馬濤1 隋楠2

1.加格達(dá)奇輸油氣分公司;2.中石油山東天然氣管道有限公司

摘要：凍脹危害是凍土地區(qū)輸油管道特有的風(fēng)險(xiǎn)類型，主要表現(xiàn)為由于冰錐及凍脹丘的原因可能使管道發(fā)生位移變化，如果這種變化過(guò)大將導(dǎo)致管道塑性變形和泄漏。探究了如何使用管道探測(cè)儀配合水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)凍土區(qū)管道在豎直方向的位移。運(yùn)用此方法可以有效監(jiān)測(cè)凍土區(qū)輸油管道位移的變化，為監(jiān)測(cè)和分析凍土區(qū)輸油管道凍脹問(wèn)題提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：凍脹；水準(zhǔn)儀；雷迪；數(shù)據(jù)對(duì)比

1 引言

中俄原油管道是國(guó)內(nèi)第一條穿越凍土區(qū)的大管徑長(zhǎng)輸原油管道，其特有的冬季凍脹危害對(duì)該管道破壞力較大，是管道運(yùn)行過(guò)程中面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)之一，但目前國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上可借鑒的凍土區(qū)管道管理經(jīng)驗(yàn)有限。根據(jù)此管道投產(chǎn)以來(lái)的實(shí)際運(yùn)行情況，研究出可使用管道探測(cè)儀配合水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)管道豎直方向位移的方法，可宏觀上及時(shí)掌握凍脹危害下管道的豎直方向位移變化情況，以便于及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控及管道維修工作。

2 凍脹危害對(duì)管道的影響

凍脹危害是凍土地區(qū)輸油管道特有的風(fēng)險(xiǎn)類型，主要表現(xiàn)為由于冰錐及凍脹丘的原因使管道發(fā)生位移變化（尤其是豎直方向），如果這種變化過(guò)大將導(dǎo)致管道塑性變形和泄漏。

在連續(xù)多年凍土區(qū)和島狀融區(qū)多年凍土區(qū)內(nèi)的河谷平原地帶存在腐植土、粉質(zhì)粘土和礫砂層。在凍結(jié)的腐植土、粉質(zhì)粘土、礫砂層中，有大量1-3cm的夾冰，其含水量較高，屬于極融陷土。腐植土、粉質(zhì)粘土均具凍脹性及強(qiáng)凍脹性，工程建設(shè)時(shí)管溝開(kāi)挖和其它因素均可破壞各類凍土的原始狀態(tài)，使多年凍土上限下移，下限加深，產(chǎn)生不均勻沉降，影響管道的穩(wěn)定性；在河谷低洼富水地帶，冬季凍結(jié)期易產(chǎn)生凍土凍脹，形成冰丘、冰錐等地表隆起。以上所述區(qū)域都為凍脹危害高發(fā)區(qū)域，均會(huì)對(duì)管道的產(chǎn)生影響。

3 監(jiān)測(cè)方法

3.1 監(jiān)測(cè)步驟

首先，確定易發(fā)生凍脹危害的管道區(qū)段，以每間隔5至10米的距離作為一個(gè)測(cè)量點(diǎn)（如：一段待測(cè)量管道的測(cè)量點(diǎn)分布為測(cè)量點(diǎn)1至測(cè)量點(diǎn)N），下文以測(cè)量點(diǎn)1為例介紹監(jiān)測(cè)方法的具體實(shí)施步驟。

第二步，使用水準(zhǔn)儀確定最初基準(zhǔn)面，此基準(zhǔn)面作為后續(xù)測(cè)量基準(zhǔn)面的比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，永恒不變（現(xiàn)場(chǎng)使用不易變化的明顯標(biāo)記來(lái)記錄最初基準(zhǔn)面位置，以便于后續(xù)測(cè)量工作的開(kāi)展）。

第三步，使用管道探測(cè)儀（本文選用雷迪8000地下管道探測(cè)儀，以下簡(jiǎn)稱雷迪）測(cè)量管道埋深Y（地表到管道中心線距離）；使用水準(zhǔn)儀測(cè)量地表至最初基準(zhǔn)面的距離X，X+Y=Z就為測(cè)量點(diǎn)初次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為后續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。如圖1：

（1）同一測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行下次測(cè)量時(shí)，如果所選擇測(cè)量基準(zhǔn)面較最初基準(zhǔn)面低，△X為基準(zhǔn)面的差值，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量確定。如圖2：

（2） 同一測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行下次測(cè)量時(shí)，如果所選擇測(cè)量基準(zhǔn)面較最初基準(zhǔn)面高，如圖3：

