时间:2023-06-01 09:46:28
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关键词:隧道施工;地质灾害问题;措施
中图分类号:U45文献标识码: A
引言
隧道施工中经常出现的地质灾害现象给交通运输业的发展带来很多极其不利的影响。它不仅极大的缩短了隧道的使用寿命,甚至由于不良施工导致引起的车辙现象更是极大危害着人们的生命及财产安全。因此,我们应勇敢的面对挑战,积极寻求解决措施,加强对施工细节的管理,尽可能地减少和避免地质灾害现象的出现,从而提高隧道的施工质量。
一 、隧道施工地质灾害分类与分析
(一)隧道施工地质灾害分类
(1)围岩的变形破坏:这类灾害的产生主要与围岩的岩性、结构体和结构面的几何切割特征及应力条件有关。包括:①软弱岩体的变形破坏:主要破坏形式表现为大的变形位移和滑塌等;②破碎岩(如断层破碎带、风化带等)的变形破坏:主要表现为大量的掉块、滑塌、崩塌和泥砂石流等;③块状岩的变形破坏:主要表现为局部掉块;④坚硬脆性岩的岩爆:多发生于深埋、高应力区的隧道中。
(2)涌水、突泥灾害:这类灾害主要是由于隧道的开凿,破坏或改变了隧道所在地区原来的水文地质环境,隧道成为新的良好的地下水排泄通道引起。灾害的主要形式包括:①破碎岩的裂隙、缝隙渗水、漏水、涌水;②岩溶裂隙水、管道水的涌出,以及携带大量泥砂的突泥、突砂。
(3)地面沉降和塌陷:由于隧道开挖及大量抽排地下水引起。包括:①浅埋隧道、城市地铁或大型管道开挖及大量抽取地下水造成的地面沉降;②岩溶地区隧道开挖排放大量地下水造成的地面塌陷和泉水枯竭。
(4)其它地质灾害。主要包括:①有害气体(如瓦斯)突出造成的灾害;②地下水对隧道建筑物的侵蚀、腐蚀作用引起的灾害;③隧道的冻融灾害;④高地温灾害;⑤地震灾害。
(二)隧道地质灾害分析
由于隧道工程属于人类工程活动的一种, 其诱发地质灾害的特点与人类工程诱发地质灾害的特点别无二致,可以分成以下三个特点:隧道地质灾害发生的根本原因可以归结为人类工程活动的盲目性和不科学性,工程建设同地质环境不协调所致。同自然地质灾害相比,隧道地质灾害强度低、频度较大,危害性大。 隧道地质灾害的发生具有可防止性。
因此,为避免隧道施工地质灾害的发生,应多管齐下,加强防治措施,具体如下:做好地质勘察研究工作;合理确定防治目标;多方案比选防治工程方案;重大地质灾害防治工程进行专门的可行性论证;妥善确定防治工程的施工方法和施工程序,实行信息化施工;加强监测工作。
二、隧道地质灾害形成的因素
隧道发生地质灾害的根本因素是人类不科学的施工和盲目的施工、隧道施工方法和施工环境不协调。一般情况下,隧道地质灾害和自然地质灾害进行比较,有着强度低、频率大和危害大的特点,是有着可预防性质的,所以在隧道施工中,做好隧道施工地质灾害常见问题的预防,可以有效控制地质灾害的发生。
隧道地质灾害预防工作需要做好地质的勘测,确定防治的目标,优化防治方案,选择防治施工的方法,加强施工管理和监督,只有这样,才能控制好隧道地质灾害形成的因素,使隧道施工中的常见地质灾害问题减少发生的频率。
随着我国交通行业的飞速发展,隧道施工项目越来越多,施工技术得到了很大的进步。受长度和深度等多方面的影响,使隧道施工的地质环境越来越复杂,施工遇到地质灾害问题更多,还有很多不可预料的灾害,只有进一步提高施工技术,加强预测与防治措施,才能真正保证隧道的安全施工和顺利完成。
三、隧道施工中常见的地质灾害现象
(一)围岩出现变形破坏现象
在隧道施工中,围岩遭到变形破坏是十分常见的现象,导致围岩局部和整体区域大变形坍塌、破裂,甚至坚硬的围岩体出现岩爆等严重后果,带来很多安全隐患,严重威胁着人们的生命安全。之所以会出现围岩变形破坏现象,主要是由于围岩特殊的地质结构所造成的。围岩所特有的特性,地应力的性质以及地下水的情况都有着直接的联系。特别是岩爆现象,出现的次数更是十分的频繁,经常出现在没有地下水的情况下。经过大量实践证明,岩爆经常以片帮,劈裂,弹射等现象为主要表现形式,甚至会引发地震等更为严重的地质灾害现象。而对于其他一般情况下的围岩变形破坏,大多会出现在断层破碎带、接触不良或者是不整合的比较软弱的岩层等地质环境中。
