天然气管道滑坡位移监测技术及应用

材料缺陷和腐蚀引起的事故比例。滑坡作为天然气输送管道地质灾害的主要类型之一，极大地威胁着油气管道的运行安全。滑坡位移监测是通过仪器或装置探测滑坡岩体或土体移动的规律，得到滑坡稳定性分析的基础资料，预报滑坡。依据观测资料了解和掌握滑坡的形态、规模和发展趋势，采取相应的处理措施实现对管道沿线重点地段崩滑灾害的监测，从而确保管道的安全运行[2]。

目前常用的滑坡监测方法主要是地表位移监测、地下深部位移监测[3]。结合相关因素，如降雨、地下水等监测方法，根据钻孔深部位移监测资料，可准确地掌握滑坡滑面（带）的位置、滑带数目等；并根据滑坡不同部位位移速率、位移方式等的空间变化，结合地表变形破裂特征及钻探等综合勘察资料，分析滑坡的地质结构。

本文以四川盆地西南部某天然气管线滑坡为例，采用精密全站仪极坐标法进行地表监测，并采用测斜仪完成深部位移监测[4-5]。通过对监测数据的分析，提出有针对性的治理措施及建议。

1 滑坡位移监测

滑坡位移监测根据监测的对象和范围分为岩体位移监测（包括地表位移监测和地下位移监测）、地下水监测、地震和爆破震动监测等内容。监测设计所需资料如表1所示。

1.1 监测仪器的布置

为了保证滑坡监测数据的准确性以及有效性，坚持监测目的明确、重点突出，监测滑坡形状变化的全过程，仪器布置少而精，避免或减少施工干扰，监测设计应留有余地的原则，监测仪器的合理布置就显得尤为重要[6]，主要内容包括：

1）大地测量变形监测的布置；

2）表面倾斜监测的布置；

3）地表裂缝监测的布置；

4）深部水平位移监测的布置；

5）沿钻孔轴向位移监测的布置；

6）松动范围监测的布置；

7）渗流监测布置。

1.2 地表位移监测

在滑坡的孕育、发展和临滑过程中，最直观、最确切、最易捕捉的信息是地表位移和变形。国内外对滑坡的监测，也都是把地表位移和变形的监测放在首位，采用的监测手段大致可分为两类：

1）接触式测量。如位移计、伸缩计等，其测量原理是用钢丝连接在滑体上的目标点和滑体外的基准点之间。容易受气候和环境因素的影响和扰动，故障率较高，目前只能做一维测量。

2）非接触测量。多沿用大地测绘仪器：如水准仪、经纬仪、红外测距仪等。这些设备需手动操作，无法自动监测、自动数据存贮和数据远传，无法做到实时追踪。最新一代的全自动全站仪和GPS精度较高，可以自动工作[7]。

1.3 深部位移监测

地下深部位移监测可准确掌握正在活动的滑坡面的位置、位移速率、滑坡带的数目以及滑坡体随深度的位移变化情况，为滑坡的稳定性评价、预测预报以及防治工程设计提供第一手资料。此外，山体滑坡在多数情况下为非整体性移动，位移首先出现在内部，逐渐向上传递至地表。因此通过深部位移监测对滑坡的稳定性评价和早期预报具有实际意义。

地下深部位移监测包括水平位移的钻孔测斜仪法和测钻孔轴向位移的多点位移计法，对边坡和滑坡及其不同阶段都可适用。对于有条件的大型边坡和重大滑坡，大地测量和钻孔深部位移测量可以同时采用，对于一般的边坡和滑坡也可择一进行监测。深部位移监测可以及时发现滑动面的出现，确定其位置并监视其变化、发展。

1.4 监测周期的确定

滑坡的形成是一个由微小变形到宏观变形，最后形成土体整体滑动的累积性变形过程[8]。这一过程可能是连续性的，也可能是间接性或突发性的，一般可将其分为缓慢变形、变形发展、变形加剧和急剧变形4个阶段。监测周期的确定取决于检测准确度、变形速度以及实际情况与需要。最小观测周期的原则是2次检测结果的差值应体现边坡的移动，即边坡的位移量大于2倍位移观测中误差。设检测点的点位观测中误差为M，则位移中误差为■M，设边坡位移速度为V，检测周期为T，则有：T·V≥2■M。

