編者按：復(fù)雜地質(zhì)條件下地質(zhì)災(zāi)害往往孕育、發(fā)展于管道的全生命周期。盡管地質(zhì)災(zāi)害只是影響管道全生命周期安全因素的諸多因素之一，但是由于其發(fā)生、發(fā)展的不確定性和突發(fā)性，風(fēng)險(xiǎn)和破壞程度的難以預(yù)測(cè)性，以及后果的嚴(yán)重性，成為管道安全建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的重大安全威脅。

隨著管道建設(shè)的發(fā)展，管線不斷向自然條件惡劣、包括復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)延伸，如何在規(guī)劃建設(shè)階段（規(guī)劃、選定線、設(shè)計(jì)、施工）識(shí)別、繞避、防治地質(zhì)災(zāi)害，在管道服役期對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和管理。帶著這些問題，《管道保護(hù)》主編朱行之采訪了中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害研究所趙宇研究員。

問： 什么是復(fù)雜地質(zhì)條件？在役管道地質(zhì)災(zāi)害類型和發(fā)育程度主要由什么因素決定？

答： 復(fù)雜地質(zhì)條件是指所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育（如處于深大斷裂帶及其附近）、地層中巖性軟弱（如以泥巖、頁(yè)巖、千枚巖、板巖等為主或濕陷性黃土、結(jié)構(gòu)性軟黏土分布范圍大）、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈(地震活躍且烈度高)、巖溶發(fā)育、斜坡重力作用強(qiáng)烈等，這些因素常常并存疊加，是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)、易發(fā)地區(qū)。

在役管道地質(zhì)災(zāi)害類型和發(fā)育程度取決于其所處的地質(zhì)地貌、地層巖性、氣象、水文等環(huán)境條件的影響，同時(shí)也受管道施工敷設(shè)方式、管道埋深等因素影響。如中緬管道地質(zhì)災(zāi)害類型主要以滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷、水毀等為主；青藏地區(qū)格拉管道主要發(fā)育多年凍土、凍融泥流等災(zāi)種；穿越黃土高原、秦嶺山區(qū)的蘭成渝、陜京線、蘭鄭長(zhǎng)管道則主要受黃土滑坡、泥石流、地面塌陷和水毀等災(zāi)害威脅。

由于工程擾動(dòng)，在役管道運(yùn)營(yíng)3―5年內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害會(huì)呈高發(fā)態(tài)勢(shì)，然后逐漸達(dá)到平穩(wěn)。若遇到強(qiáng)烈地震、極端氣候、大規(guī)模人工活動(dòng)等造成管道沿線地質(zhì)環(huán)境發(fā)生較大變化時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害可能再次進(jìn)入多發(fā)期，加大在役管道安全風(fēng)險(xiǎn)。

2010年是本世紀(jì)以來(lái)我國(guó)氣候最為異常的一年，該年旱澇災(zāi)害交替，強(qiáng)降水事件頻繁發(fā)生、強(qiáng)度之大和范圍之廣為歷史罕見。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2010年的強(qiáng)降雨使投產(chǎn)6年的忠武輸氣管道地質(zhì)災(zāi)害增加了226%，水毀占總災(zāi)害比例從2005年的45%增加到88%；投產(chǎn)8年的蘭成渝原油管道地質(zhì)災(zāi)害增加了141%，水毀災(zāi)害比例從27%增加到37%；投產(chǎn)9年的澀寧蘭輸氣管道地質(zhì)災(zāi)害增加了279%（圖 1）。

圖 1  忠武管道2010榔坪河水毀露管

問： 復(fù)雜地質(zhì)條件下，管道選定線應(yīng)該遵循的基本原則是什么?