(二)隧道施工中出现塌方现象
在隧道施工的过程当中,由于地质结构常常出现不稳定现象,使得岩层的薄体区域经常出现小的褶曲,在对这种地质结构下的岩体进行打穿时,极有可能会导致地面沉降不均匀或者是软弱岩层体塌方等现象出现。当隧道经过岩层的破碎地带以及断层地带时,岩体内潜在的地应力得到释放,地质结构过于松散,所承受的压力也不断增加,岩层颗粒与颗粒之间的胶结性能也不高,导致在开挖隧道之后,围岩体难以保持稳定而出现塌方现象。特别是当隧道在经过进出口位置及其附近区域时,围岩更不容易保持稳定,极大地增加了出现坍塌现象的可能性。值得注意的一点是,坍塌大多发生在涌水区域,特别是涌水区域的顶部与右侧坍塌现象更为常见,降低了隧道施工质量,造成很多不必要的事故发生,直接威胁着人们的生命安全。
(三)隧道施工中出现涌水突水现象
众所周知,在施工施工中出现的地质灾害中,涌水突水现象发生的几率最高,而且所带来的危害也更为严重。因此,涌水现象越来越受到研究隧道施工地质灾害等专家的高度重视,不断进行广泛的试验和测验以便更好的研究涌水问题。涌水这种地质灾害主要是因为开凿时隧道遭到破坏或者是隧道所在区域原有的地质构造发生了改变,使得良好的地下水通过隧道进行排泄而发生的。其有很多表现形式,比如岩层破碎处出现裂缝,渗漏现象严重,岩溶裂隙水以及管道水被涌出,或者在涌水时会伴随着大量的泥沙、突沙等情况。
四、隧道施工地质灾害常见问题的防治措施
(一)塌方的防治措施
很多松散和破碎的围岩都会发生隧道的塌方,一般情况下,要对围岩整体进行稳定性和强度的处理。施工中常见的处理方法有:超前长管棚和超前锚杆等措施,这些措施都可以使围岩进行稳定与强度的加固处理,使隧道塌方机率降低。而断面大隧道在开挖中,一定要对软弱围岩的部分采取逐步开挖的施工方法,这样既可以使围岩大大缩短暴露的时间,在开挖后,也可以立刻进行支护处理,使隧道围岩稳定性大大增加。
(二)岩爆的防治措施
岩爆的防治措施,既可以采取预报的监测,也可以使用地应力进行卸除,使用多循环分步开挖及超前高压注水等施工方法对岩爆可能发生的部位重点监测和预控,这些措施可以缓解岩爆造成的危害程度。
(三)突水与涌水的防治措施
隧道施工出现的突水与涌水等地质灾害可以通过排、堵的措施,或者排堵结合使用的措施进行相应的处理。在对突水与涌水治理的同时,也要对施工工程附近暗河及溶洞的突水部位做好监测与预控。通过监测与预控实现对施工阶段地质的预报。监测与预控工作既要准确的分析出溶洞与暗河和隧道的交汇位置,在隧道施工出现突水与涌水后,对非岩溶深埋的隧道要进行排水导坑及钻孔疏干的治理措施。岩溶隧道和浅埋隧道的治理要以堵为主,在最大程度上阻止地下水位下降,防止地面出现塌陷及井泉干涸等现象,这些问题会直接破坏周围的生态环境。施工中还可以使用先隔水层然后再进行含水层的开挖,可以有效防止发生突水的地质灾害,有时也可以使用超前引排和超前预注浆等施工方式,都可以有效减少突水的地质灾害程度。
(四)地面坍塌与沉陷的防治措施
地面发生坍塌,可以采取回填、绕避等施工方式,有时还要对施工洞穴的顶板加固等措施,这些措施都可以有效预防地面坍塌和井泉的干涸,防止对周围环境造成的恶劣影响。很多浅埋隧道地表坍塌都是由隧道塌方造成的,所以可以在隧道开挖初期,采取锚初期的支护,控制隧道发生变形。
(五)其他地质灾害的防治措施
隧道在施工中如果穿过煤层,很可能发生瓦斯爆炸,所以一定要对地质预挖部位进行地质的探测,加强地质隧道施工的超前预报十分重要。另外还有钻爆法隧道施工对防爆的处理和防治措施。
结语
综上所述,隧道施工存在很多安全隐患和风险,但是施工中只要我们能认清常见的地质灾害成因,规范施工,做好防治防范措施,就能减少和避免这些地质灾害现象的发生,将隧道施工的风险和安全隐患降到最低。
参考文献:
[1]毛井玉.谈公路隧道施工中复杂地质环境的处理[J].广东科技,2014,10:144+137.
