張成信， 魏龍飛， 唐堯， 王艷超， 代曉光， 任永健

(1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101； 2.四川省安全科學技術(shù)研究院，四川 成都 610045)

0 引言

泰青威管線天然氣主要來自西氣二線，管道干線西起泰安市，東至威海市，途徑泰安、萊蕪、淄博、濰坊、青島、煙臺、威海，全線貫通膠東半島，對保障山東地區(qū)能源供應具有重要意義[1]。2011年投產(chǎn)運營以來，對膠東半島及膠州灣地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護起到了重要作用，為山東省部分地區(qū)天然氣安全平穩(wěn)供應提供了保障，并將進一步助力“藍色半島”對接“一帶一路”，為促進經(jīng)濟發(fā)展、提高居民生活水平提供了保障支持。

水毀災害是地質(zhì)災害的一種特殊類型，主要是指水體流經(jīng)管道及其周邊巖土體時，其流動過程引發(fā)的水土流失，并引起管道覆層變薄、裸露、懸空等現(xiàn)象。長輸油氣管線，因其管道線路長，經(jīng)過或跨越的場地條件復雜，常遇到各種各樣的地質(zhì)災害[2]。臨朐段自西向東依次跨越魯中南丘陵區(qū)、準平原區(qū)和低山區(qū)，總長71 km，穿越大、中、小型河流及溝渠17次，地質(zhì)條件復雜，沿線人類工程活動頻繁。管道及其附屬設施受以上環(huán)境介質(zhì)中諸多因素的長期影響(干擾)，沿線突出發(fā)育坡面水毀、河溝道水毀和臺田地水毀等各種地質(zhì)災害，對管道的正常營運構(gòu)成嚴重威脅。泰青威天然氣管道“2019.3.20”泄漏爆炸著火事故發(fā)生于臨朐縣嵩山生態(tài)旅游區(qū)朱家坡村NE方向，臨朐段K160+200 m處，事故雖未造成人員傷亡，但造成直接經(jīng)濟損失900余萬元。經(jīng)專業(yè)調(diào)查，事故原因為管道施工焊接工藝不符合要求、現(xiàn)場管理監(jiān)理不到位、檢測執(zhí)行標準不到位和隱患排查不力等。為最大限度降低泰青威管線承受各種自然災害的風險，有效防止輸氣管道失效事故的發(fā)生[3]，及時對原油管道地質(zhì)災害風險性做出評價是風險管理和災害管理的基礎(chǔ)，是地質(zhì)災害防治工作中的重要環(huán)節(jié)[4]。本文在野外管道沿線地質(zhì)災害調(diào)查的基礎(chǔ)上，對影響管道安全的風險因素進行了分析，對管道地質(zhì)災害易發(fā)程度進行了分區(qū)和風險評價，旨在為后期管道的安全運營和風險整治提供有力的技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)災害類型及分布特征

1.1 地質(zhì)災害類型

泰青威管道臨朐段自西向東依次跨越魯中南丘陵區(qū)、準平原區(qū)和低山區(qū)。管道沿線屬魯中、魯東暖溫帶季風氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明。受自然地理、地質(zhì)環(huán)境的影響，主要發(fā)育水毀災害，具體為坡面水毀、河溝道水毀和臺田地水毀3種，同時第三方施工活動也對管線及其附屬設施構(gòu)成了一定程度的威脅。2019年，濰坊地區(qū)受“利馬奇”臺風集中性強降雨的影響，多處擋墻垮塌，河流河床沖刷下切擴寬。本文調(diào)查新發(fā)現(xiàn)水毀災害15處(圖1)，如臨朐段三岔河河溝道水毀和柳山鎮(zhèn)南福山坡面水毀等(圖2)。其中坡面水毀6處，河溝道水毀4處，臺田地水毀5處，均為中小型規(guī)模。誘發(fā)因素主要為強降雨，其導致坡面受損，原有漿砌石和干砌石擋墻垮塌且并發(fā)地面塌陷等。

