肖霄

國家管網(wǎng)集團華南公司

摘要：我國油氣管道沿線地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防控難度大，亟需探討科學(xué)有效的管控方法。初步探索出適用于管道的無人機巡線技術(shù)，以及地質(zhì)災(zāi)害無人機定點遙感監(jiān)測、管道應(yīng)變監(jiān)測等手段，通過空地結(jié)合監(jiān)測預(yù)警，為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控和制定應(yīng)急處置決策提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：管道地質(zhì)災(zāi)害；無人機巡檢；定點遙感監(jiān)測；應(yīng)變監(jiān)測

我國油氣管道多沿山體、等高線敷設(shè)，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控難度大，一旦發(fā)生事故，極易造成重大人員傷亡、環(huán)境污染和經(jīng)濟損失，迫切需要科學(xué)合理的手段進行有效防控。探討空地結(jié)合監(jiān)測預(yù)警實現(xiàn)風(fēng)險管控對保障管道安全平穩(wěn)運行具有重要意義。

1  基于空地結(jié)合的管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控

在確定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度，地質(zhì)災(zāi)害危害程度基礎(chǔ)上，綜合判定管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險程度與管控等級，并提出應(yīng)急處置、風(fēng)險管控對策，為管道安全運維提供決策依據(jù)（圖 1）。

圖 1 基于空地結(jié)合的管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控體系

1.1  無人機巡線系統(tǒng)

將無人機巡線系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計，通過無人機和傳感設(shè)備的選型搭配，構(gòu)建集無人機多源數(shù)據(jù)采集、巡線目標(biāo)任務(wù)分級方案、飛行方案規(guī)劃、巡檢成果應(yīng)用于一體的無人機模塊化巡線系統(tǒng)（圖 2），解決了飛巡定位（遠程目標(biāo)點位精確）、定向（復(fù)雜管線走向循跡）、定高（適應(yīng)復(fù)雜地形目標(biāo)任務(wù)的安全作業(yè)高度）等飛控難題。

圖 2 無人機巡線系統(tǒng)

無人機巡線系統(tǒng)由多旋翼無人機、巡檢Web系統(tǒng)、服務(wù)器、定制定位設(shè)備、SIM卡、數(shù)據(jù)庫軟件、通訊服務(wù)、系統(tǒng)服務(wù)等組成。可完成管道日常高效巡視監(jiān)測，快速處置突發(fā)管道地質(zhì)災(zāi)害事件，實現(xiàn)管道災(zāi)害的風(fēng)險管控。

1.2  無人機空中定點遙感監(jiān)測

利用多旋翼無人機進行空中定點遙感監(jiān)測，并對無人機遙感影像資料進行處理，查明管道周邊地質(zhì)環(huán)境是否具備地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)條件，確認工程擾動的范圍和強度，是否誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。在此基礎(chǔ)上，確定隱患問題的類型和發(fā)生條件及對管道的影響和危害程度（表 1）。

1.3  管道應(yīng)變監(jiān)測

為避免管道在滑坡地質(zhì)災(zāi)害地段發(fā)生應(yīng)力集中，誘發(fā)安全事故，須開展管道應(yīng)變監(jiān)測。采用直接測量法，在管道外表面安裝傳感器測量應(yīng)變。

如圖 3所示，在管道外壁A、B、C 3個監(jiān)測點安裝應(yīng)變計測量各點應(yīng)變值，即可計算管道截面內(nèi)任意點的應(yīng)變值大小，由胡克定律，計算得到監(jiān)測截面的最大應(yīng)力值。據(jù)此可長期監(jiān)測管道截面實時應(yīng)力大小及變化趨勢。按照QSY 1672―2014《管道滑坡災(zāi)害監(jiān)測規(guī)范》，將管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分為藍色、黃色、紅色三個等級預(yù)警，對應(yīng)的管道附加應(yīng)力達到管道拉（壓）應(yīng)力允許值分別為30%、60%、90%。

圖 3 管道應(yīng)變計安裝位置示意圖

對于管道災(zāi)害規(guī)模較大、災(zāi)害變形特征不明顯、對管道的影響難以確定的災(zāi)害點，通過安裝在管道上的應(yīng)變傳感器，監(jiān)測特定部位管道應(yīng)變，佐證地質(zhì)災(zāi)害對管道的影響程度。

2  應(yīng)用案例

某管道敷設(shè)于桐梓縣貓頭山區(qū)ZY074+500米斜坡變形處，經(jīng)勘探確認，管道上方斜坡發(fā)育為長70 m、寬80 m、前后緣最大高差約25 m的淺表層土質(zhì)滑坡。不穩(wěn)定斜坡平均坡度為24°，四周相對較高，地貌上為淺型凹地，具有較好的匯水條件。斜坡體表面堆積層覆蓋，結(jié)構(gòu)松散，基巖結(jié)構(gòu)面與斜坡坡面斜交。

2017年8月6日，桐梓縣貓頭山地區(qū)大雨過后，對該斜坡變形地段管道開展無人機巡線發(fā)現(xiàn)，管段斜坡有變形跡象，在管道所在斜坡上方出現(xiàn)多條裂縫，具有滑坡發(fā)生的條件。滑坡特征及影像特征如圖 4、圖 5所示。

圖 4 滑坡影像特征

圖 5 貓頭山滑坡全貌

受災(zāi)段管道安裝3組管道軸向應(yīng)力監(jiān)測截面（X1、X2、X3）、2套管道地質(zhì)災(zāi)害野外監(jiān)測樁（圖 6，用于數(shù)據(jù)回傳），其中 X1監(jiān)測截面在23和24道擋墻之間，X2在18和19道擋墻之間變形最為強烈位置，X3在15和16道擋墻之間。如圖 7所示。

圖 6 管道野外監(jiān)測樁

圖 7 管道監(jiān)測截面布局圖

監(jiān)測結(jié)果分別見表 2和表 3。

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，綜合地質(zhì)環(huán)境、地層出露和地表裂縫情況，可判斷貓頭山滑坡為牽引式淺層土質(zhì)滑坡，剪出口位于管道上部。目前滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。如遇暴雨或連續(xù)降雨，斜坡土體將富水飽和，導(dǎo)致滑動面強度降低而繼續(xù)發(fā)生滑動，影響管道安全。

作者簡介：肖霄，1986年生，工程師，搶維修中心（廣東輸油三部）經(jīng)理助理， 2009年畢業(yè)于湖南大學(xué)工程管理專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣管道完整性、地質(zhì)災(zāi)害及管道保護管理工作。13922271023，184264134@qq.com。