構(gòu)造引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對油氣管道安全的影響及其防控措施研究

何佰毅

【摘 要】管道安全管理是個復(fù)雜的問題，不僅涉及到管道沿線自然環(huán)境、地理狀況、設(shè)施配置、管理水平等因素，而且還涉及到政治、經(jīng)濟、文化、教育和人的行為方式等方面。在實施長輸管道安全管理時，由地質(zhì)災(zāi)害引起的管道安全隱患的識別與控制更是管理者所不能忽視的。

【關(guān)鍵詞】油氣管道；地質(zhì)災(zāi)害；管道破壞；經(jīng)濟損失；社會安定；安全運行；預(yù)測預(yù)報

0 引言

作為生命線工程的高壓油氣長輸管道，擔(dān)負著油氣資源的主要輸送任務(wù)，由于分布范圍非常廣闊，沿途區(qū)域自然地理和地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多樣，不可避免地會受到各種地質(zhì)災(zāi)害的威脅和侵害。地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生，不僅會造成管道變形、斷裂和大范圍破壞，從而導(dǎo)致油氣泄漏、管線停輸，帶來巨大經(jīng)濟損失；還有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸等事故，對生命財產(chǎn)、自然環(huán)境和社會安定帶來嚴重后果和惡劣影響。因此，調(diào)查管道地質(zhì)災(zāi)害分布特點，研究災(zāi)害作用下管道的破壞行為和評價方法，制定災(zāi)害防治對策，對于保障管道安全運行有著重要意義。

1 地殼內(nèi)部構(gòu)造引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害

1.1 地震

地震及活動斷裂是造成管道（包括站場）重大事故的主要因素之一，世界各國在管道設(shè)計上都將其作為一項內(nèi)容。地震對長輸管道安全性可能產(chǎn)生的危害主要包括兩個方面：一是由于地震作用使土體的整體性和連續(xù)性遭到破壞，如斷層錯動、地裂、滑坡、砂土液化等；二是管道附近地區(qū)發(fā)生強烈地震，地震波在土體中的傳播會對管道及其輔助設(shè)施產(chǎn)生破壞（比如對已腐蝕或焊接質(zhì)量差的薄弱管段造成破壞）或引發(fā)次生災(zāi)害（油氣管道爆裂、動力供應(yīng)中斷等）。地震造成的最直接的破壞之一就是管道的不均勻下沉，這會引起管道下部地基沉陷或掏空，使地基失去支撐力，于是管道懸空，軸向承受的拉力增大。計算結(jié)果表明：當(dāng)管道懸空長度超過臨界值后，在多重應(yīng)力作用下將使管道材料失效，產(chǎn)生裂紋，甚至拉斷。這種情況常常發(fā)生在剛性接口的管道中，或者發(fā)生在與水平管段連接的豎直段內(nèi)，此外焊接接縫處也是斷裂的根源。這些都有可能導(dǎo)致管道油氣的泄漏，從而危及財產(chǎn)、人員和環(huán)境的安全。

選線時，在服從線路總走向的前提下，應(yīng)盡量避開活動斷層（帶）和地震高烈度區(qū)。如果管線與活動斷裂交叉或通過地震高烈度區(qū)，應(yīng)選擇地形開闊、第四系覆蓋層較厚的地區(qū)通過，同時應(yīng)采取抗震設(shè)防措施，提高管道防震減災(zāi)能力。

1.2 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造裂縫圈是由內(nèi)應(yīng)力作用而形成的。青藏高原構(gòu)造裂縫分布比較廣泛，主要為三種類型，即地震破裂、斷層蠕滑破裂和斷層破碎帶不均勻凍脹裂縫。

為防控構(gòu)造裂縫對管道安全的影響，可以采取以下必要的措施回：l）繞避，盡可能避免將管線、站場、建筑等設(shè)置在構(gòu)造裂縫帶上；不能繞避的，就盡可能地避開構(gòu)造裂縫的最危險段（時代較新、活動強度較大）和發(fā)生過較大地震地表斷錯的地帶。2）選擇合適的角度穿越地裂縫，將不利的受力狀態(tài)和應(yīng)變方式轉(zhuǎn)化為較有利的方式。3）在管道穿越地裂縫部位采取切實的抗震措施，如增加管道變形的自由度（敷設(shè)帶斜坡的管溝或采用套管等），增加管道強度或采取柔性聯(lián)結(jié)等。4）加強對活動構(gòu)造裂縫帶和地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)警工作。

1.3 地表塌陷

產(chǎn)生地面塌陷的主要原因，一是因為地理構(gòu)造特殊，如西南的巖溶地形；二是因為礦山開采引起的地表沉陷。固體礦產(chǎn)采空區(qū)在全國各地都有大面積分布。巖溶地形和礦產(chǎn)采空區(qū)的存在，使得有可能引起地表沉降、塌陷變形、地表開裂等，地面的沉降塌陷又將造成地下管道彎曲變形、懸空或斷裂，從而對管道安全帶來隱患。采空塌陷對油氣管道工程將導(dǎo)致嚴重后果，應(yīng)引起高度關(guān)注。

在地表已產(chǎn)生沉降、裂縫和塌陷的地區(qū)對管道安全隱患的防控，選線時首先采用繞避方式；不能繞避的，可采用回填或壓力灌漿的方法進行處理。對于正在開采的礦區(qū)，應(yīng)與采礦單位協(xié)商在管道沿線200m內(nèi)劃定為禁采區(qū)，如協(xié)商不成，采礦時在線路下方也應(yīng)留足保安礦柱，以確保管道安全。

