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管道地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)發(fā)展與展望

管道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，如何有效地降低管道面臨的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是管道運(yùn)營(yíng)管理中的一項(xiàng)重要工作，在管道全生命周期內(nèi)通過(guò)周期性地開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)價(jià)和控制工作，不斷降低管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)直至可接受水平。

在國(guó)內(nèi)，中石油是開(kāi)展管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究和實(shí)踐最早且成果最為豐碩的企業(yè)。目前已形成了管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理系列技術(shù)（圖7），且形成了國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T 6828）并通過(guò)ISO標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)（ISO 20074），逐步占據(jù)國(guó)際管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的技術(shù)前沿。

圖7 中石油管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理系列技術(shù)

（1）風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

災(zāi)害的常規(guī)識(shí)別主要通過(guò)兩種形式實(shí)現(xiàn)，一種是管道日常巡檢，另一種則是專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)定期調(diào)查。巡檢人員多為當(dāng)?shù)匕傩?，僅能發(fā)現(xiàn)較為明顯的地表異常變化，基本沒(méi)有判斷及效識(shí)別災(zāi)害的能力，一般上報(bào)后由公司業(yè)務(wù)人員或公司委托外部專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行辨識(shí)，一旦遇到惡劣氣候或復(fù)雜地形，上述工作都無(wú)法正常開(kāi)展，及時(shí)和有效性均得不到保障。專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)定期調(diào)查在中石油各在役長(zhǎng)輸管道均已不同程度開(kāi)展（尤其是忠武管道、蘭鄭長(zhǎng)管道、西氣東輸?shù)葹?zāi)害易發(fā)區(qū)管道）。借助地質(zhì)院校和地勘公司的技術(shù)支持，災(zāi)害識(shí)別的有效性基本能夠得到保障，但無(wú)法滿(mǎn)足及時(shí)性要求，尤其對(duì)于突發(fā)災(zāi)害。

非人力的區(qū)域監(jiān)測(cè)和區(qū)域識(shí)別技術(shù)可以在一定程度上解決常規(guī)災(zāi)害識(shí)別工作無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足及時(shí)性和有效性的問(wèn)題，航空航天遙感監(jiān)測(cè)和土體移動(dòng)區(qū)域監(jiān)測(cè)技術(shù)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。國(guó)外，航空航天遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)輸油氣管道的災(zāi)害識(shí)別工作中，其中衛(wèi)星INSAR和無(wú)人機(jī)影像（三維立體成像技術(shù)）最為成熟。在國(guó)內(nèi)，衛(wèi)星INSAR圖像的獲取和解析已無(wú)障礙，漠大管道已使用無(wú)人機(jī)開(kāi)展管道線(xiàn)路巡檢工作，因此具備開(kāi)展復(fù)雜地形長(zhǎng)輸管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及識(shí)別相關(guān)研究工作的需求和條件。

土體移動(dòng)區(qū)域監(jiān)測(cè)技術(shù)主要依賴(lài)管道伴行光纜，通過(guò)辨識(shí)光纜的應(yīng)力變化而獲知管道周?chē)馏w的移動(dòng)情況，無(wú)需人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)即可感知異常的土體移動(dòng)，起到地質(zhì)災(zāi)害初識(shí)別和預(yù)警的功能。

（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)水平分為定性、半定量和定量。定性和半定量評(píng)價(jià)技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用于管道地質(zhì)災(zāi)害，這在石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6828中得到了充分的體現(xiàn)，中石油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY1265、Q/SY GD0209和Q/SY GD1086還有更加細(xì)致化的應(yīng)用操作。無(wú)論是定性的評(píng)價(jià)方法還是半定量的評(píng)價(jià)方法，給出的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論都是高、中、低評(píng)級(jí)，無(wú)法明確管道的安全狀態(tài)（安全裕量、破壞概率、屈曲預(yù)測(cè)等），達(dá)到定量化的水平。

