馬濤1 隋楠2

1.加格達奇輸油氣分公司;2.中石油山東天然氣管道有限公司

摘要：凍脹危害是凍土地區輸油管道特有的風險類型，主要表現為由于冰錐及凍脹丘的原因可能使管道發生位移變化，如果這種變化過大將導致管道塑性變形和泄漏。探究了如何使用管道探測儀配合水準儀監測凍土區管道在豎直方向的位移。運用此方法可以有效監測凍土區輸油管道位移的變化，為監測和分析凍土區輸油管道凍脹問題提供依據。

關鍵詞：凍脹；水準儀；雷迪；數據對比

1 引言

中俄原油管道是國內第一條穿越凍土區的大管徑長輸原油管道，其特有的冬季凍脹危害對該管道破壞力較大，是管道運行過程中面臨的主要風險之一，但目前國內乃至國際上可借鑒的凍土區管道管理經驗有限。根據此管道投產以來的實際運行情況，研究出可使用管道探測儀配合水準儀監測管道豎直方向位移的方法，可宏觀上及時掌握凍脹危害下管道的豎直方向位移變化情況，以便于及時進行風險預控及管道維修工作。

2 凍脹危害對管道的影響

凍脹危害是凍土地區輸油管道特有的風險類型，主要表現為由于冰錐及凍脹丘的原因使管道發生位移變化（尤其是豎直方向），如果這種變化過大將導致管道塑性變形和泄漏。

在連續多年凍土區和島狀融區多年凍土區內的河谷平原地帶存在腐植土、粉質粘土和礫砂層。在凍結的腐植土、粉質粘土、礫砂層中，有大量1-3cm的夾冰，其含水量較高，屬于極融陷土。腐植土、粉質粘土均具凍脹性及強凍脹性，工程建設時管溝開挖和其它因素均可破壞各類凍土的原始狀態，使多年凍土上限下移，下限加深，產生不均勻沉降，影響管道的穩定性；在河谷低洼富水地帶，冬季凍結期易產生凍土凍脹，形成冰丘、冰錐等地表隆起。以上所述區域都為凍脹危害高發區域，均會對管道的產生影響。

3 監測方法

3.1 監測步驟

首先，確定易發生凍脹危害的管道區段，以每間隔5至10米的距離作為一個測量點（如：一段待測量管道的測量點分布為測量點1至測量點N），下文以測量點1為例介紹監測方法的具體實施步驟。

第二步，使用水準儀確定最初基準面，此基準面作為后續測量基準面的比對標準，永恒不變（現場使用不易變化的明顯標記來記錄最初基準面位置，以便于后續測量工作的開展）。

第三步，使用管道探測儀（本文選用雷迪8000地下管道探測儀，以下簡稱雷迪）測量管道埋深Y（地表到管道中心線距離）；使用水準儀測量地表至最初基準面的距離X，X+Y=Z就為測量點初次監測數據，此數據為后續監測數據對比標準。如圖1：

（1）同一測量點進行下次測量時，如果所選擇測量基準面較最初基準面低，△X為基準面的差值，通過現場實際測量確定。如圖2：

（2） 同一測量點進行下次測量時，如果所選擇測量基準面較最初基準面高，如圖3：

△X為基準面的差值，通過現場實際測量確定。

下次測得同一位置測量點的監測數據位Z1=X1+Y1+△X。如果Z1-Z＞0，則表示測量點管道下沉；如果Z1-Z＜0，則表示測量點管道上升；如果Z1-Z=0，則表示測量點管道無變化。

3.2 監測注意事項

（1）由于每次測量時，測量基準面的選擇較最初基準面多少都會變化，所有△X的現場測量必須盡可能準確以減小誤差。

（2）水準儀讀數時，必須先進行設備調平；測量過程中，時刻關注水準儀水平度，如發生變化應重新調平并重新測量數據。

（3）確定完測量點后，使用明顯標記定位測量點（可現場釘樁或使用手持GPS記錄坐標），每次測量同一測量點時，測量人員必須盡量將水準儀標桿立在上次測量的同一位置，以減小誤差。

（4）每次測量同一測量點時，測量人員應盡量在上次測量的同一位置使用雷迪，以減小誤差。

（5）如果最初基準面需要更換，則需將初次測量的所有監測數據都相應的做調整。如：初次基準面上調100mm，則初次測量數據Z調整為Z+100mm。

（6）每次測量數據都是與初次測量數據進行對比。

（7）雷迪使用“直連法”測量數據，以保證測量數據的準確性。

3.3 監測方法的優點和不足

3.3.1 優點

（1）成本較低。監測過程中僅使用水準儀與雷迪，監測現場無需安裝任何設備。

（2）簡單實用。此監測方法原理簡單實用，監測技術易操作，便于推廣。同一監測位置經過多次數據采集后，可以利用監測數據繪制管道縱斷面圖，管道變化情況一目了然。

（3）結果誤差影響小。此監測方法取得數據包括三部分，其中雷迪測量數據誤差細微，可忽略不計。△X測量及地表到基準面數據測量過程中，會產生人為測量誤差，但此誤差可控制在2CM以內，所有總的測量結果誤差不超過5CM，對宏觀掌握管道豎直方向位移變化影響不大。

3.3.2 缺點

（1）最初基準點選取要求較高，要求變化量小于5cm/年，并根據實際情況可每1年更換最初基準點位置以便保證測量結果的可靠性；

（2）在參照物較少的被測管道處，最初基準點選擇困難，可自制基準樁以滿足測量需求。

（3）冬季環境溫度很低，管道檢測儀等電子設備的電池使用時間大大縮短，若監測管道較長，需準備備用電池。

（4）此監測方法全部由人工進行，工作量較大，無法實現自動監測及數據采集。

4 結束語

凍土地區特有的凍脹地質災害對輸油氣管道的影響究竟有多大，由于管理經驗的匱乏，目前還未有明確結論，本文介紹的管道位移監測方法，主要目的在于為監測管道豎直方向位移變化情況提供一種可行性方法，經過實踐證明，此方法基本可行。

作者簡介: 馬濤， 1984年出生，2006年畢業于西安石油大學機械設計及其自動化專業，中級職稱，現主要從事輸油氣長輸管道維搶修工作。