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管道研究

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河道與山谷地區管道應急搶險難點與應對措施

來源:《管道保護》2024年第1期 作者:荊宏遠 時間:2024-1-19 閱讀:

荊宏遠

國家管網集團北方管道公司 

 

摘要:本文系統分析了河道與山谷地區地質災害發育特征及對管道的危害,提出了應急搶險工作在預警、管道安全狀態判別、搶險作業等方面存在的難點。從管道工藝運行、管體保護、災害體防治等角度提出了應對措施,對提升河道與山谷地區地質災害防治工作給出了建議,為今后管道災害防治和搶險作業提供參考。

關鍵詞:山地管道;地質災害;應急搶險

 

我國油氣管道線路長,分布地域面廣,所屬輸油氣管道幾乎穿越了我國所有地貌單元,管道沿線地形、地貌、氣象等自然地理條件及地層巖性、構造、水工環地質背景復雜多樣。每年汛期高山及溝谷區、河道穿越段、黃土分布區等區域地質災害頻發,油氣管道不可避免受到地質災害的威脅。為此管道企業每年需耗費巨大的人力物力進行管道應急搶險。

1  河道與山谷地區災害特點

1.1  地質災害發育情況

山區管道敷設方式可分為橫坡敷設段和縱坡敷設段,以澀寧蘭、蘭成渝、忠武和蘭鄭長管道2005年至2010年排查出的4084處地質災害為例,90%以上水毀災害發育在河道與山谷地區,崩滑流等其他災害則主要分布在山區橫坡敷設段(圖 1、圖 2)。


1 水毀災害分布地區統計圖


2 其他災害分布地區統計圖

1.2  地質災害規模

地質災害發育與自身重力勢能和水動能密切相關。山谷地區地形陡峭,落差較大,巖土體積累勢能較高,河道地區水流速高、動能大,造成這些區域內的地質災害規模大、風險高,失事后果嚴重。

經統計,滑坡是造成油氣管道斷管的主要原因。泥石流、洪水、河溝道水毀常導致管道長距離懸空,嚴重時會發生斷管;崩塌易造成管道凹陷變形,影響使用壽命;坡面水毀、臺田地水毀、黃土塌陷往往使管道出現露管、懸空的現象。

1.3  管道敷設方式與災害的關系

地質災害對管道的影響與管道的敷設方式息息相關。山谷地區管道橫坡敷設帶是崩塌、滑坡等巖土體移動類地質災害集中發育的區域,且溝內洪水、泥石流等災害會對坡內管道產生較大影響。管道沿縱坡和山脊敷設工況下,受降雨影響,溝頂水土流失,也會造成管道埋深不足和少量露管懸空現象,但總體來看危害相對較。▓D 3)。


3 山谷地區管道敷設方式示意圖

管道沿不穩定河道敷設時,受河床擺動和砂礫石河床影響較大。河床擺動、改道使原本在岸上的管道進入河水中,易造成埋深不足、懸空漂管的現象,涉水作業更使汛期應急搶險工作難度大大增加;砂礫石河床巖土體結構疏松,極不穩定,易被洪水沖走,也會造成以上現象。

1.4  降雨與災害的關系

降雨是誘發地質災害的主要因素。近年來,北方地區極端降雨天氣頻發,主要表現在降雨天數變少,暴雨天數增加,降雨越來越集中。經統計,絕大多數的重大災情都是在臺風等極端氣象情況下的降雨導致的,這也是近年來非常明顯的規律。通過對近幾年某公司汛期水毀情況的分析可以看出,少數極端暴雨導致的水毀數量占水毀總數量的一半以上(圖 4)。


4 2016年以來全年水毀數量統計

2  河道與山谷地區應急搶險難點

2.1  識別預警難

(1)管道伴行光纜對地質災害發生有預警作用,但對中斷位置準確定位存在誤差,特別是山區段現場定位往往花費數個小時,影響搶險效率。臺風期間光纜多處中斷,兩端中斷位置能較快找到,但是兩端之間中斷點定位十分困難。

(2)遇到臺風、極端暴雨等天氣情況,基礎設施破壞嚴重,交通道路和通訊中斷,并且伴隨塌方、洪水等潛在風險,巡線員很難及時到現場排查,F在短距離的應急搶險點可以采用無人機前去查看,但飛行距離有限,最終排查結果仍需人員進場確認。

2.2  管道安全狀態判別難

(1)行洪期間水流湍急,人員無法下水檢查管道懸空狀況,2022年汛前曾在黃河穿越點以測試無人船+聲吶設備檢測的方式,運用單波束、多波束、側掃聲吶等多種技術手段對管道現狀進行探測,但因河水渾濁,效果均不理想。

(2)當河道管道發生漂管時,水下漂管長度、管道擺動方式、應力大小及管道疲勞狀態難以確定,現在只能在盡可能靠近的位置做一些應力檢測和監測,但只能反映該處點位的情況,無法將整條管道的應力分布狀態查清楚。