在实际工作中一般旱季可每2个月1次，雨季可每月1次，如遇滑动加快等需要缩短周期时，要及时增加观测次数。

2 工程应用

2.1 工程概况

某天然气管线位于四川盆地西南部丘陵地带，在滑坡体上的直线距离约220 m，埋深约1.2～1.5 m。该区域多年平均降雨量986～1 048 mm，最大一日降雨量206.5 mm。测区内褶皱舒缓，压性、压扭性断裂较为发育，地貌单元为构造剥蚀中切宽谷-箱型谷丘陵地貌区，出露岩层为侏罗系沙溪庙组泥岩与厚层砂岩不等厚互层，产状相对平缓，约为330°∠2°。在斜坡中下部和谷底地段分布2.0～8.0 m不等的残坡积粉质粘土和碎块石土层。地势北高南低，地表水较发达，山头较为平整，易于蓄水，滑坡边缘有两条主要的支水沟。

2.2 滑坡特征与成因机制分析

该滑坡最初变形于2012年5、6月份，集中表现为公路下挫、滑移破坏，变形区范围上至公路中部及左后侧部分地段，下部直至林地后侧坡度平缓地段，两侧直抵凸出地形（左侧山嘴地段前侧陡坡亦有部分滑动并导致电杆歪斜），滑动方向与坡向近于一致而主要集中于凹槽地形。滑坡纵向长度约为15 m，横向宽度30 m左右，平均厚度1.0 m，总体方量不足1 000 m3，属小型推移式土质滑坡。其变形特征以土体挤密压实为主。图1为滑坡剖面示意图。

崩塌堆积成因碎块石土体结构属于较为稳定土体结构，尤其这类岩层产状平缓、地形切割不大的丘陵区形成滑坡地质灾害的可能性相对较小，因而区内人类工程成为滑坡形成重要因素，主要表现成以下两个方面：

1）人工弃土的堆放，包括管线施工弃土和道路建设弃土，相对于崩塌堆积自然成因的碎块石土结构极为不均，且松散易遇水软化。

2）道路加载亦为该滑坡的重要影响因素之一。

降雨是滑坡启动的重要诱因[9]。从地质测绘和钻探揭示情况来看，滑坡区处于地形和地层分布的双重“凹槽”区（覆盖层中间厚，两端薄），有利于地表汇流下渗，每逢雨季，公路内侧湍急水流向滑坡中部汇流入渗既是例证。

综合来看，以人工堆积的物质条件为主要内因，以降雨的影响因素为主要外因，最终导致滑坡的发生。

2.3 滑坡位移监测

根据测区的实际情况，踏勘发现图2中A，B两处离滑坡区较远，坡体稳定，故在滑坡区共选择6个地表位移监测点，其中控制点2个，滑坡监测点4个。各观测点位示意见图2，滑坡位移监测综合布置平面如图3所示。图中绿色为地面监测控制点，红色为地面滑坡监测点，橙色为深部位移钻孔。

变形观测墩地面出露1.2 m，地下埋深1.5 m，地面上1.3 m×1.3 m。均用钢筋混凝土制作，观测墩表面是不锈钢强制对中设备，侧面有严禁破坏的警示标语和联系电话。可以同时满足GPS和全站仪变形观测。深部位移在地表设有专用保护套管，并用混凝土进行固定保护，非专业工具很难破坏。以上两种监测设备严格施工，不进行人为破坏，完全可以保证至少运行10年以上。

1）地表位移监测及数据分析

采用全站仪极坐标法对图3中所选择的监测点进行测量，根据两个已知控制点的独立坐标，考虑仪器加、乘常数及温度、气压进行修正，进行精确测角测距，求出各控制点的坐标。

地表测量数据见表2，表中A、B点是位于滑坡区外的稳定的控制点，1～4号点是滑坡区内的变形观测点。将每个监测点不同时间的监测坐标输入CAD中，对5组数据对应坐标点进行矢量叠加，得到每个监测点的地表位移矢量图，最后以每个监测点第1次与第5次坐标之间的模作为这个监测点的总体位移变化量。1、2、3、4号点的变化趋势及变化量分别见图4～图7。

