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管道研究

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管道地质灾害空地结合监测与风险管控实践

来源:《管道保护》2021年第2期 作者:肖霄 时间:2021-4-29 阅读:

肖霄

国家管网集团华南公司


摘要:我国油气管道沿线地质环境复杂,地质灾害风险防控难度大,亟需探讨科学有效的管控方法。初步探索出适用于管道的无人机巡线技术,以及地质灾害无人机定点遥感监测、管道应变监测等手段,通过空地结合监测预警,为地质灾害风险管控和制定应急处置决策提供依据。

关键词:管道地质灾害;无人机巡检;定点遥感监测;应变监测


我国油气管道多沿山体、等高线敷设,地质灾害风险管控难度大,一旦发生事故,极易造成重大人员伤亡、环境污染和经济损失,迫切需要科学合理的手段进行有效防控。探讨空地结合监测预警实现风险管控对保障管道安全平稳运行具有重要意义。

1  基于空地结合的管道地质灾害风险管控

在确定地质灾害发育程度,地质灾害危害程度基础上,综合判定管道地质灾害风险程度与管控等级,并提出应急处置、风险管控对策,为管道安全运维提供决策依据(图 1)。


1 基于空地结合的管道地质灾害风险管控体系


1.1  无人机巡线系统

将无人机巡线系统进行模块化设计,通过无人机和传感设备的选型搭配,构建集无人机多源数据采集、巡线目标任务分级方案、飞行方案规划、巡检成果应用于一体的无人机模块化巡线系统(图 2),解决了飞巡定位(远程目标点位精确)、定向(复杂管线走向循迹)、定高(适应复杂地形目标任务的安全作业高度)等飞控难题。



2 无人机巡线系统


无人机巡线系统由多旋翼无人机、巡检Web系统、服务器、定制定位设备、SIM卡、数据库软件、通讯服务、系统服务等组成。可完成管道日常高效巡视监测,快速处置突发管道地质灾害事件,实现管道灾害的风险管控。

1.2  无人机空中定点遥感监测

利用多旋翼无人机进行空中定点遥感监测,并对无人机遥感影像资料进行处理,查明管道周边地质环境是否具备地质灾害的成灾条件,确认工程扰动的范围和强度,是否诱发地质灾害。在此基础上,确定隐患问题的类型和发生条件及对管道的影响和危害程度(表 1)。




1.3  管道应变监测

为避免管道在滑坡地质灾害地段发生应力集中,诱发安全事故,须开展管道应变监测。采用直接测量法,在管道外表面安装传感器测量应变。

如图 3所示,在管道外壁A、B、C 3个监测点安装应变计测量各点应变值,即可计算管道截面内任意点的应变值大小,由胡克定律,计算得到监测截面的最大应力值。据此可长期监测管道截面实时应力大小及变化趋势。按照QSY 1672―2014《管道滑坡灾害监测规范》,将管道地质灾害风险分为蓝色、黄色、红色三个等级预警,对应的管道附加应力达到管道拉(压)应力允许值分别为30%、60%、90%。



3 管道应变计安装位置示意图


对于管道灾害规模较大、灾害变形特征不明显、对管道的影响难以确定的灾害点,通过安装在管道上的应变传感器,监测特定部位管道应变,佐证地质灾害对管道的影响程度。

2  应用案例

某管道敷设于桐梓县猫头山区ZY074+500米斜坡变形处,经勘探确认,管道上方斜坡发育为长70 m、宽80 m、前后缘最大高差约25 m的浅表层土质滑坡。不稳定斜坡平均坡度为24°,四周相对较高,地貌上为浅型凹地,具有较好的汇水条件。斜坡体表面堆积层覆盖,结构松散,基岩结构面与斜坡坡面斜交。

2017年8月6日,桐梓县猫头山地区大雨过后,对该斜坡变形地段管道开展无人机巡线发现,管段斜坡有变形迹象,在管道所在斜坡上方出现多条裂缝,具有滑坡发生的条件。滑坡特征及影像特征如图 4、图 5所示。



4 滑坡影像特征

5 猫头山滑坡全貌


受灾段管道安装3组管道轴向应力监测截面(X1、X2、X3)、2套管道地质灾害野外监测桩(图 6,用于数据回传),其中 X1监测截面在23和24道挡墙之间,X2在18和19道挡墙之间变形最为强烈位置,X3在15和16道挡墙之间。如图 7所示。



6 管道野外监测桩

7 管道监测截面布局图


监测结果分别见表 2和表 3。




基于监测数据分析,综合地质环境、地层出露和地表裂缝情况,可判断猫头山滑坡为牵引式浅层土质滑坡,剪出口位于管道上部。目前滑坡处于基本稳定状态。如遇暴雨或连续降雨,斜坡土体将富水饱和,导致滑动面强度降低而继续发生滑动,影响管道安全。



作者简介:肖霄,1986年生,工程师,抢维修中心(广东输油三部)经理助理, 2009年毕业于湖南大学工程管理专业,现主要从事油气管道完整性、地质灾害及管道保护管理工作。13922271023,184264134@qq.com。


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