1.臺田地水毀及其編號； 2.坡面水毀及其編號； 3.河溝道水毀及其編號； 4.管線及輸氣站； 5.閥室及其編號； 6.里程樁及其編號； 7.省道及其編號； 8.低易發(fā)分區(qū)及其編號； 9.中易發(fā)分區(qū)及其編號

1.2 分布特征

臨朐段管道沿線地質(zhì)災害分布廣泛，空間特征復雜，展現(xiàn)出不同地形地貌區(qū)地質(zhì)災害的發(fā)育重點及發(fā)育密度的不均勻性，這與管道所處的地質(zhì)環(huán)境條件密切相關(guān)。

通過統(tǒng)計分析本次水毀災害調(diào)查成果，新發(fā)現(xiàn)的15處水毀災害(隱患)中，按照地形地貌及其水毀災害發(fā)育特征可劃分為3個區(qū)段，按樁號劃分，分別為K147—K180管段、K180—K190管段和K190—K215管段。其中K147—K180管段有7處，K180—K190管段有2處，K190—K215管段有6處。由管道沿線地質(zhì)災害空間分布和地質(zhì)災害(隱患)點發(fā)育密度統(tǒng)計表(圖1、表1)可知，K147—K180管段和K190—K215管段地質(zhì)災害發(fā)育密度較高。因為其處于中低山丘陵地貌，地質(zhì)環(huán)境條件較復雜，地形起伏較大，水毀災害較發(fā)育。

表1 管線地質(zhì)災害(隱患)點發(fā)育密度統(tǒng)計

2 誘發(fā)因素及危害性

地質(zhì)災害的產(chǎn)生和發(fā)展是環(huán)境和人類活動共同作用的動態(tài)過程, 其對人類生活和城市發(fā)展具有深遠的影響[5]。管道沿線跨越多個地貌單元，地形地貌、工程地質(zhì)條件復雜，地質(zhì)災害發(fā)育程度有所不同。不同地質(zhì)環(huán)境會誘發(fā)不同類型的地質(zhì)災害，其誘發(fā)因素主要包括集中性強降雨、地形地貌、地層結(jié)構(gòu)及巖土體性質(zhì)和人類工程經(jīng)濟活動等。

不同類型的地質(zhì)災害有不同的形成條件、孕育過程、作用方式、致災機理和危害特點，其對管道的危害方式、危害程度和后果也不盡相同。有的長期緩慢作用于管道，累進破壞； 有的則突然發(fā)生，猛烈破壞管道； 同一種地質(zhì)災害，因災害體與管道的位置關(guān)系不同，其對管道的危害方式和危害程度也不同。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查成果，通過對臨朐段主要地質(zhì)災害與管道的相互關(guān)系、危害方式和危害后果進行綜合分析，得到各類地質(zhì)災害誘發(fā)因素和危害性特征(表2)。

表2 臨朐段管道沿線發(fā)育的主要地質(zhì)災害類型、誘發(fā)因素及危害概況

3 風險評價

在管道設計、施工和運行期間，管道公司會采用各種技術(shù)措施來預防管道事故的發(fā)生。為了更準確地預測管道未來運行狀況，有效防止災難性事故的發(fā)生，風險評價技術(shù)被引入到管道地質(zhì)災害管理評價中來[6]。

單體管道地質(zhì)災害風險評價通常采用定量評價法、半定量評價法和定性評價法3套標準。在管道地質(zhì)災害整治規(guī)劃階段，宜采用定性評價與半定量評價相結(jié)合的評價方法。定性評價內(nèi)容包括地質(zhì)災害易發(fā)性、管道易損性以及失效后果的評價和分級，根據(jù)災害易發(fā)性、管道易損性和后果分級結(jié)果綜合確定災害風險等級； 半定量評價內(nèi)容包括風險概率和失效后果評價。本文先采用定性評價法，定性分級標準主要用于野外調(diào)查和前期資料的整理，野外調(diào)查結(jié)束后，將調(diào)查整理結(jié)果導入中石油管道公司科技研究中心開發(fā)的自然與地質(zhì)災害風險評價系統(tǒng)，得到評價結(jié)果，然后再根據(jù)半定量評價法對定性評價結(jié)果進行修正。