雖然針對(duì)滑坡、崩塌等災(zāi)害，其穩(wěn)定性的量化計(jì)算方法已經(jīng)非常成熟，但是在半定量到定量評(píng)價(jià)的過(guò)程中，還需要非常多的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問(wèn)題需要解決，例如管土相互作用模型、土體變形荷載作用下的管道非線(xiàn)性量化評(píng)價(jià)理論、相似物理模型試驗(yàn)、管道破壞概率及屈曲預(yù)測(cè)等等。以管土相互作用模型為例，還不能同時(shí)滿(mǎn)足有效性、通用性和簡(jiǎn)易性要求，相當(dāng)多的管土相互作用數(shù)值模擬成果中，多是針對(duì)土的本構(gòu)模型和管的本構(gòu)模型分別進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，然后通過(guò)模擬軟件進(jìn)行分析，無(wú)法反應(yīng)真實(shí)管土相互作用機(jī)理。

風(fēng)險(xiǎn)量化水平較低也是造成管道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警不準(zhǔn)確的主要原因。目前國(guó)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)中，還主要局限于單閾值或多閾值組合報(bào)警，融合各種因素（歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、邊界條件數(shù)據(jù)、管道數(shù)據(jù)）的綜合預(yù)警方法還有待攻關(guān)。另外，預(yù)警工作中，缺乏統(tǒng)一的地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得不到有效利用，預(yù)警響應(yīng)和信息展示不足，制約了風(fēng)險(xiǎn)量化水平的提高。

（3）風(fēng)險(xiǎn)控制

同定性、半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)用類(lèi)似，國(guó)內(nèi)石油企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)控制工作在行標(biāo)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和管理體系文件中都得到了明顯的體現(xiàn)。風(fēng)險(xiǎn)控制管理技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、效果顯著。但仍然存在著一些問(wèn)題：①缺乏新型防治措施，應(yīng)借鑒國(guó)外新型柔性結(jié)構(gòu)、管溝回填材料的研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；②防治思想需要轉(zhuǎn)變，由消除防治向保護(hù)管道轉(zhuǎn)變；③提高災(zāi)害控制施工過(guò)程質(zhì)量監(jiān)管水平；④開(kāi)展防治工程后評(píng)價(jià)，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)減緩能力，為工程優(yōu)化和投資優(yōu)化提供參考；⑤建設(shè)期地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估不足、工程質(zhì)量欠缺遺留問(wèn)題是運(yùn)營(yíng)期地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的誘因。

針對(duì)目前管道地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)現(xiàn)狀和瓶頸問(wèn)題，建議在技術(shù)和管理兩個(gè)層面上進(jìn)行改進(jìn)和完善。技術(shù)層面上：在管土相互作用、管體破壞概率及屈曲預(yù)測(cè)、相似物理模型試驗(yàn)等方面切實(shí)提高管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)量化水平；開(kāi)展數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)警技術(shù)優(yōu)化及應(yīng)急評(píng)價(jià)；應(yīng)用航空航天遙感監(jiān)測(cè)和土體移動(dòng)區(qū)域監(jiān)測(cè)技術(shù)；研發(fā)新型柔性結(jié)構(gòu)、管溝回填材料。管理層面上：轉(zhuǎn)變防治思想；加強(qiáng)施工過(guò)程質(zhì)量監(jiān)管；切實(shí)解決建設(shè)期遺留問(wèn)題；推進(jìn)管道全線(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)管理程序，即周期性開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、評(píng)價(jià)與規(guī)劃工作，使之常態(tài)化、制度化；建設(shè)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)（集成于PIS系統(tǒng)或氣象與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)）；對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)和實(shí)施過(guò)程進(jìn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)各輸油氣分公司監(jiān)測(cè)單元的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享、分析、展示和預(yù)警響應(yīng)；推動(dòng)防治工程后評(píng)價(jià)工作。

李亮亮 管道科技研究中心自動(dòng)化所