2 地殼外部構(gòu)造引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害

2.1 泥石流

泥石流災(zāi)害多發(fā)生于每年秋季，由暴雨激發(fā)，來勢迅猛，致災(zāi)力強。尤其在黃土高原區(qū)土體結(jié)構(gòu)疏松，崩滑體和沖溝發(fā)育，為泥石流提供了豐富的固體物質(zhì)來源和動能優(yōu)勢。在暴雨激發(fā)下形成含沙量極大的洪流，由密布的毛溝、支溝流向干溝和河流，匯集而形成強大的泥流，將堤壩潰毀、水庫淤塞等，造成嚴重危害。

對危害程度嚴重的大中型泥石流，選線時原則上采取避讓，避免直接穿過；無法避讓的，可采取跨越方式；對小型泥石流可選定在泥石流的下游（洪積扇堆積區(qū)）通過，同時在上游通道內(nèi)輔以攔截和滯留措施。對管線安全構(gòu)成威脅的沖溝，應(yīng)進行加固處理，具體處理方法有：加大管道埋深，至少達到穩(wěn)定層以下，上部填土應(yīng)分層夯實，嚴禁采用“二次回填”（即先松散回填自重下沉后再進行二次回填）；采取截流和排水，切斷水源，阻止沖溝的繼續(xù)發(fā)育；回填夯實加固場地；利用編織袋裝土順坡堆砌，增強沖溝的抗沖蝕能力。

2.2 滑坡

此類災(zāi)害具有突發(fā)性，對工程建設(shè)危害性極大。傳統(tǒng)的工程地質(zhì)和巖土工程邊坡地質(zhì)災(zāi)害研究通常把邊坡重力地質(zhì)災(zāi)害劃分為滑坡和滑塌兩大類?；陆^大多數(shù)為黃土滑坡，黃土深厚且富含碳酸鈣，疏松多孔，垂直節(jié)理發(fā)育，其下伏中生界砂泥巖或新近系紅土，汛期順黃土節(jié)理下滲的雨水至下伏隔水巖層受阻而形成接觸面徑流帶，觸發(fā)滑坡發(fā)生，這種滑坡一般規(guī)模較大；此外，黃土順坡向垂直節(jié)理的雨水下滲時因潛蝕作用而觸發(fā)的淺層滑坡也較多。

由于這類地質(zhì)災(zāi)害處理費時，整治費用高，因而在選定管道線路時，對其應(yīng)盡量采取繞避方案。對于一般易滑坡段的治理，可以采取適當(dāng)措施穩(wěn)定坡體，比如采取削坡、護坡或魚鱗坑植樹儲水措施，進行水土保持和工程處理；或者在滑坡體后緣修筑截、排、導(dǎo)水系統(tǒng)，以防地表水匯人滑坡體，在滑坡體前緣運用漿砌片石護坡，防止水流的側(cè)向侵蝕造成抗滑力減小，從而使坡體穩(wěn)定，保證管道安全。對于黃土斜坡管溝施工開挖可能產(chǎn)生的邊坡滑塌，可采取導(dǎo)流引水、支擋和削坡減重等綜合治理對策。

2.3 流動沙丘（壟）和風(fēng)性沙埋

流動沙丘（壟）主要在西氣東輸工程線路的西北段斷續(xù)分布網(wǎng)。如新疆的庫木塔活動性沙壟、武威一靖邊段的騰格里沙漠南緣的活動沙丘。如果管道覆土被風(fēng)吹走，就會造成管道裸露懸空，若超過管道撓曲強度，管道就會折斷。

對流動沙丘（壟）防治措施可采取加大管道埋深、設(shè)置鋼（或硅）樁固定管道和直立式沙障等。而在騰格里沙漠南緣和毛烏素沙漠南緣的沙丘，由于規(guī)模和活動性相對較小，線路可選在丘間低地通過；或?qū)⑸城鹜破胶笤偻诠軠?，適當(dāng)深埋，并在施工同時進行種草種樹、建沙障等防沙固沙工程，防治風(fēng)沙危害，改善生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)束語

總之，地質(zhì)災(zāi)害對管道的破壞力強、影響面積大，常常造成嚴重的后果和損失，因此對沿線地質(zhì)災(zāi)害的防治也成為管道安全管理中的重要內(nèi)容。為了避免地質(zhì)災(zāi)害事故，在管道勘察設(shè)計階段應(yīng)當(dāng)盡量避繞穩(wěn)定地質(zhì)區(qū)域；無法避繞，則應(yīng)根據(jù)地質(zhì)環(huán)境狀況，充分考慮和預(yù)測可能出現(xiàn)的災(zāi)害形式和規(guī)模，采取科學(xué)合理的敷設(shè)方案和預(yù)防措施，盡可能增加管道對地質(zhì)災(zāi)害的抵抗能力。對于在役管道，還應(yīng)強加災(zāi)害監(jiān)測和應(yīng)急方案管理工作，以便及時應(yīng)對可能出現(xiàn)的災(zāi)害事故，并把災(zāi)害損失降到最低。

【參考文獻】

[1]李智毅，顏宇森，雷海英.西氣東輸工程建設(shè)用地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2004，10（3）：253-259.

[2]候金武，殷躍平，顏宇森.西氣東輸管道工程地質(zhì)災(zāi)害危險性研究[M].北京：中國大地出版社，2005：30-42.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]