3.1 定性評價法

根據(jù)《油氣管道地質(zhì)災害風險管理技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6828—2017)[7]規(guī)定及上述分級原則，將臨朐段管道沿線致災體的穩(wěn)定性或易發(fā)性、管道可能遭受危害的大小及環(huán)境影響、失效后果等因素各自劃分為3級，從而適用于滑坡、河溝道水毀、坡面水毀、臺田地水毀等災害的定性評價。綜合考慮以上影響地質(zhì)災害風險等級評價的因素，且突出管道工程本身的易損性和災害體的易發(fā)性，將地質(zhì)災害風險等級分為5級，詳見表3。

表3 定性評價風險等級分級[7]

3.2 半定量評價法

半定量評價法主要是利用自然與地質(zhì)災害風險評價系統(tǒng)得出的評價結(jié)果，具體是根據(jù)本次地質(zhì)災害排查成果信息，以橫軸為后果等級，縱軸為風險概率，評價結(jié)果由系統(tǒng)自動生成。半定量評價內(nèi)容包括風險概率評價和失效后果評價，風險概率評價由風險概率指數(shù)確定。修正的主要原則為風險等級就高不就低，分級原則詳見表4，最終提交綜合風險評價結(jié)果。

表4 地質(zhì)災害風險分級原則

3.3 風險評價結(jié)果

泰青威干線臨朐段排查共計發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災害15處，采用定性評價法對其進行風險評價，其評價結(jié)果經(jīng)調(diào)查人員半定量評價修正后得到綜合風險評價結(jié)果： 較高風險點1處，中等風險點4處，較低風險點10處，風險等級以較低為主。具體(表5)為： 河溝道水毀災害風險屬于較高級別的有1處，中級別的有2處，較低級別的有1處； 坡面水毀災害風險屬于中級別的有2處、較低級別的有4處； 5處臺田地水毀災害風險均屬于較低級別。

表5 泰青威干線臨朐段地質(zhì)災害綜合風險等級一覽表

4 易發(fā)程度分區(qū)

地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)主要依據(jù)災害的線密度和危害性，同時結(jié)合近年來對管道沿線地質(zhì)災害的治理情況和災害發(fā)展變化趨勢綜合確定。首先根據(jù)管線穿越的地貌單元、地質(zhì)災害分布規(guī)律等進行分段，其次統(tǒng)計、計算每段管道沿線地質(zhì)災害的線密度，然后再由風險評價結(jié)果中高風險、較高風險和中風險災害點個數(shù)之和除以較低風險和低風險災害點個數(shù)之和，得到(高+較高+中)/(較低+低)的比值，最后依據(jù)表6分區(qū)標準進行劃分。

表6 輸氣管道地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)標準[7]

依據(jù)《油氣管道地質(zhì)災害風險管理技術(shù)規(guī)范》(SY/T 6828—2017)[7]，易發(fā)程度分區(qū)宜采用1∶50 000或更大比例尺，本文采用1∶50 000數(shù)字化地形圖進行分區(qū)。依據(jù)研究區(qū)管道沿線地形地貌，綜合考慮管道地質(zhì)災害發(fā)育密度、風險等級等因素，分區(qū)結(jié)果以管道里程為基準，可得到易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果(圖1、表7)。

表7 泰青威干線臨朐段易發(fā)程度分區(qū)情況表

5 防治消減措施

本文在總結(jié)分析已有工程損壞原因的基礎(chǔ)上，以保護管道安全為根本，同時考慮經(jīng)濟因素和新技術(shù)應用，最終按照災害種類提出了相應的、可行的防治措施與建議。

