肖霄

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摘要：我國油氣管道沿線(xiàn)地質(zhì)環(huán)境復雜，地質(zhì)災害風(fēng)險防控難度大，亟需探討科學(xué)有效的管控方法。初步探索出適用于管道的無(wú)人機巡線(xiàn)技術(shù)，以及地質(zhì)災害無(wú)人機定點(diǎn)遙感監測、管道應變監測等手段，通過(guò)空地結合監測預警，為地質(zhì)災害風(fēng)險管控和制定應急處置決策提供依據。

關(guān)鍵詞：管道地質(zhì)災害；無(wú)人機巡檢；定點(diǎn)遙感監測；應變監測

我國油氣管道多沿山體、等高線(xiàn)敷設，地質(zhì)災害風(fēng)險管控難度大，一旦發(fā)生事故，極易造成重大人員傷亡、環(huán)境污染和經(jīng)濟損失，迫切需要科學(xué)合理的手段進(jìn)行有效防控。探討空地結合監測預警實(shí)現風(fēng)險管控對保障管道安全平穩運行具有重要意義。

1  基于空地結合的管道地質(zhì)災害風(fēng)險管控

在確定地質(zhì)災害發(fā)育程度，地質(zhì)災害危害程度基礎上，綜合判定管道地質(zhì)災害風(fēng)險程度與管控等級，并提出應急處置、風(fēng)險管控對策，為管道安全運維提供決策依據（圖 1）。

圖 1 基于空地結合的管道地質(zhì)災害風(fēng)險管控體系

1.1  無(wú)人機巡線(xiàn)系統

將無(wú)人機巡線(xiàn)系統進(jìn)行模塊化設計，通過(guò)無(wú)人機和傳感設備的選型搭配，構建集無(wú)人機多源數據采集、巡線(xiàn)目標任務(wù)分級方案、飛行方案規劃、巡檢成果應用于一體的無(wú)人機模塊化巡線(xiàn)系統（圖 2），解決了飛巡定位（遠程目標點(diǎn)位精確）、定向（復雜管線(xiàn)走向循跡）、定高（適應復雜地形目標任務(wù)的安全作業(yè)高度）等飛控難題。

圖 2 無(wú)人機巡線(xiàn)系統

無(wú)人機巡線(xiàn)系統由多旋翼無(wú)人機、巡檢Web系統、服務(wù)器、定制定位設備、SIM卡、數據庫軟件、通訊服務(wù)、系統服務(wù)等組成�？赏瓿晒艿廊粘８咝а惨暠O測，快速處置突發(fā)管道地質(zhì)災害事件，實(shí)現管道災害的風(fēng)險管控。

1.2  無(wú)人機空中定點(diǎn)遙感監測

利用多旋翼無(wú)人機進(jìn)行空中定點(diǎn)遙感監測，并對無(wú)人機遙感影像資料進(jìn)行處理，查明管道周邊地質(zhì)環(huán)境是否具備地質(zhì)災害的成災條件，確認工程擾動(dòng)的范圍和強度，是否誘發(fā)地質(zhì)災害。在此基礎上，確定隱患問(wèn)題的類(lèi)型和發(fā)生條件及對管道的影響和危害程度（表 1）。

1.3  管道應變監測

為避免管道在滑坡地質(zhì)災害地段發(fā)生應力集中，誘發(fā)安全事故，須開(kāi)展管道應變監測。采用直接測量法，在管道外表面安裝傳感器測量應變。

如圖 3所示，在管道外壁A(yíng)、B、C 3個(gè)監測點(diǎn)安裝應變計測量各點(diǎn)應變值，即可計算管道截面內任意點(diǎn)的應變值大小，由胡克定律，計算得到監測截面的最大應力值。據此可長(cháng)期監測管道截面實(shí)時(shí)應力大小及變化趨勢。按照QSY 1672―2014《管道滑坡災害監測規范》，將管道地質(zhì)災害風(fēng)險分為藍色、黃色、紅色三個(gè)等級預警，對應的管道附加應力達到管道拉（壓）應力允許值分別為30%、60%、90%。

圖 3 管道應變計安裝位置示意圖

對于管道災害規模較大、災害變形特征不明顯、對管道的影響難以確定的災害點(diǎn)，通過(guò)安裝在管道上的應變傳感器，監測特定部位管道應變，佐證地質(zhì)災害對管道的影響程度。

2  應用案例

某管道敷設于桐梓縣貓頭山區ZY074+500米斜坡變形處，經(jīng)勘探確認，管道上方斜坡發(fā)育為長(cháng)70 m、寬80 m、前后緣最大高差約25 m的淺表層土質(zhì)滑坡。不穩定斜坡平均坡度為24°，四周相對較高，地貌上為淺型凹地，具有較好的匯水條件。斜坡體表面堆積層覆蓋，結構松散，基巖結構面與斜坡坡面斜交。

2017年8月6日，桐梓縣貓頭山地區大雨過(guò)后，對該斜坡變形地段管道開(kāi)展無(wú)人機巡線(xiàn)發(fā)現，管段斜坡有變形跡象，在管道所在斜坡上方出現多條裂縫，具有滑坡發(fā)生的條件�；�坡特征及影像特征如圖 4、圖 5所示。

圖 4 滑坡影像特征

圖 5 貓頭山滑坡全貌

受災段管道安裝3組管道軸向應力監測截面（X1、X2、X3）、2套管道地質(zhì)災害野外監測樁（圖 6，用于數據回傳），其中 X1監測截面在23和24道擋墻之間，X2在18和19道擋墻之間變形最為強烈位置，X3在15和16道擋墻之間。如圖 7所示。

圖 6 管道野外監測樁

圖 7 管道監測截面布局圖

監測結果分別見(jiàn)表 2和表 3。

基于監測數據分析，綜合地質(zhì)環(huán)境、地層出露和地表裂縫情況，可判斷貓頭山滑坡為牽引式淺層土質(zhì)滑坡，剪出口位于管道上部。目前滑坡處于基本穩定狀態(tài)。如遇暴雨或連續降雨，斜坡土體將富水飽和，導致滑動(dòng)面強度降低而繼續發(fā)生滑動(dòng)，影響管道安全。

作者簡(jiǎn)介：肖霄，1986年生，工程師，搶維修中心（廣東輸油三部）經(jīng)理助理， 2009年畢業(yè)于湖南大學(xué)工程管理專(zhuān)業(yè)，現主要從事油氣管道完整性、地質(zhì)災害及管道保護管理工作。13922271023，184264134@qq.com。