答： 復(fù)雜地質(zhì)條件下，管道選定線應(yīng)該優(yōu)先考慮地質(zhì)因素，即遵循“地質(zhì)優(yōu)先”的原則。“地質(zhì)優(yōu)先”是指在選位定線時(shí)首先考慮線路走向的區(qū)域地質(zhì)背景、深大斷裂分布、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、區(qū)域巖性條件、地表外動(dòng)力地質(zhì)作用方式等，盡量避開地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)、高發(fā)區(qū)，把繞避大型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)作為選定線的首要控制因素。

正確的選定線是管道減災(zāi)防災(zāi)工作的基礎(chǔ)，既決定了管道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，也決定了未來(lái)管道減災(zāi)防災(zāi)工作量。復(fù)雜地質(zhì)條件下，越嶺選線和河谷選線十分關(guān)鍵，其好壞基本決定了線路的優(yōu)劣，是整個(gè)線路的關(guān)鍵控制性工程。越嶺位置要盡量避開地質(zhì)災(zāi)害或地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，大型山嶺的穿越要綜合考慮宏觀地質(zhì)構(gòu)造和局部地質(zhì)條件，在盡量繞避或者大角度穿越高地震斷裂帶、地形激變帶時(shí)，盡量避開大型滑坡和滑坡連續(xù)分布地段，巖層順傾地段和厚層堆積層地段，避免施工開挖造成新的滑坡和危巖崩塌（圖 2、圖 3）。

越嶺方案可選擇隧道穿越、路塹開挖和沿山脊敷設(shè)，但是要注意避免長(zhǎng)隧道、深挖塹，沿長(zhǎng)陡坡敷設(shè)時(shí)要適當(dāng)控制其坡度和長(zhǎng)度，減少施工對(duì)環(huán)境的破壞和影響。

山區(qū)河谷地段地勢(shì)陡峻，彎多溝窄，地質(zhì)復(fù)雜， 不良地質(zhì)地段較多，對(duì)施工及運(yùn)營(yíng)均不利，是選線的重點(diǎn)和難點(diǎn)。線路的左右岸擺線和穿跨越出入口的確定，要根據(jù)峽谷自然地形、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)特征及建筑物的分布情況，選擇有利的一岸，盡量繞避不良地質(zhì)地段。

問： 我國(guó)目前管道選定線常見的有哪些問題？

答： 我國(guó)目前選定線存在的問題主要包括只注意經(jīng)濟(jì)效益，不考慮地質(zhì)條件；只注意局部地質(zhì)條件，不注意全線路地質(zhì)背景；對(duì)線路存在的地質(zhì)災(zāi)害的潛在威脅認(rèn)識(shí)不足。

某線性工程選線時(shí)只注重局部地質(zhì)條件的分析而忽略了對(duì)區(qū)域地質(zhì)背景的把握，線路沿大的斷裂破碎帶敷設(shè)，致使線路建成后災(zāi)害不斷，給其安全運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重的威脅和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。再如蘭成渝管道萬(wàn)家大梁隧道出口位置選擇不當(dāng)，導(dǎo)致滑坡對(duì)運(yùn)營(yíng)管道產(chǎn)生嚴(yán)重危害（圖 4）。

圖 4  隧道口管道施工形成滑坡

選定線過程中正確的做法是要始終抓住主要矛盾，重視大的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)歷史沉積環(huán)境變化，根據(jù)宏觀區(qū)域地質(zhì)背景確定線路大的走向，繞避具有區(qū)域控制性的高地震斷裂帶和破碎帶，再結(jié)合具體災(zāi)害點(diǎn)的小微地形地貌和地層巖性進(jìn)行分析對(duì)比，根據(jù)管道靈活、易損的特點(diǎn)，選位布線可以做一些小范圍調(diào)整，繞避局部災(zāi)害。

問： 滑坡、崩塌對(duì)管道的危害方式有哪些？滑坡崩塌地區(qū)管道選定線應(yīng)注意的問題有哪些？

答： 從原則上講，管道線路不應(yīng)通過滑坡地帶，輸油氣管道在選線時(shí)應(yīng)盡可能避開災(zāi)害區(qū)域。但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜以及各種影響因素的不可預(yù)知性，管道不可避免地受到滑坡的威脅。滑坡災(zāi)害發(fā)生時(shí)，管道因承受運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的巨大拖曳力，而發(fā)生彎曲變形、拉裂甚至整體斷裂等失效；緩慢滑坡可能導(dǎo)致管道大范圍彎曲變形，突發(fā)滑坡則常常造成管道瞬間失穩(wěn)。管道損壞輕者使管道架空，嚴(yán)重的可以使管道斷裂，并且災(zāi)害的長(zhǎng)度有時(shí)可達(dá)幾十米甚至上百米。管線的泄漏或破壞不僅能立即導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸，而且對(duì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期的影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

