王金榮1 廖方建1 張雷1 蘭旭彬2 姚安林2 蔣宏業(yè)2 徐濤龍2

1. 中航油彭州管道運(yùn)輸有限公司； 2. 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院

摘  要：以航油管道為研究對象，以成都盆地為地域環(huán)境，著眼于管道所經(jīng)地區(qū)的地災(zāi)類型，介紹其辨識(shí)方法和防治措施；重點(diǎn)針對滑坡災(zāi)害，概述了基于SPH-FEM耦合分析模擬和基于InSAR的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控兩大關(guān)鍵技術(shù)，為航油管道滑坡段管道的安全輸送提供支持。

關(guān)鍵詞：山地航油管道；滑坡地質(zhì)災(zāi)害； SPH-FEM耦合法； InSAR地災(zāi)監(jiān)測

中航油彭州管道運(yùn)輸有限公司（以下簡稱彭州管輸公司）管轄的彭州煉油廠至雙流國際機(jī)場的航油輸送管道（以下簡稱“成彭管道”）途經(jīng)青白江區(qū)、龍泉驛區(qū)等地，全長195.7 km，作為雙流機(jī)場的“生命線”，每日為其輸送4800 t航油。成彭管道地域跨度大，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害頻發(fā)，且以滑坡、水毀為主。 2019年初步識(shí)別出7處高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及5處中風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。有必要對常見地災(zāi)進(jìn)行識(shí)別與防控，輔以地災(zāi)管控關(guān)鍵技術(shù)，保證航油安全輸送。

1 地質(zhì)災(zāi)害辨識(shí)

成彭管道主要穿越成都平原及其東部的龍泉山脈，途經(jīng)平原、丘陵及低山等地貌。通過現(xiàn)場踏勘，管道沿線地區(qū)典型地災(zāi)類型包括水毀、滑坡、泥石流、崩塌。

（1）水毀災(zāi)害。地 質(zhì) 災(zāi) 害 主 要 以 坡 面 和 河（溝）道水毀為主（圖 1）。需要調(diào)閱和調(diào)查當(dāng)?shù)厮�文資料（暴雨頻率等）、災(zāi)害點(diǎn)地形地貌（坡長等）、管敷情況（埋深等）等 。

（2）滑坡災(zāi)害�；�坡是成彭管道最主要的地質(zhì)災(zāi)害（圖 2），對其辨識(shí)通�；�于以下特征：①地形地貌特征：滑坡在斜坡上多呈圈椅狀、馬蹄狀或有多級(jí)異常臺(tái)坎分布；②地層特征：滑坡體的巖層和土體與未滑動(dòng)的斜坡有明顯差異，通常較松散、凌亂；③邊界特征：在滑坡后緣通常有順坡向擦隙；④水文特征：滑坡會(huì)破壞原有的水力聯(lián)系，造成地下水流動(dòng)路徑、排泄地點(diǎn)等改變。

（3）泥石流災(zāi)害。泥石流的辨識(shí)，主要有以下特征：①物源特征：易發(fā)生于溝谷兩側(cè)山體破碎松散 物質(zhì)較多、滑坡垮塌等現(xiàn)象明顯、植被稀少等的溝谷區(qū)；②地形地貌特征：溝谷側(cè)方山體陡峻，上下游高差大等有利于泥石流的形成；③水源特征：暴雨多發(fā)及冰雪季節(jié)性消融等有利于泥石流形成的區(qū)域。

（4）崩塌災(zāi)害。崩塌的辨識(shí)主要根據(jù)坡體的地形地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征：①坡度大于60°，且高差較大；②坡體內(nèi)部裂隙發(fā)育，使之與母體形成了分離之勢；③坡體前部存在臨空，或有崩塌物發(fā)育。

