馬濤1 隋楠2

1.加格達奇輸油氣分公司;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儀配合水準(zhǔn)儀監(jiān)測凍土區(qū)管道在豎直方向的位移。運用此方法可以有效監(jiān)測凍土區(qū)輸油管道位移的變化，為監(jiān)測和分析凍土區(qū)輸油管道凍脹問題提供依據(jù)。

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

1 引言

中俄原油管道是國內(nèi)第一條穿越凍土區(qū)的大管徑長輸原油管道，其特有的冬季凍脹危害對該管道破壞力較大，是管道運行過程中面臨的主要風(fēng)險之一，但目前國內(nèi)乃至國際上可借鑒的凍土區(qū)管道管理經(jīng)驗有限。根據(jù)此管道投產(chǎn)以來的實際運行情況，研究出可使用管道探測儀配合水準(zhǔn)儀監(jiān)測管道豎直方向位移的方法，可宏觀上及時掌握凍脹危害下管道的豎直方向位移變化情況，以便于及時進行風(fēng)險預(yù)控及管道維修工作。

2 凍脹危害對管道的影響

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凍脹性，工程建設(shè)時管溝開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，均會對管道的產(chǎn)生影響。

3 監(jiān)測方法

3.1 監(jiān)測步驟

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米的距離作為一個測量點（如：一段待測量管道的測量點分布為測量點1至測量點N），下文以測量點1為例介紹監(jiān)測方法的具體實施步驟。

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)測量基準(zhǔn)面的比對標(biāo)準(zhǔn)，永恒不變（現(xiàn)場使用不易變化的明顯標(biāo)記來記錄最初基準(zhǔn)面位置，以便于后續(xù)測量工作的開展）。

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

（1）同一測量點進行下次測量時，如果所選擇測量基準(zhǔn)面較最初基準(zhǔn)面低，△X為基準(zhǔn)面的差值，通過現(xiàn)場實際測量確定。如圖2：

（2） 同一測量點進行下次測量時，如果所選擇測量基準(zhǔn)面較最初基準(zhǔn)面高，如圖3：

△X為基準(zhǔn)面的差值，通過現(xiàn)場實際測量確定。

下次測得同一位置測量點的監(jiān)測數(shù)據(jù)位Z1=X1+Y1+△X。如果Z1-Z＞0，則表示測量點管道下沉；如果Z1-Z＜0，則表示測量點管道上升；如果Z1-Z=0，則表示測量點管道無變化。

3.2 監(jiān)測注意事項

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

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

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

（4）每次測量同一測量點時，測量人員應(yīng)盡量在上次測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，則需將初次測量的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)都相應(yīng)的做調(diào)整。如：初次基準(zhǔn)面上調(diào)100mm，則初次測量數(shù)據(jù)Z調(diào)整為Z+100mm。

（6）每次測量數(shù)據(jù)都是與初次測量數(shù)據(jù)進行對比。

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

3.3 監(jiān)測方法的優(yōu)點和不足

3.3.1 優(yōu)點

（1）成本較低。監(jiān)測過程中僅使用水準(zhǔn)儀與雷迪，監(jiān)測現(xiàn)場無需安裝任何設(shè)備。

（2）簡單實用。此監(jiān)測方法原理簡單實用，監(jiān)測技術(shù)易操作，便于推廣。同一監(jiān)測位置經(jīng)過多次數(shù)據(jù)采集后，可以利用監(jiān)測數(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)測方法取得數(shù)據(jù)包括三部分，其中雷迪測量數(shù)據(jù)誤差細微，可忽略不計。△X測量及地表到基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)測量過程中，會產(chǎn)生人為測量誤差，但此誤差可控制在2CM以內(nèi)，所有總的測量結(jié)果誤差不超過5CM，對宏觀掌握管道豎直方向位移變化影響不大。

3.3.2 缺點

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

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

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

（4）此監(jiān)測方法全部由人工進行，工作量較大，無法實現(xiàn)自動監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集。

4 結(jié)束語

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

作者簡介: 馬濤， 1984年出生，2006年畢業(yè)于西安石油大學(xué)機械設(shè)計及其自動化專業(yè)，中級職稱，現(xiàn)主要從事輸油氣長輸管道維搶修工作。