5.1 巡檢與監(jiān)測預警

對活動微弱的災害體、有發(fā)展趨勢的災害隱患點等宜采用常態(tài)監(jiān)測、加強巡護和預警等措施，如在大型水庫泄洪道、高頻發(fā)洪水溝處等地設立預警監(jiān)測點，進行長期降雨量和水位數(shù)據(jù)收集與測量，為管道日常監(jiān)測維護和風險評價提供依據(jù)[8]。尤其要注意對地質(zhì)災害易發(fā)段和地質(zhì)災害點進行定期巡檢，地質(zhì)災害的巡檢可與日常巡檢相結(jié)合[9]。

5.2 工程治理措施

沿線調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的相對活動明顯、穩(wěn)定性差的災害點應采取工程措施進行治理，以達到徹底根治的目的。針對水毀地質(zhì)災害，常用草袋擋土墻、草袋漿砌、漿砌石擋土墻等方式完成對災害的控制，降低對油氣管道的破壞[10]。

5.2.1 河溝道水毀

臨朐段管道穿越17條河流，主要危害為汛期強降雨引發(fā)洪水，對河床沖刷，導致河床拓寬、管道埋深不足、露管等。主要防治措施為: 修建漿砌石或石籠護岸、上游修建齒墻、下游修建防沖墻、上方修建過水面等。圖3為三岔河河溝道水毀點消減措施示意圖。

圖3 三岔河河溝道水毀點消減措施示意圖

5.2.2 坡面水毀

坡面水毀多是由于坡體原有應力平衡狀態(tài)被人工開挖敷設管道破壞，再加上強降雨沖刷、滲透水和侵蝕，從而發(fā)生淺層滑塌、沖溝、落水洞等[1]。油氣管道坡面水毀是一類久治不愈的地質(zhì)災害[11]。常見措施為素土回填，但因其結(jié)構(gòu)松散，不能在短期內(nèi)固結(jié)，在雨水再次沖刷下容易流失。針對臨朐段，建議采用的主要防治措施有： 修建截洪溝、導洪溝或采取植物覆蓋等護坡形式來擋沙固土，使地表徑流速度變緩[12]，并在沖溝的溝源部位進行水泥砌護或種植根蘗性強的植物進行固土防失[13]。

5.2.3 臺田地水毀

降雨或人工灌溉沖刷導致干砌石擋墻倒塌，擋墻后方形成沖溝，或水毀管道上方形成塌陷坑，造成臺田地水毀。常見的防治措施有回填、夯實、支擋、加固等方式[14]。臨朐段管道沿線臺田地水毀風險等級均較低或低，因此建議采取“素土夯填+干砌石或漿砌石田坎護坡”相結(jié)合的防治措施。對于危害程度輕微的臺田地水毀區(qū)，建議直接原土夯填。

6 結(jié)論

(1)泰青威干線臨朐段共計3類災害15處，其中坡面水毀點6處，河溝道水毀點4處，臺田地水毀點5處。采用定性與半定量相結(jié)合的評價方法對15處地質(zhì)災害風險進行分級。風險等級評價結(jié)果以較低為主，其災害點個數(shù)占災害點總數(shù)的66.67%； 中風險等級災害點個數(shù)占災害點總數(shù)的26.67%； 較高風險等級災害點個數(shù)占災害點總數(shù)的6.66%。

(2)臨朐段總長71 km，依據(jù)輸氣管道地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)標準，綜合考慮管道沿線地形地貌、地質(zhì)災害發(fā)育密度、風險等級等因素，劃分地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)2個，低易發(fā)區(qū)1個。地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)累計長61 km，占線路總長度的85.92%； 地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)累計長10 km，占線路總長度的14.08%。臨朐段管道沿線以地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)為主。

(3)根據(jù)臨朐段管道沿線地質(zhì)災害的主要類型、分布特征及對油氣管道的危害，針對性地提出了加強巡檢與監(jiān)測預警和實施草袋擋土墻、干砌、漿砌石擋墻等防治消減措施，可供相關(guān)人員參考借鑒。