2 地質(zhì)災(zāi)害防治措施

（1）水毀防治措施。根據(jù)管道工程需要設(shè)置擋土墻、擋土坎、梯田坎、截水溝、排水溝等，汛期應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)管道沿線巡線力度，對河床下切或局部塌陷進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，定期進(jìn)行水工保護(hù)措施巡查修補(bǔ)，提前制定管控措施防災(zāi)減災(zāi)以降低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）滑坡防治措施。 2019年龍泉山區(qū)持續(xù)降雨，滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，公司組織地災(zāi)專家對龍泉山區(qū)管道開展了徒步巡線排查，發(fā)現(xiàn)重大隱患點(diǎn)2處，隨即實(shí)施了一系列管控措施。①生產(chǎn)運(yùn)行中心利用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控對涼風(fēng)埡地災(zāi)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。②加強(qiáng)巡線頻次，制作重大隱患點(diǎn)的專項(xiàng)巡檢記錄，每日在巡線管理微信群中匯報(bào)地災(zāi)點(diǎn)情況。③強(qiáng)化“監(jiān)控監(jiān)測”，開展滑坡區(qū)全站位移監(jiān)測工作，在管道設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控。④持續(xù)加大科研投入，分別開展《航油管道土質(zhì)滑坡下的力學(xué)響應(yīng)及其防控對策研究》《基于InSAR的成彭管線地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用研究》和《基于InSAR技術(shù)的航油管道微滲應(yīng)用技術(shù)研究》等專項(xiàng)研究，突破關(guān)鍵技術(shù)，助力災(zāi)害防治。

（3）泥石流防治措施。可對管道進(jìn)行配置壓重及鋼筋混凝土加重的抗浮措施，同時(shí)可設(shè)置防沖墻以阻止溝谷與河道的持續(xù)下切；基于敷設(shè)在基巖主溝道內(nèi)的管道，可采用鋼筋混凝土護(hù)面加錨筋的結(jié)構(gòu)形式，將管道緊緊嵌固在基巖內(nèi)。

3 地質(zhì)災(zāi)害管控關(guān)鍵技術(shù)

（1） SPH-FEM耦合分析關(guān)鍵技術(shù)。滑坡占成彭管道總災(zāi)害的69.23%（圖 3），對管道安全帶來較大的威脅。

為避免滑坡作用下滑坡體及管內(nèi)輸送介質(zhì)發(fā)生大形變而致使計(jì)算終止，采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)法（SPH），將問題域離散成一系列不依賴于網(wǎng)格的粒子；針對滑床及管體小變形區(qū)域，采用傳統(tǒng)的更具效率的有限元法（FEM），并在其交界面處通過設(shè)置接觸形式，實(shí)現(xiàn)SPH-FEM算法的耦合，最大限度發(fā)揮兩者優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)滑坡下土―管―介質(zhì)多物理場完全耦合建模（圖 4）�？紤]模型整體重力，并與時(shí)間相關(guān)聯(lián)，最大程度復(fù)原滑坡演變過程，并獲取不同時(shí)刻下管體應(yīng)力/應(yīng)變及位移情況，為管體防護(hù)工作提供理論支撐與技術(shù)指導(dǎo)。

（2）基于InSAR的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)。采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)（InSAR）對成彭管道災(zāi)害多發(fā)的管段進(jìn)行監(jiān)測。通過InSAR廣域處理，對管道全區(qū)域進(jìn)行普查，實(shí)現(xiàn)對隱患點(diǎn)變化趨勢的動(dòng)態(tài)跟蹤；并通過每12天一次的時(shí)序變形監(jiān)測分析，對有緩慢形變的區(qū)域及時(shí)分析和預(yù)警，對已變形的災(zāi)害區(qū)域二次預(yù) 警和防范。專題數(shù)據(jù)包括所有形變點(diǎn)云的經(jīng)緯度位置信息，形變速率，內(nèi)檢驗(yàn)經(jīng)度信息，每一時(shí)刻形變量信息。專題圖表包括管線區(qū)域的形變速率、時(shí)序形變趨勢、累積形變量、形變面積、沉降區(qū)域的邊界等信息（圖 5）。

4 結(jié)論

地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅山地管道運(yùn)行安全。合理運(yùn)用現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害辨識(shí)、 InSAR衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)及SPHFEM耦合分析等技術(shù)，可以為防災(zāi)減災(zāi)提供有力技術(shù)支撐，從而保障山地管道安全運(yùn)行。

作者簡介：王金榮， 1979年生，山東濰坊人，工程師，從事油料儲(chǔ)運(yùn)及安全管理與技術(shù)研究工作。聯(lián)系方式：13302068058， wangjr@cnaf.com。

通訊作者：徐濤龍， 1984年生，浙江諸暨人，講師，博士，從事管線力學(xué)及油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等研究。聯(lián)系方式：18280099577， swpuxtl@163.com。