△X為基準(zhǔn)面的差值，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量確定。

下次測(cè)得同一位置測(cè)量點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)位Z1=X1+Y1+△X。如果Z1-Z＞0，則表示測(cè)量點(diǎn)管道下沉；如果Z1-Z＜0，則表示測(cè)量點(diǎn)管道上升；如果Z1-Z=0，則表示測(cè)量點(diǎn)管道無(wú)變化。

3.2 監(jiān)測(cè)注意事項(xiàng)

（1）由于每次測(cè)量時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)面的選擇較最初基準(zhǔn)面多少都會(huì)變化，所有△X的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量必須盡可能準(zhǔn)確以減小誤差。

（2）水準(zhǔn)儀讀數(shù)時(shí)，必須先進(jìn)行設(shè)備調(diào)平；測(cè)量過(guò)程中，時(shí)刻關(guān)注水準(zhǔn)儀水平度，如發(fā)生變化應(yīng)重新調(diào)平并重新測(cè)量數(shù)據(jù)。

（3）確定完測(cè)量點(diǎn)后，使用明顯標(biāo)記定位測(cè)量點(diǎn)（可現(xiàn)場(chǎng)釘樁或使用手持GPS記錄坐標(biāo)），每次測(cè)量同一測(cè)量點(diǎn)時(shí)，測(cè)量人員必須盡量將水準(zhǔn)儀標(biāo)桿立在上次測(cè)量的同一位置，以減小誤差。

（4）每次測(cè)量同一測(cè)量點(diǎn)時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)盡量在上次測(cè)量的同一位置使用雷迪，以減小誤差。

（5）如果最初基準(zhǔn)面需要更換，則需將初次測(cè)量的所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都相應(yīng)的做調(diào)整。如：初次基準(zhǔn)面上調(diào)100mm，則初次測(cè)量數(shù)據(jù)Z調(diào)整為Z+100mm。

（6）每次測(cè)量數(shù)據(jù)都是與初次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

（7）雷迪使用“直連法”測(cè)量數(shù)據(jù)，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)和不足

3.3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）成本較低。監(jiān)測(cè)過(guò)程中僅使用水準(zhǔn)儀與雷迪，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需安裝任何設(shè)備。

（2）簡(jiǎn)單實(shí)用。此監(jiān)測(cè)方法原理簡(jiǎn)單實(shí)用，監(jiān)測(cè)技術(shù)易操作，便于推廣。同一監(jiān)測(cè)位置經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)采集后，可以利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制管道縱斷面圖，管道變化情況一目了然。

（3）結(jié)果誤差影響小。此監(jiān)測(cè)方法取得數(shù)據(jù)包括三部分，其中雷迪測(cè)量數(shù)據(jù)誤差細(xì)微，可忽略不計(jì)。△X測(cè)量及地表到基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生人為測(cè)量誤差，但此誤差可控制在2CM以內(nèi)，所有總的測(cè)量結(jié)果誤差不超過(guò)5CM，對(duì)宏觀掌握管道豎直方向位移變化影響不大。

3.3.2 缺點(diǎn)

（1）最初基準(zhǔn)點(diǎn)選取要求較高，要求變化量小于5cm/年，并根據(jù)實(shí)際情況可每1年更換最初基準(zhǔn)點(diǎn)位置以便保證測(cè)量結(jié)果的可靠性；

（2）在參照物較少的被測(cè)管道處，最初基準(zhǔn)點(diǎn)選擇困難，可自制基準(zhǔn)樁以滿足測(cè)量需求。

（3）冬季環(huán)境溫度很低，管道檢測(cè)儀等電子設(shè)備的電池使用時(shí)間大大縮短，若監(jiān)測(cè)管道較長(zhǎng)，需準(zhǔn)備備用電池。

（4）此監(jiān)測(cè)方法全部由人工進(jìn)行，工作量較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集。

4 結(jié)束語(yǔ)

凍土地區(qū)特有的凍脹地質(zhì)災(zāi)害對(duì)輸油氣管道的影響究竟有多大，由于管理經(jīng)驗(yàn)的匱乏，目前還未有明確結(jié)論，本文介紹的管道位移監(jiān)測(cè)方法，主要目的在于為監(jiān)測(cè)管道豎直方向位移變化情況提供一種可行性方法，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，此方法基本可行。

作者簡(jiǎn)介: 馬濤， 1984年出生，2006年畢業(yè)于西安石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)，中級(jí)職稱，現(xiàn)主要從事輸油氣長(zhǎng)輸管道維搶修工作。