管道地质灾害防治技术发展与展望



管道地质灾害防治技术发展与展望

管道运营过程中，如何有效地降低管道面临的地质灾害风险是管道运营管理中的一项重要工作，在管道全生命周期内通过周期性地开展风险识别、评价和控制工作，不断降低管道地质灾害风险直至可接受水平。

在国内，中石油是开展管道地质灾害风险管理研究和实践最早且成果最为丰硕的企业。目前已形成了管道地质灾害风险管理系列技术（图7），且形成了国内行业标准（SY/T 6828）并通过ISO标准立项（ISO 20074），逐步占据国际管道地质灾害风险管理的技术前沿。

图7 中石油管道地质灾害风险管理系列技术

（1）风险识别

灾害的常规识别主要通过两种形式实现，一种是管道日常巡检，另一种则是专业机构定期调查。巡检人员多为当地百姓，仅能发现较为明显的地表异常变化，基本没有判断及效识别灾害的能力，一般上报后由公司业务人员或公司委托外部专业人员进入现场进行辨识，一旦遇到恶劣气候或复杂地形，上述工作都无法正常开展，及时和有效性均得不到保障。专业机构定期调查在中石油各在役长输管道均已不同程度开展（尤其是忠武管道、兰郑长管道、西气东输等灾害易发区管道）。借助地质院校和地勘公司的技术支持，灾害识别的有效性基本能够得到保障，但无法满足及时性要求，尤其对于突发灾害。

非人力的区域监测和区域识别技术可以在一定程度上解决常规灾害识别工作无法同时满足及时性和有效性的问题，航空航天遥感监测和土体移动区域监测技术是个不错的选择。国外，航空航天遥感技术已经广泛应用于长输油气管道的灾害识别工作中，其中卫星INSAR和无人机影像（三维立体成像技术）最为成熟。在国内，卫星INSAR图像的获取和解析已无障碍，漠大管道已使用无人机开展管道线路巡检工作，因此具备开展复杂地形长输管道地质灾害监测及识别相关研究工作的需求和条件。

土体移动区域监测技术主要依赖管道伴行光缆，通过辨识光缆的应力变化而获知管道周围土体的移动情况，无需人员进入现场即可感知异常的土体移动，起到地质灾害初识别和预警的功能。

（2）风险评价

评价水平分为定性、半定量和定量。定性和半定量评价技术已经成熟应用于管道地质灾害，这在石油天然气行业标准SY/T 6828中得到了充分的体现，中石油企业标准Q/SY1265、Q/SY GD0209和Q/SY GD1086还有更加细致化的应用操作。无论是定性的评价方法还是半定量的评价方法，给出的地质灾害风险结论都是高、中、低评级，无法明确管道的安全状态（安全裕量、破坏概率、屈曲预测等），达到定量化的水平。

虽然针对滑坡、崩塌等灾害，其稳定性的量化计算方法已经非常成熟，但是在半定量到定量评价的过程中，还需要非常多的关键技术瓶颈问题需要解决，例如管土相互作用模型、土体变形荷载作用下的管道非线性量化评价理论、相似物理模型试验、管道破坏概率及屈曲预测等等。以管土相互作用模型为例，还不能同时满足有效性、通用性和简易性要求，相当多的管土相互作用数值模拟成果中，多是针对土的本构模型和管的本构模型分别进行改进和优化，然后通过模拟软件进行分析，无法反应真实管土相互作用机理。

风险量化水平较低也是造成管道地质灾害预警不准确的主要原因。目前国内地质灾害预警技术中，还主要局限于单阈值或多阈值组合报警，融合各种因素（历史数据、实时数据、边界条件数据、管道数据）的综合预警方法还有待攻关。另外，预警工作中，缺乏统一的地质灾害的监测实施标准，大量的监测数据得不到有效利用，预警响应和信息展示不足，制约了风险量化水平的提高。

（3）风险控制

同定性、半定量的风险评价应用类似，国内石油企业的风险控制工作在行标、企业标准和管理体系文件中都得到了明显的体现。风险控制管理技术成熟、应用广泛、效果显著。但仍然存在着一些问题：①缺乏新型防治措施，应借鉴国外新型柔性结构、管沟回填材料的研发与应用经验；②防治思想需要转变，由消除防治向保护管道转变；③提高灾害控制施工过程质量监管水平；④开展防治工程后评价，评估风险减缓能力，为工程优化和投资优化提供参考；⑤建设期地灾危险性评估不足、工程质量欠缺遗留问题是运营期地质灾害频发的诱因。

针对目前管道地质灾害技术现状和瓶颈问题，建议在技术和管理两个层面上进行改进和完善。技术层面上：在管土相互作用、管体破坏概率及屈曲预测、相似物理模型试验等方面切实提高管道地质灾害风险量化水平；开展数据挖掘和预警技术优化及应急评价；应用航空航天遥感监测和土体移动区域监测技术；研发新型柔性结构、管沟回填材料。管理层面上：转变防治思想；加强施工过程质量监管；切实解决建设期遗留问题；推进管道全线的风险管理程序，即周期性开展地质灾害的调查、评价与规划工作，使之常态化、制度化；建设监测预警平台（集成于PIS系统或气象与地质灾害预警平台）；对监测技术和实施过程进行规范，实现各输油气分公司监测单元的标准化建设和统一管理，实现数据的共享、分析、展示和预警响应；推动防治工程后评价工作。

李亮亮 管道科技研究中心自动化所