(一)地质灾害现状
我市山地特征普遍,地质构造复杂,地形起伏大,岩石软弱破碎,这些条件决定了我市是一个地质环境脆弱、地质灾害多发的地区,属全国重点地质灾害防治区域之一,全市地质灾害分布范围广、暴发频繁、危害严重,特大地震后,使全市地质灾害进一步加剧。
根据各县(区)国土资源局和各乡镇排查,地震引发我市次生地质灾害点7507处,造成147人遇难,468人受伤,地质灾害造成的直接经济损失28.51亿元;省内外地质灾害专家共159人协助我市共对1659处重要次生地质灾害开展应急排查评估,其中:滑坡589处,崩塌456处,泥石流22处,地裂缝108处,地面塌陷3处。根据以往地质灾害调查与区划成果,全市地震前有重要地质灾害隐患1506处,地震后专家排查的地质灾害隐患1659处,其中地震前已有加剧的420处,地震新引发的1239处,目前全市经专家排查的重要地质灾害隐患共2745处。
震后次生地质灾害在全市八县一区均有分布,区、为极重区,其他县区为严重区。受地震和长期余震、降雨等影响,震前地质灾害易发区部分老滑坡复活加剧,同时引发大量新的滑坡、崩塌和地裂缝,
(二)地质灾害分布情况
我市地质灾害在区域分布的总体趋势是西南密集、向东北逐渐减弱,地震使这种差异性加剧,全市地质灾害密度由北向南呈递增趋势加大,根据排查结果,在以下区域集中分布:
1、白龙江流域集中分布带:
主要分布于白龙江沿岸、、一带,为地震极重灾区,全市地质灾害重点防治区域。区内山高坡陡,重力侵蚀强烈,岩石软弱破碎,植被较差,地震后崩塌、滑坡数量约占全市的60%以上,主要以基岩滑坡、堆积层滑坡和第三系、白垩系红土层滑坡等类型为主,大中型滑坡数量众多,大多不稳定,尤其在化马——角弓——外那——临江一带,以及北峪河流域安化——马街(汉林)——城区一带最为严重;泥石流沿白龙江河谷连续分布,以白龙江两河口——透坊段和支流北峪河流域最为发育,有较大泥石流200多处,如北山9条沟、北峪河、汉林沟、甘家沟、石门沟、火烧沟等;透坊——临江段岩层较完整,渐为减弱,有较大泥石流40多处,其中临江东风沟、尚家沟、蒋冯沟、桥头燕儿沟等泥石流沟危害最为严重。
2、白水江流域集中分布带
主要分布于白水江沿岸石鸡坝——城——碧口一带河谷及近山区,为”地震极重灾区,全市地质灾害重点防治区域。崩塌、滑坡数量众多,以基层滑坡为主,受持续余震和降雨影响,一直处于不稳定状态,多次发生较大灾情险情,如南山、北山滑坡崩塌群;泥石流以稀性泥石流为主,以——石鸡坝、碧口——中寨之间最为发育,如关家沟、贾昌沟、铁楼沟等,地震后多次爆发,造成严重损失。
3、西汉水流域集中分布带
主要分布于西和、、段西汉水流域河谷地区,为地震重灾区,全市地质灾害次重点防治区域。大多数滑坡系第四系堆积坡残物组成,分布密度高,以漾水河流域、西和东南部土石山区、东南部黄土丘陵区和西南部土石山区最为发育,地震后造成灾害较严重。泥石流主要有粘性、稀性和黄土泥流,以西汉水干流的顺利峡——建村河段及其支流白家河,漾水河沿岸及雷家坝——之间的黄土泥石流区最为发育,爆发较为频繁,受地震影响较大,危害也较为严重。
4、嘉陵江流域集中分布带
主要分布于包括、两当、和部分区域,嘉陵江支流河谷及近河谷山区,为地震重灾区,全市地质灾害次重点防治区域。地貌以山区盆地、丘陵、中低山为主,山体岩石较为坚硬,植被较好,滑坡、崩塌较不发育,灾害一般.但地震后该区域地质灾害明显加剧,一些原来不属于地质灾害易发区的坚硬岩分布地段也引发了数量巨大的崩塌、滚石;泥石流主要分布在嘉陵江流域及其支流永宁河、青泥河、燕子河等支流河谷及两岸地区,暴发频率低,危害一般,部分区域较为严重。
5、矿区和公路沿线易发区
公路沿线一直是我市地质灾害易发区,地震后山体滑坡、崩塌、坍塌和滚石数量众多,毁坏公路设施、堵塞交通,造成的人员伤亡和财产损失巨大,如212国道、江武公路和各县(区)主要县乡公路沿线山区地段。矿区因露天开采、矿石、废渣不合理堆放,加上地震致使土石松动,极易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,如西成矿区的六巷、厂坝、毕家山、洛坝等铅锌矿区,等金矿区。