在不到2个月的时间里，各点均有明显下移趋势，其中最明显的3号点下移了13 mm，下降趋势最小的4号点下移了8.5 mm。

2）深部位移监测及数据分析

深部位移用测斜仪检测，在测量之前，本文通过钻4处孔对岩芯进行分析，帮助了解滑坡的运行机理和稳定性。然后在钻孔中放置专门的测斜管。每个钻孔的钻孔深度在13 m左右。

对4个孔进行了4个周期共计30 d的观测，获得的数据分别见表3～表6。根据测斜仪测量的数据，得到监测点纵向位移偏移量与监测深度如图8所示，不难看出各个点在地表2 m以上均有位移，地面6 m以下基本稳定，没有发生明显的位移。地面发生位移最大的点是3号，位移达到6.4 mm，位移最小的是1号点，只有0.55 mm的位移。

3 结果与讨论

地表位移和深部位移测量的机理完全不同，但是地表监测和地下深部位移监测均反映该区域确实存在滑坡行为，滑坡处于蠕动期，其中：

1）地表位移监测各点均有明显下移趋势，其中最大的3号点下移了13 mm，最小的4号点下移了8.5 mm。

2）深部位移监测各个点在地表2 m以上均有位移，地面6 m以下基本稳定，没有发生明显的位移。地面发生位移最大的点是3号，位移达到6.4 mm，位移最小的是1号点，只有0.55 mm的位移。

值得注意的是，本文中所得到的地表、深部位移结果均发生在短短一个月的时间段内，且该时间短内该地区未出现大型降雨。如果是在夏季多雨季节，活动还会更加活跃。为了管线的安全运营，应该及时进行治理。

综合该滑坡的成因机制分析和初步的监测数据分析，一者要强调治理的紧迫性，二者要强调治理方案的针对性：

1）紧迫性主要基于其潜在危险巨大，以及受后期雨季影响变形速率的加快。

2）治理方案的针对性主要在于两方面：

①有效阻止外因影响，减少降雨不利作用，合理规划修筑截、排水沟和排水涵洞；

②以保护管线为治理目标，强调以加强管线沿线支撑抗滑为治理方案的核心，分为道路内侧的抗滑挡墙和外侧抗滑支撑墩[10]。

4 结束语

分别采用精密全站仪极坐标法与测斜仪对四川盆地西南某天然气管线滑坡区域特征进行监测，分析其监测数据，发现该区域最理想监测为获得一年为周期的监测数据，对该滑坡进行更科学合理的分析。并建议对滑坡及时进行治理，如对滑坡区域进行水工保护，并对各观测点进行监测，检验治理的效果。由于测区内管线较长，要考虑相关测绘观测点设施的保护问题，例如聘请巡视检查员或者定期到现场进行检查。

参考文献

[1] SAVIGNY K W， PORTER M， ENG M， et al. Geohazard risk management for the onshore pipeline industry[M].Proceedings，2005.

[2] 周平根. 滑坡监测的指标体系与技术方法[J]. 地质力学学报，2004，10（1）：19-25.

[3] 范永波，侯岳峰，李世海，等. 基于地表及深部位移监测的滑坡稳定性监测[J]. 工程地质学报，2013，21（6）：885-891.

[4] 唐亚明，张茂省. 滑坡监测预警国内外研究现状及评述[J]. 地质评论，2012，28（3）：533-540.

[5] 邵佩，刘白雁. 垂直钻井工具测斜仪精确校正理论与实验[J]. 石油学报，2012，33（4）：692-696.

[6] 胡江，苏怀智. 健康监测仪器布置优化研究综述[J]. 水电能源科学，2011，29（7）：100-104.

[7] 胡显明，晏鄂川. 滑坡监测点运动轨迹的分形特性及其应用研究[J]. 岩石力学与工程学报，2012，31（3）：570-576.

[8] 胡友健，梁新美. 关于滑坡监测精度及复测周期的合理确定[J]. 地质科技情报，2002，21（2）：91-93.

[9] 缪海波，殷坤龙，王功辉. 库岸深层老滑坡间歇性复活的动力学机制研究[J]. 岩土力学，2016，37（9）：2645-2654.

[10] 庞伟军，邓清绿. 地质灾害对输气管道的危害及防护措施[J]. 中国地质灾害与防治学报，2014，25（3）：114-121.

（编辑：莫婕）

推荐访问： 位移 滑坡 天然气 管道 监测

---