马涛1 隋楠2

1.加格达奇输油气分公司;2.中石油山东天然气管道有限公司

摘要：冻胀危害是冻土地区输油管道特有的风险类型，主要表现为由于冰锥及冻胀丘的原因可能使管道发生位移变化，如果这种变化过大将导致管道塑性变形和泄漏。探究了如何使用管道探测仪配合水准仪监测冻土区管道在竖直方向的位移。运用此方法可以有效监测冻土区输油管道位移的变化，为监测和分析冻土区输油管道冻胀问题提供依据。

关键词：冻胀；水准仪；雷迪；数据对比

1 引言

中俄原油管道是国内第一条穿越冻土区的大管径长输原油管道，其特有的冬季冻胀危害对该管道破坏力较大，是管道运行过程中面临的主要风险之一，但目前国内乃至国际上可借鉴的冻土区管道管理经验有限。根据此管道投产以来的实际运行情况，研究出可使用管道探测仪配合水准仪监测管道竖直方向位移的方法，可宏观上及时掌握冻胀危害下管道的竖直方向位移变化情况，以便于及时进行风险预控及管道维修工作。

2 冻胀危害对管道的影响

冻胀危害是冻土地区输油管道特有的风险类型，主要表现为由于冰锥及冻胀丘的原因使管道发生位移变化（尤其是竖直方向），如果这种变化过大将导致管道塑性变形和泄漏。

在连续多年冻土区和岛状融区多年冻土区内的河谷平原地带存在腐植土、粉质粘土和砾砂层。在冻结的腐植土、粉质粘土、砾砂层中，有大量1-3cm的夹冰，其含水量较高，属于极融陷土。腐植土、粉质粘土均具冻胀性及强冻胀性，工程建设时管沟开挖和其它因素均可破坏各类冻土的原始状态，使多年冻土上限下移，下限加深，产生不均匀沉降，影响管道的稳定性；在河谷低洼富水地带，冬季冻结期易产生冻土冻胀，形成冰丘、冰锥等地表隆起。以上所述区域都为冻胀危害高发区域，均会对管道的产生影响。

3 监测方法

3.1 监测步骤

首先，确定易发生冻胀危害的管道区段，以每间隔5至10米的距离作为一个测量点（如：一段待测量管道的测量点分布为测量点1至测量点N），下文以测量点1为例介绍监测方法的具体实施步骤。

第二步，使用水准仪确定最初基准面，此基准面作为后续测量基准面的比对标准，永恒不变（现场使用不易变化的明显标记来记录最初基准面位置，以便于后续测量工作的开展）。

第三步，使用管道探测仪（本文选用雷迪8000地下管道探测仪，以下简称雷迪）测量管道埋深Y（地表到管道中心线距离）；使用水准仪测量地表至最初基准面的距离X，X+Y=Z就为测量点初次监测数据，此数据为后续监测数据对比标准。如图1：

（1）同一测量点进行下次测量时，如果所选择测量基准面较最初基准面低，△X为基准面的差值，通过现场实际测量确定。如图2：

（2） 同一测量点进行下次测量时，如果所选择测量基准面较最初基准面高，如图3：

△X为基准面的差值，通过现场实际测量确定。

下次测得同一位置测量点的监测数据位Z1=X1+Y1+△X。如果Z1-Z＞0，则表示测量点管道下沉；如果Z1-Z＜0，则表示测量点管道上升；如果Z1-Z=0，则表示测量点管道无变化。

3.2 监测注意事项

（1）由于每次测量时，测量基准面的选择较最初基准面多少都会变化，所有△X的现场测量必须尽可能准确以减小误差。

（2）水准仪读数时，必须先进行设备调平；测量过程中，时刻关注水准仪水平度，如发生变化应重新调平并重新测量数据。

（3）确定完测量点后，使用明显标记定位测量点（可现场釘桩或使用手持GPS记录坐标），每次测量同一测量点时，测量人员必须尽量将水准仪标杆立在上次测量的同一位置，以减小误差。

（4）每次测量同一测量点时，测量人员应尽量在上次测量的同一位置使用雷迪，以减小误差。

（5）如果最初基准面需要更换，则需将初次测量的所有监测数据都相应的做调整。如：初次基准面上调100mm，则初次测量数据Z调整为Z+100mm。

（6）每次测量数据都是与初次测量数据进行对比。

（7）雷迪使用“直连法”测量数据，以保证测量数据的准确性。

3.3 监测方法的优点和不足

3.3.1 优点

（1）成本较低。监测过程中仅使用水准仪与雷迪，监测现场无需安装任何设备。

（2）简单实用。此监测方法原理简单实用，监测技术易操作，便于推广。同一监测位置经过多次数据采集后，可以利用监测数据绘制管道纵断面图，管道变化情况一目了然。

（3）结果误差影响小。此监测方法取得数据包括三部分，其中雷迪测量数据误差细微，可忽略不计。△X测量及地表到基准面数据测量过程中，会产生人为测量误差，但此误差可控制在2CM以内，所有总的测量结果误差不超过5CM，对宏观掌握管道竖直方向位移变化影响不大。

3.3.2 缺点

（1）最初基准点选取要求较高，要求变化量小于5cm/年，并根据实际情况可每1年更换最初基准点位置以便保证测量结果的可靠性；

（2）在参照物较少的被测管道处，最初基准点选择困难，可自制基准桩以满足测量需求。

（3）冬季环境温度很低，管道检测仪等电子设备的电池使用时间大大缩短，若监测管道较长，需准备备用电池。

（4）此监测方法全部由人工进行，工作量较大，无法实现自动监测及数据采集。

4 结束语

冻土地区特有的冻胀地质灾害对输油气管道的影响究竟有多大，由于管理经验的匮乏，目前还未有明确结论，本文介绍的管道位移监测方法，主要目的在于为监测管道竖直方向位移变化情况提供一种可行性方法，经过实践证明，此方法基本可行。

作者简介: 马涛， 1984年出生，2006年毕业于西安石油大学机械设计及其自动化专业，中级职称，现主要从事输油气长输管道维抢修工作。