二、地质灾害威胁对象和范围
地质灾害对人民生命财产安全造成极大威胁,威胁着交通运输、农业生产、城镇、机关事业单位、学校、厂砖企业、电站、通讯和输油管道等生命线工程的安全。地震发生后,根据各县(区)国土资源局和和乡镇排查,地震引发地质灾害点7507处,造成死亡147人,受伤468人,造成直接经济损失28.51亿元;根据专家组《市地震灾后应急排查总结报告》,全市排查地质灾害1659处重要地质灾害隐患,共有30.9万人受到威胁,占全市总人口275.75万人的11.2%,威胁资产44.15亿元,按照威胁对象和范围,主要有一下三类:
1、威胁人口密集区的地质灾害点:共有1178处,典型地质灾害如南山崩塌群、北山泥石流,严重威胁和城区的人民生命财产安全。
2、威胁生命线工程的地质灾害隐患点:共有396处,以中小型居多,大型零星分布,地质灾害的稳定型以不稳定居多,基本稳定的仅有少量。险情等级以小型居多,中型次之。主要威胁212国道以及大部分呢的省道及县乡道路。
3、威胁重要设施的地质灾害隐患点:主要有6处,威胁对象主要包括水库、矿山、风景名胜区和地质公园。地质灾害的规模以中小型为主,稳定性差,险情等级以小型为主,但需及时进行应急处理。
三、地质灾害重点防范期
近几年全市极端气象现象多发,据气象部门预测,全市降水量明显增多,大范围大到暴雨和连天集中降雨天气增多,加上地震和持续余震影响,预测爆发地质灾害的可能性加大,根据地质灾害的形成特点和主要诱发因素,确定各类地质灾害隐患点的重点防范期为:
1、滑坡、崩塌、地裂缝主要防范期:该类地质灾害的形成受多种因素影响,降水诱发引起的滑坡、崩塌、地裂缝等灾害具有稍滞后于降水的特点,6月一10月为主要防范期,强降雨和持续降雨多发,当降水达到一定强度时,就可能发生地质灾害灾害;2—3因冰雪融化、冻土消融,目前已发生几起滑坡、崩塌灾害,以北部雪冻严重的西和、、等县较为严重;人为因素和其它自然因素造成的滑坡、崩塌等地质灾害情况比较复杂,因此应当全年防范。
2、泥石流主要防范期:泥石流的形成与大雨、暴雨同步。根据我市的降水特点,确定泥石流的主要防范期为6月至10月。因地震造成江河沟谷中积聚了大量的固体物质,预测暴发灾害性泥石流的危险增大。
3、地面塌陷的主要防范期:我市已发生的地面塌陷灾害基本为地下采矿引起的,其发生、发展与采矿的强度、开采规模、开采形式等有关,该类灾害全年均应防范。矿区应加强监测与预报、预警工作。
四、地质灾害防治措施
(一)加强地质灾害防治工作的组织领导
地质灾害防治是人命关天的大事,今年是我市《地震灾后地质灾害防治规划》实施的第二年,也是最为关键的一年,地质灾害防治形势严峻、工作任务艰巨。各县(区)政府和有关部门务必要以高度的政治责任感和使命感,坚持以人为本,充分认识地质灾害防治、防灾减灾工作的重要性和紧迫性,紧紧围绕灾后恢复重建地质灾害防治项目的实施管理和汛期地质灾害防范两项核心工作,加强组织领导,及早部署安排,进一步落实责任,明确职责,全面实施、全力抓好和完成本年度年度实施计划确定的项目建设任务,切实落实汛期地质灾害防治的各项措施,确保人民群众生命财产安全。
(二)抓紧拟定年度地质灾害防治方案和突发性地质灾害应急预案
各县(区)国土资源部门要按照《地质灾害防治条例》的要求,结合震后地质灾害防治规划和本年度工作任务,会同发改、财政、建设、水利、交通、预警、防洪等部门,加快本年度地质灾害防治方案的编制、报批与工作;要在总结震后应急救援经验教训的基础上,对突发性地质灾害应急预案的修订完善,进一步明确各相关部门应急救援的职责,增强预案的针对性和操作性,切实提高应急救援能力;对辖区内重点地质灾害隐患区域,要按照《地震灾后地质灾害应急排查报告》中专家提出的防治意见,制定具体隐患点的防治方案和应急预案,全力做好方案的实施工作。
(三)全力抓好地质灾害防治项目的组织实施和监督管理