2.3  搶險資源短缺

搶險就是搶資源。臺風等造成區域規模性災害,交通、電力、通訊等多行業都在進行搶險,往往會造成挖掘機等大型機械、塊石、混凝土等大宗材料以及人力短缺,給管道應急搶險造成困難。

2.4  搶險進場難

山谷地區應急搶險時,點位一般距離交通干道較遠,大型設備和大宗材料進場十分困難,需要修建進場路。洪水、強降雨過后,土體飽和松軟,很難提供足夠的承載力,使得進場路的修筑周期長、難度大,拖慢搶險進度。

2.5  涉水作業搶險場地和搶險措施受限

河道行洪時,水深且流速較大,為搶險作業人員帶來很大的安全隱患。河床地形差,底部泥沙結構松散,承載力低,對腳手架的搭建和設備進場作業也帶來很大風險和難度。應急搶險需要在最短時間內控制風險,避免管道疲勞強度失效,恢復生產,但受限于工期、場地、資源供給等條件,許多方法、技術難以實施。

3  河道與山谷地區應急搶險應對

3.1  做足準備積極應對

汛前開展防汛重點地段排查,完善應急預案,儲備必要的防汛物資,建立大型搶險設備和大宗搶險物資的社會依托。對極端氣象、水庫和江河重大汛情積極響應,必要時提前布置搶險力量,加密現場巡檢,識別災害活動跡象,對險情早發現、早準備、早啟動。確認險情后,應迅速調集足夠搶險資源,盡早啟動修筑進場路,為搶險作業創造條件。

3.2  搶險工藝措施

管道泄漏會對河水、土壤等周邊環境產生嚴重污染,當管道存在泄漏風險時,需根據輸送介質采取相應的工藝措施。對于輸油類管道可采取降壓、停輸,關閉來油方向閥室閥門等,同時密切關注管輸壓力變化。對存在凝管風險的管道,如有條件可調整油品類型,必要時進行掃線。輸氣管道可采取降壓、停輸和放空等措施,并在搶險現場做好可燃氣體監測工作。

3.3  針對災害體的搶險措施

河溝道水毀主要災害體為洪水,首先應跟上游水庫相關管理部門進行溝通,調整水庫泄洪計劃,降低下游水位,為搶險作業留出足夠的時間和空間。其次應采取工程措施對管道進行保護,通過修筑圍堰、挑流壩、河道疏浚等工程措施改變水流方向,降低洪水對管道的影響,同時留出空間使大型設備入場作業,或在管道下游修筑臨時淤土壩、石籠、拋石等措施來抬升河床高度,使管道重新埋入地下,起到保護管道的作用。

3.4  針對管道的保護措施

河道應急搶險時可采取在下游打鋼管樁、搭建腳手架、放置平衡壓袋等措施對管道進行支撐加固,控制管道的位移和震動,避免管道材料疲勞,強度失效。另外要對管道的安全狀態進行監測,包括管道位移監測、應變監測以及管道泄漏監測,實時掌握現場情況。

3.5  安全和環境保護措施

應急搶險時應注意人員安全和環境保護。油氣管道介質輸送壓力高,要做好管道泄漏監測,以免危害搶險作業人員安全,現場涉水作業人員要嚴格管理,避免出現安全事故。汛期還應對搶險區域及周邊地區進行氣象和洪水監測,為搶險作業人員的安全保駕護航。油品管道泄漏會對周邊環境造成嚴重污染,可在下游位置預設多處油品攔截點,一旦出現極端情況,能夠減少對河水、土壤等周邊環境的影響。

4  結語

為更加經濟合理、安全高效地控制河道和山谷地區管道地災風險,降低搶險難度,保障管道安全,建議從下面幾方面來改進提升:

(1)提高管道建設質量標準,從根本上減少險情發生。盡可能減少管道橫坡敷設,避免管道在河床擺動等不穩定河道內長距離敷設和穿越。

(2)管道投產運營后,應積極開展地質災害調查識別,降低地質災害風險。綜合運用遙感、光纖震動等技術手段提高滑坡等地質災害的早期識別率,早發現早治理,對不穩定河床敷設段可采取改線、提高設防標準等。

(3)引進新方法、新技術、新裝備,多借鑒公路、鐵路等行業的創新技術和經驗,化為己用,從而提高河道與山谷地區管道應急搶險效率。

 

(本文系作者2023年10月13日在第四屆管道自然災害防治研討會上的發言)


作者簡介:荊宏遠,1983年生,高級工程師,北方管道公司管道部從事防汛與管道地質災害防護等管道完整性管理工作。SY/T 6828《油氣管道地質災害風險管理技術規范》第一起草人,GB/T 40702《油氣管道地質災害防護技術規范》、ISO 20074《Geological hazard risk management for onshore pipeline》主要編寫人,壓力管道檢驗師。

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