鑒于滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的巨大威脅，因而管線在通過這些地區(qū)時(shí)應(yīng)慎重選線并應(yīng)該加強(qiáng)相關(guān)設(shè)計(jì)工作。在滑坡崩塌區(qū)管道的建設(shè)是以繞避為主，在難以改線的情況下，重視對(duì)滑坡、崩塌地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與監(jiān)測(cè)，并采取相應(yīng)的防治措施，預(yù)防和減緩災(zāi)害對(duì)管道的破壞程度。

問： 滑坡崩塌地區(qū)管道防護(hù)措施有哪些？

答： 目前，對(duì)滑坡的治理主要是從以下幾方面入手：一種是攔、排水措施，通過在滑坡體周圍設(shè)置攔排水溝，減少雨水的入滲，提高滑坡穩(wěn)定性；另一種是抗滑、支擋措施，通過設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)從而提高滑坡的穩(wěn)定性；還有就是滑帶土改良措施，此法通過化學(xué)方法改變滑帶土的物理力學(xué)性質(zhì)而提高滑坡穩(wěn)定性；其他的治理方法還有減壓反重等。以上各種方法從根本上來(lái)說(shuō)是減小下滑力或者是提高抗滑力，最終結(jié)果都是提高滑坡的穩(wěn)定性，減小滑坡對(duì)管道的推力作用，從而保證管道的安全運(yùn)行。

在崩塌地區(qū)采取的措施一是治理崩塌危巖體，減小其發(fā)生可能性，從而可以保證管道安全；另一種就是對(duì)管道采取防護(hù)措施，通過降低崩塌落石對(duì)管道的沖擊力確保管道安全，最為常見的是加大管道埋深和在管道上部堆放沙袋，當(dāng)崩塌落石沖擊管道時(shí)，達(dá)到有效地吸收沖擊能量的目的。

問： 河 （ 溝 ） 道 水 毀 （ 含 洪 水 、 泥 流 、 泥 石流）危害方式分為幾種？河（溝）道水毀的防治措施包括哪幾類？

答： 河（溝）道水毀危害方式可劃分為河（溝）床沖刷下切、河（溝）床淤（堆）積和岸坡側(cè)蝕坍塌三種類型。河（溝）道泥流、泥石流對(duì)管道的危害方式分為漂管、懸空、推移和撞擊四類，可能造成管道及光纜裸露懸空，屈曲、爆炸等，嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行。

河（溝）道水毀的防治措施包括： 對(duì)水流沖刷暴露的管道可采用石籠或鋼管樁等臨時(shí)穩(wěn)管加固；對(duì)順河床段和穿越河流段因水流沖刷已經(jīng)暴露的管道應(yīng)采用漿砌石或混凝土過水面進(jìn)行管道防護(hù)；對(duì)水流持續(xù)沖刷下切的穿越河段，可在下游修筑谷坊、漿砌石或混凝土地下防沖墻等進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)應(yīng)采用擋墻、護(hù)岸等措施護(hù)岸。如果溝道沖刷物中裹挾有較大的石塊，還應(yīng)采取一些防撞擊措施，如管道外包砼或漿砌石護(hù)底等。

新疆庫(kù)米什山谷地區(qū)，沿山谷敷設(shè)的管道和壓重塊都被泥石流巨大的推浮力推浮到地表，造成防腐層破壞及形成管道表面缺陷（圖 5、圖 6）。

問： 管道河（溝）道水毀治理工程存在哪些突出問題？

答： 泥石流的防治措施包括攔擋排疏等工程，在設(shè)計(jì)攔沙壩時(shí)，除考慮壩的穩(wěn)定性外，還應(yīng)該注意其疏水功能，否則可能會(huì)引起壩肩掏蝕，使防治工程失敗（圖 7）。