中央灾后恢复重建基金地质灾害防治项目的组织实施和监督管理,是全市本年度地质灾害防治工作的重中之重,总理政府工作报告中明确要求:“灾后重建要加大力度,加快进度,力争在两年内基本完成原定三年的目标任务”。各县(区)政府务必要充分认识项目实施的艰巨性、紧迫性,以高度的政治责任感和使命感,进一步加强组织领导,强化工作措施,创新工作方式方法,编报好项目年度实施计划,科学统筹、合理安排、突出重点、分步实施、协调推进,全面加快推进项目建设,力争尽早完成项目建设任务。政府主要领导要对项目建设工作负总责,发改、国土、财政等部门要明确职责,分工负责,共同做好项目申报审批、组织实施和监督管理工作,政府及监察、审计等部门要及时进行监督检查,确保项目实施不出问题。为加强地质灾害防治项目管理,确保项目资金专款专用,项目实施依法、有序、快速推进,市政府近期将出台《市地震灾后地质灾害防治项目监督管理暂行办法》,各县(区)务必严格按照《办法》规定的项目论证、申报审批、组织实施和监督管理、工程验的相关程序和要求,严格执行项目管理责任制、招投标制,勘查、设计、施工和监理资质备案审查制等各项治理,切实做好项目实施的监督管理工作。通过项目实施,大力提升全市地质灾害防治水平和能力,及早实现防灾减灾的目标。
(四)加强地质灾害群测群防体系建设
7月份市政府印发《市地质灾害群测群防体系建设实施意见》以来,全市地质灾害群测群防网络体系已初步建立,但目前还很不健全和完善,群测群防的责任和措施还没有落实到位。在今年地质灾害年度实施计划中,将群测群防建设列为重要建设项目,安排了专门经费给予保障,各县(区)务必要按照《意见》要求,编制好群测群防项目建设实施方案,加强对基层乡镇群测群防体系建设的指导,将监测预警、防灾避险的责任分解到乡镇、村社以及危险区的学校、医院、厂矿、工程建设单位和企事业单位,建立覆盖全市重要隐患点、防灾责任人明确、监测预警措施完善、联络通讯畅通的市、县(区)、乡(镇)、村(社区)四级地质灾害群测群防网络体系。
(五)做好汛期地质灾害巡查监测工作
每年汛期是地质灾害防范的关键时期,国土资源部门要会同建设、水利、交通、防洪、救灾等部门,在地质灾害应急排查评估的基础上,结合今年地质灾害详查、专业监测点和示范区建设项目的实施,在配合专业地质单位开展好详细调查工作的同时,继续做好本行政区域内地质灾害隐患点的排查监测工作。要重点排查人口密集的城镇乡村、江河沿线、交通干线、重点设施、矿区渣场、尾矿库等区域,排查要确保不留死角。特别对威胁大、危害严重、不稳定的重特大隐患点,专家排查建议需要搬迁避让的隐患点,要作为汛期地质灾害防治的重中之重,按照专家组排查防治建议,划定危险区、设置警示标志,下发防灾避险明白卡,制定专项防灾预案,安装管护好简易监测设备,确定专人巡查监测责任人,落实好监测预报、搬迁避让等各项措施,确保人民群众生命财产安全。
(六)做好汛期地质灾害预警预报工作
地质灾害气象预警预报是地质灾害预防的一项重要制度和措施,也是今年全市实施的重要项目之一,各县(区)国土资源部门要力争在今年完成项目建设任务,及早将项目建设成果应用到汛期预警预报中。国土部门要继续与同级气象部门共同配合,积极开展地质灾害气象预报预警工作,及时掌握雨情、水情、灾情,对所辖区域内地质灾害可能发生的时间、地点、成灾范围和影响程度作出预报,广播电视部门要适当增加广播电视播放地质灾害气象预报的时间,使政府有关部门和人民群众及时了解地质灾害信息,提前做好防范工作。
(七)加强地质灾害防治制度和责任体系建设
各县(区)要严格执行汛期值班制度、巡查制度、灾情速报制度、月报制度等各项制度,建立完善地质灾害防治领导责任制和责任追究制度,将制度和责任体系建设贯穿到地质灾害防治的各个方面,分级负责、层层落实,把责任落实到每一个项目、每一项措施、每一处地质灾害隐患点上,确保各项防灾措施及时、有效落实。地质灾害防治领导小组和国土资源部门在汛期要实行24小时值班制度,向社会公布地质灾害报警电话(市、县(区)国土资源局汛期值班电话见附表),保持24小时通讯联络,一旦出现灾情,必须迅速启动《突发性地质灾害应急预案》,立即组织应急调查、险情评估、群众转移等抢险救灾工作,同时按照灾情速报制度要求,在规定时间内立即将灾情速报上级各有关部门。对有灾情险情不及时报告、接到灾情险情报告不及时处置、防灾制度不落实、措施不到位发生地质灾害,造成人员伤亡和重大财产损失的,要严肃追究相关责任人员责任。
