折断。

对流动沙丘（垄）防治措施可采取加大管道埋深、设置钢（或硅）桩固定管道和直立式沙障等。而在腾格里沙漠南缘和毛乌素沙漠南缘的沙丘，由于规模和活动性相对较小，线路可选在丘间低地通过；或将沙丘推平后再挖管沟，适当深埋，并在施工同时进行种草种树、建沙障等防沙固沙工程，防治风沙危害，改善生态环境。

3 结束语

总之，地质灾害对管道的破坏力强、影响面积大，常常造成严重的后果和损失，因此对沿线地质灾害的防治也成为管道安全管理中的重要内容。为了避免地质灾害事故，在管道勘察设计阶段应当尽量避绕稳定地质区域；无法避绕，则应根据地质环境状况，充分考虑和预测可能出现的灾害形式和规模，采取科学合理的敷设方案和预防措施，尽可能增加管道对地质灾害的抵抗能力。对于在役管道，还应强加灾害监测和应急方案管理工作，以便及时应对可能出现的灾害事故，并把灾害损失降到最低。

【参考文献】

[1]李智毅，颜宇森，雷海英.西气东输工程建设用地区的地质灾害[J].地质力学学报，2004，10（3）：253-259.

[2]候金武，殷跃平，颜宇森.西气东输管道工程地质灾害危险性研究[M].北京：中国大地出版社，2005：30-42.

[责任编辑：薛俊歌]