赵宏涛1  王永振1  马云宾2

1.长庆油田第一输油处；2.中国石油管道研究中心

2016年6月30日，中石化重庆分公司一条成品油管道被滑坡拉裂；2016年7月20日，川气东送天然气管道湖北恩施市崔家坝镇管段因山体滑坡发生断裂爆炸。这两起管道安全事故都是由山体滑坡引起的。我国黄土地区土质结构松散，大孔隙、垂直裂隙发育和易风化等特征导致地形十分破碎，地质环境脆弱，滑坡、泥石流灾害频繁发生，对通过管道的安全运行存在很大威胁。本文针对上述情况，提出了基于三维磁力检测技术、应力应变实时监测技术及GPS定位技术的管道和黄土滑坡联合监测方法,介绍了在长庆油田某管道上的应用情况。

1 监测系统组成

联合监测方法包括管道当前应力检测、管道实时应力监测和黄土滑坡地表变形监测三个方面。根据联合监测方法，开发了监测系统，由管体应变监测传感器、数据采集与传输单元、供电单元、数据处理中心等四部分组成，如图1所示。管道当前应力检测和黄土滑坡地表变形监测采用人工现场采集数据的方式，监测系统主要用于监测管道实时应力。用现场监测传感器测量采集管体应变数据，采集频率和采集时间由数据采集和传输单元控制，数据采集和传输单元接收到数据后，将数据保存并通过GPRS网络进行远程传输，数据处理中心接收到数据后进行分析处理。数据采集和传输单元采用太阳能+蓄电池供电方式。

图1 滑坡监测系统组成示意图

2 应用案例

长庆油田某管道横穿黄土滑坡，该黄土滑坡为浅表层土体滑坡，滑动面为土体与基岩接触面，滑体上部为粉质粘土层，斜坡体下伏砂岩中夹杂泥岩层，抗剪强度差，遇水浸泡变软，形成软弱面，坡体所在的基岩发生整体滑动。从外业调查分析，滑坡处在不稳定状态，如遇持续强降雨，滑坡局部失稳或者整体失稳的可能性较大。

2.1 现场实施

2.1.1管道监测点设置

该滑坡处管道走向270°，滑坡滑动方向160°，二者斜交。管线从滑坡体中部穿过，滑坡灾害影响管道长度约130m。根据现场勘查，分别在滑坡体内、滑坡与管道交叉的边界选取6处监测截面，具体位置如图2所示。

图2 管道监测点示意图

2.1.2管道当前应力检测实施

根据检测设备功能，对每个管道检测截面沿环向均匀分配了三条检测线路，分别是内侧（靠近山体面）、上侧（管道上侧水平面）及外侧（远离山体面）。采用三维磁力检测仪采集这三条检测线路上轴向、环向及径向的磁记忆信号，如图3所示。

图3  管道当前应力检测示意图

由操作人员手持探头进行检测，检测时保证探头紧贴管壁，沿管道轴向匀速进行测量。每个坑点的检测线路长一般为400～500mm。为保证采集数据的可靠性，采集的重复次数不低于3次。

2.1.3管道实时应力监测实施

管道实时应力监测采用振弦式应变传感器，检测前需要剥离管道的防腐层，采用冷焊的方式进行安装，安装完成后的情况如图4所示。

图4 应变传感器安装示意图

2.1.4黄土滑坡地表变形监测实施

根据上文提到的基准点和观测点设置原则，将滑坡的基准点选择在滑坡体外部稳定的区域。在滑坡主滑方向和滑坡断面设置测点，主滑方向设置2个观测点，滑坡断面设置2个观测点，共计4处观测点，如图5所示。

图5 滑坡地表变形监测点设置

确定基准点和监测点位置后，在监测点预制监测桩。为了保证测量精度，需要在监测桩预埋强制归心盘。强制归心盘的预埋需要分两次进行，第一次将强制归心盘放置在混凝土桩上，粗调至水平，等待混凝土硬化。第二次微调强制归心盘，保证盘面水平，然后进行二次浇筑。制作完成后的监测桩如图6所示。

图6 制作完成后的监测桩

2.2 数据分析

2.2.1管道当前应力检测数据分析

根据管道油流方向，将6个检测截面按照顺序标记，并将测点按照油流方向分为左侧测点、顶部测点和右侧测点，各点的应力值如表1所示。

由表1可以看出:

（1）6号测点的轴向应力最小，因其位于滑坡体外，属于控制点，受滑坡影响较小。

（2）1号测点轴向应力最大，根据检测截面设置该点位于滑坡体边界，处于斜坡面的顶点，即管道受拉力最大的位置。该点的应力值已经超过200Mpa，应该每天观察应力变化情况，一旦应力有增大趋势，即应采取应急措施。

2.2.2管道实时应力监测数据分析

将传感器实时采集的数据进行计算，得到6个监测点的管道实时应力变化情况，如图7所示。

图7管道实时应力监测数据图

由图7可以看出：

（1）1～6监测截面的应力最大值未发现有增大的趋势，目前应力状态稳定。

（2）1～6监测截面的数据趋势十分相近，与温度曲线对比，发现应力随着温度的变化而反向变化，应力的变化主要是由温度引起的。

2.2.3黄土滑坡地表变形监测数据分析

黄土滑坡地表变形监测分别于2016年7月31日至10月30日进行了4次数据采集，其中7月31日的数据为初始值，将后期采集的GPS数据与初始数据做差，便可求出位移变化量，数据变化如表2所示。

根据表2可得到如下结论：

（1）滑坡滑动方向为160°，也就是东南方向，根据测量数据，4个观测点均向东南方向移动，说明滑坡发生了滑动。

（2）根据测点的观测数据，滑坡的滑动量在2cm范围内，滑坡处于低速变形状态。

3  结论

在本文案例中通过采用联合监测方法监测到黄土滑坡发生了滑动，但是管道应力并未有增大趋势，滑坡的滑动未对管道产生影响，管道处于安全状态。管道应力会随着管道介质温度的变化而呈相反变化。说明该监测方法可有效监测黄土滑坡和滑坡体内管道的安全状态，从而为管道安全监测提供有力技术支持。

作者：赵宏涛，男， 1971年生，高级工程师。 1993年本科毕业于西安石油大学工业电气自动化专业，现任中石油长庆油田第一输油处管道技术研究所所长，主要从事长输管道工艺自控管理、管道完整性管理工作。

《管道保护》2017年第2期（总第33期）

作者：赵宏涛，男，1971年生，高级工程师。 1993年本科毕业于西安石油大学工业电气自动化专业，现任中石油长庆油田第一输油处管道技术研究所所长，主要从事长输管道工艺自控管理、管道完整性管理工作。