(八)加强对工程建设活动引发地质灾害的监控
各县(区)要按照《地质灾害防治条例》关于“在地质灾害易发区内进行工程建设应当在可行性研究阶段进行地质灾害危险性评估”的规定,加强灾后重建项目、集中安置点和各种工程建设的地质灾害危险性评估备案工作,为建设项目施工和运营安全提供保障。要加强对各重点矿区、公路沿线、水库、河道、削壁建房、挖土采砂等工程建设活动造成的地质灾害易发区的监控,对因工程建设等人为活动引发的地质灾害,严格按照《地质灾害防治条例》的规定,由责任单位承担治理责任。特别是矿区地质灾害恢复治理工作,要按照国土资源部《矿山地质环境保护规定》和《市矿山地质环境恢复治理保证金管理暂行办法》,做好本年度保证金提取和缴存,加大矿区地质环境恢复治理监管力度,确保今年全市矿区地质环境恢复治理取得较大成效。
(九)做好地质灾害防治宣传培训工作
各县(区)要要将宣传培训工作作为地质灾害预防的一项重要措施,组织专门技术力量,继续加大《地质灾害防治条例》和地质灾害防治科普知识宣传培训力度。要加强对基层乡镇、国土资源所、重点村社干部和监测预警人员的培训,使基层干部群众掌握地质灾害防治基本知识,提高各级政府和有关部门地质灾害防治意识和责任感,增强了抗震救灾各部门之间配合协作和应急反应能力;要重点加强地质灾害易发区的农村、山区和人口密集区的宣传,力争做到人人知道地质灾害前兆、监测方法、报警方式、躲避路线、自救常识等基本防灾知识,切实提高人民群众防灾意识和能力。特别是灾后重建点的宣传,要以认识灾害、避让灾害、安全选址建房为主,确保群众灾后重建的房屋不受地质灾害威胁。
[关键词]集输 安全 技术
中图分类号:TE832.1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)19-0383-01
引言:管道运输因具有高能高压、易燃易爆、有毒有害、连续作业、环境复杂等特点。在使用过程中易发生因腐蚀、第三方破坏或超压等因素塑造成的泄露或管道破裂事故。导致人身伤害、设施破坏和环境污染等严重后果。因此加强安全管理具有重要意义。
1 油气管道的事故分析
大庆油田油气管道失效的主要原因为腐蚀、外部影响和材料缺陷。国外输气管道1000km的年事故发生率随时间呈下降趋势,而我国油气管道的事故率远高于发达国家。
管道由于投产至终结其事故率一般遵循浴盆曲线,所谓浴盆曲线是曲线呈浴盆状在管道投产初期因设计、施工、管材、设备等诸方面的缺陷导致事故率较高,每1000km的年事故发生率为5次左右,该阶段通常持续半年到2年。管道正常营运期事故少而平稳,该阶段的事故多为管道受腐蚀及外力破坏所致,每1000km的年事故率约为2次左右,一般持续到15到20年,管道老化阶段由于管道内磨损及内腐蚀加剧,事故明显上升,其每1000km的年事故发生率一般在2次以上,而且事故发生有意外性,修复也困难。
2 油气管道安全预警技术
为了有效的遏制日益猖獗的针对管道的破坏,防止非法开挖和第三方破坏,同时在来实施清理前,将管道沿线的地质灾害监测起来,对管道实施有效的保护,必须采用技术监控手段进行预警,目前的人工巡线,不可避免的存在密度、频度及人员问题,必须建立起有效的技术防御手段,保证管通实时处于受控状态,管道管理部门可以随时掌握管道沿线信息。
2.1 光纤预警技术
为了传输管道的实时运行数据,在管道建设期与管道同沟敷设了一条光缆,光纤管道预警系统利用其中冗余的三根单膜光纤构成基于mach-zehnder光纤干涉仪原理的分布式震动信号传感器,采集管道沿途的震动信号。