圖 7 泥石流攔砂壩治理工程存在問題

當(dāng)管道和泥石流“伴行”時(shí)，要考慮泥石流的側(cè)向侵蝕，因?yàn)槟嗍�流沿彎曲溝道運(yùn)動(dòng)時(shí)速度快、慣性大，在彎道凹岸處有顯著的彎道超高現(xiàn)象。行進(jìn)中的泥石流若突然受陡壁阻擋，會(huì)在凹岸底部產(chǎn) 生強(qiáng)大的環(huán)流，對(duì)凹岸產(chǎn)生極大的破壞力（圖 8），攔沙壩設(shè)計(jì)不當(dāng)造成管道基礎(chǔ)不均勻沉降（圖 9），所以，泥石流排導(dǎo)溝槽要增加防掏蝕和沖擊的措施。 

問： 管道地質(zhì)災(zāi)害可以通過監(jiān)測(cè)提前預(yù)警嗎？

答： 管道地質(zhì)災(zāi)害可以通過監(jiān)測(cè)提前預(yù)警，但是由于地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)因素具有隨機(jī)性和不確定性，造成了其監(jiān)測(cè)預(yù)警的困難。實(shí)踐中，針對(duì)具有蠕變特點(diǎn)的漸變型滑坡可以通過對(duì)斜坡整體變形趨勢(shì)和降雨量等參數(shù)綜合分析進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。但目前對(duì)于突發(fā)性、以及人力尚難以企及的高位高陡邊坡、高位危巖崩塌仍然難以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)預(yù)警。

問： 管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方案制訂應(yīng)該注意什么問題？

答： 管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方案包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇、監(jiān)測(cè)線和監(jiān)測(cè)網(wǎng)的確定、監(jiān)測(cè)設(shè)備及參數(shù)的選型、通訊與能源供給方式、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)、預(yù)警模型與預(yù)警閾值、報(bào)警方式等。不同類型管道地質(zhì)災(zāi)害由于其發(fā)生機(jī)理、演化規(guī)律不同，所以其監(jiān)測(cè)預(yù)警方案也不盡相同。

需要特別強(qiáng)調(diào)指出的是，管道地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警不是只靠高新技術(shù)的堆砌就能解決問題。對(duì)災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì)的正確評(píng)估和預(yù)測(cè)，是建立在監(jiān)測(cè)分析人員扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，只有對(duì)災(zāi)害機(jī)理及其發(fā)展規(guī)律的深刻把握，對(duì)施工點(diǎn)地質(zhì)資料的詳細(xì)分析，才能做到心中有數(shù)，判斷準(zhǔn)確。

簡(jiǎn)介：趙宇，女，1962年出生，理學(xué)博士（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)研究生院），研究員（教授級(jí)高級(jí)工程師），國(guó)際土力學(xué)及巖土工程學(xué)會(huì)會(huì)員、甘肅省管道保護(hù)協(xié)會(huì)理事、《管道保護(hù)》編委。民建四川省政策研究委委員，民建中央資源環(huán)境委委員。 1984、 1993年本、碩畢業(yè)于重慶大學(xué)巖土工程專業(yè)， 1985―1990年任教西南科技大學(xué)。 1993年入職中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所。 2006、2013、 2015年分別赴美國(guó)杜克大學(xué)、美國(guó)托萊多大學(xué)、英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)進(jìn)行高訪和合作研究。歷任助教、助研、副研、研究員（教授級(jí)高級(jí)工程師）。多年來(lái)致力于滑面形成、巖土跨尺度破壞機(jī)理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究，積極參與生命線工程減災(zāi)防災(zāi)理論和技術(shù)研發(fā)。作為外委技術(shù)負(fù)責(zé)單位PI主持編定具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)（專利，軟件、關(guān)鍵核心技術(shù)）的“管道工程特殊地段選定線及勘察指南（巖溶、采空、滑坡（崩塌）、崩塌、泥石流、軟土各1套）”“管道工程特殊地段基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)指南”成套技術(shù)（巖溶、采空、滑坡（崩塌）、泥石流、軟土、地震各1冊(cè)）。