光源发出的光在光缆中传播,管道沿线管道威胁时间产生的异常震动信号被光纤感知使其中传播的光波被调制,收到调制的光信号传到光源及光电检测系统。被光电探测器将光信号转换成电信号,随后通过放大和滤波电路队信号进行处理,经过A/D转换传输到计算机中进行进一步的信号处理和分析。计算机信息处理系统对采集到的信号进行特提取、模式识别将管道威胁事件和管道沿线的行人、车辆通过等背景噪声分开,对打孔盗油,机械挖掘等管道威胁事件进行报警和定位。
目前该系统已经在中困石油港济枣等多条管线投入进行,成功的发现和定位了多起第三方对于管道的破坏,对管道巡护提供了指导,切实保卫了管道安全。该技术一套设备即可实现60km左右的管道安全预警,无需在管道沿线增加任何设备。运营成本低,具有很高的推广价值。
2.2 声波预警技术
由于很多在役管道已经运行三十多年,在管道建设期没有同沟敷设光缆。如果重新开挖设光缆无论从经济和技术上都不可行,因此光纤管道预警技术只适合于近年新建的和即将修建的油气管道的安生预警。对于在役的没有同沟敷设光缆的管道,通过检测管道上传播的声波信号实现对管道的安全预警。
油气管道由于打孔盗油,第三方开挖等原因受到破坏时,刮除防腐层、焊接盗油卡子、安装阀门、打孔等外力撞击活动引起管壁震动,这一震动沿着管壁向两侧传播。由于传播衰减、管道结腊、管道外土层吸收、拱跨、弯头等等的阻尼作用,只有特定频率成分的波才能传播较远距离,而且不同的事件引发的管道振动模式各不相同。因此通过检测特定成分的管道振动信号,即可实现对管道破坏事件的检测。
目前该技术已始在中国石油秦京、铁大等多条管道的打孔盗油、非法开挖等第三方破坏高发区的管道安全预警。该技术的投入使用已发现了多起针对管道的破坏事件,有效的保证了管道的安全,成为管道安全监测的重要工具。
2.3 地质灾害预警技术
滑坡的存在时管道运行的重要安全隐患。对滑坡及其影响下的管道进行监测预警是一种有效的、低成本的管道滑坡灾害防治方式。光纤光栅传感技术具有精度高、抗干扰、抗恶劣环境影响的特点。对监测管道滑坡有良好的适用性,还没有报道。
该技术通过在管道地质灾害多发区安装特别设计的光纤光栅传感器阵列。实现对管道滑坡区的表部位移、深部位移、管体应变及管土界面推力的实时监测,以及常规的降雨量监测、高精度GPS位移监测,有效的实现了区域多参数,多物理量的联合监测。同时还建立了监测数据的实时自动采集与远程传输系统。将监测数据发送到远程监控主机,利用管道土体相互作用的数据模型定量分析土体移动对管道的影响,从而确定不等危险程度下各检测量的阈值。当某检测量超过其阈值时,系统给出报警,提醒管道管理人员对该移动区采取减缓措施。
目前该系统已经成功的应用在兰成渝管道滑坡区的安全监测,并在汶川大地震中成功的检测了滑坡及管道的变形情况,为管道抢修提供了决策支持。
2.4 地震检波器预警技术
人员、车辆等目标在地面上运动,对地面来说就是目标对地面施加以一定的激励,对于非刚体的地球介质的变形,变形在地球介质中传播即形成地震波。有效的检测管道沿线相应于目标运动引起的地震波,对这一信号进行分析和处理就可以有效的将管道沿线监控起来,使用模式识别技术等现代人工智能技术,可以将人工挖掘、机械的非法开挖以及各种第三方破坏区别开来,因此对管道沿线地震波的监测和分析,可以对管道实施有效的保护和监控。
该技术通过在管道沿线埋设地震检波器,监测管道沿线机械开挖、打孔盗油等人为、机械活动产生的地震动信号。现场信号预处理单元对采集的震动信号进行处理并转发。中央处理单元通过三角定位法实现对管道威胁事件的定位,并启动智能分析系统,滤除管道沿线正常的震动信息,对管道保护区域内的机械开挖等威胁事件进行分类报警和定位。基于供电及通信方面的原因,该系统适合于管道重点区段的安全监控。
目前已经在多条重要管道的重要跨越段部署地震检波器矩阵,实现管道跨越重点河流的安全监控,有效的避免了管道遭到破坏后对河流的污染产生的次生灾害。
2.5 预警技术总结
油气管道安全预警系统的开发和实施有效的保证了管道安全出去受控状态。通过对不同的管道应该结合管道的实际情况部署不同的管道安全预警监测系统。
对于一条具体的管道进行安全预警技术及体系的部署首先应该在对管道进行详细调查,获得管道与河流、各级公路、铁路伴行或穿越的情况;管道距离村庄、学校、工厂的情况;管道沿线的土壤情况,管道沿线的地表占压,农民耕作情况;管道沿线地质灾害的情况;管道沿线是否有同沟铺设的光缆及光缆的成缆方式。在完成管道沿线情况分析之后,根据管道需要保护的情况结合制定管道的安全预警方案。
3 油气管道输送技术的发展与展望
进入21世纪以来,随着中国东部和西部地区油气田的进一步开发和国外油气资源的引进,我国的油气管道输送技术有了很大的发展,本论文对于管道输送安全技术进行了详细的分析与总结。对于管道的安全防护技术,我们也期待着防治技术能够更加完善,减少人员伤亡,更好的实现油气管道的运输。随着油气管道输送技术的发展,也有不断涌现的新技术,其中包括多相混输技术,高凝原油储存技术及石油物流配送方法等,我们期待着越来越多的油气管道技术的涌现,实现管道技术的长足发展。
关键词:天然气产业; 运营油;气管道
引言:长输管道是天然气长距离连续运输所依附的系统,其不需要常规的运输工具和设备,即可迅速、有效、大规模的将天然气运输到目的地,天然气长输管道输配系统已由单气源、单管不加压的输送方式演变为多气源、多管、多个加压站输送,生产运行工艺更加复杂。天然气的产供销是由采气、净化、输气和供气等环节组成的,长输管道作为这个系统的中间环节,必须协调好上下游的关系,因此操作管理更为复杂,而且担负一城市或地区的供气任务,涉及国计民生和千家万户,一旦发生事故将造成很大的经济损失和社会影响,因此必须保证其安全平稳、连续可靠运行
1.中国石油的天然气与管道业务
中国石油天然气股份公司(简称“中国石油”)是中国最大的天然气生产商和管道运营商。截至2003年底,中国石油的探明天然气储量为3.04万亿立方米,占全国天然气探明储量的79%;中国石油2004年的国内天然气产量预计为280亿立方米,占全国总产量的73%以上。中国石油投入运营和正在建设的天然气主干管道超过2万千米,包括横贯中国东西方向的西气东输管道、为北京及华北地区供气的陕京线和陕京二线、川气东输的忠武管道、将柴达木盆地天然气输送到银川和兰州的涩宁兰管道等。中国石油的天然气供应给中国25个省、直辖市、自治区,中国石油高度重视这一神圣职责。
天然气长输管道是天然气产业中的一个重要环节,管道建设为天然气市场发展奠定了基础,同时又受到天然气市场发展的不断推动。随着天然气市场需求的增长,天然气管道也必将获得更大规模的发展。
2.油气管道运输安全问题
天然气管道运输安全主要涉及3个方面:①公共安全。防止由于油气管道发生事故引起次生灾害和损失。②管道自身的安全。防止管道遭受外来侵害、自然灾害、管道建设质量等因素造成的损害。③确保正常的市场供应。防止发生由于油气供应中断或供应不足所带来的社会问题。
天然气管道的运输安全问题主要表现在以下方面。
2.1打孔盗油盗气犯罪行为对管道运行造成严重破坏
2.2对管道的非法占压和周围施工
2.3自然灾害的破坏
2.4犯罪分子的故意破坏
恐怖袭击和故意破坏成为影响管道安全的潜在因素,已成为国际共同关注的问题。
2.5管道自身缺陷和误操作
可能的材料缺陷和施工质量不合格,例如管道母材质量不合格、焊接技术原因等;施工工程对管道造成损坏,如管道防腐层被破坏、管道表面受冲击产生刻痕等;管道内外腐蚀,如防腐层破损等(老管道尤为突出);管道运行过程中的操作失误,如管道阴极保护失效、输油管道误操作造成水击破坏等。
2.6市场供应的保安问题
中国天然气管道建设正处于起步阶段,管道尚未连成全国性网络,储气库和其它保安设施正在规划建设中,大多数城市和工业用户都是依靠单一气源和单一管道供应天然气。·全国天然气管网的优化完善和加快连接已成为政府和中国石油所关注的一个重点问题。
2.7天然气资源供应的保障问题
3.油气管道安全问题的防治措施
油气管道运输安全不仅是经济问题,也是社会和政治问题。油气管道运输安全不仅是企业的事情,也是政府和全社会应该重视的重要问题。做好油气管道安全工作,应树立“以人为本、安全第一、预防为主、油地结合”的理念,建立健全油气管道保护长效机制。
3.1.国家完善油气管道保护法规框架和执法体系
3.2.公安部门和地方政府深入开展安全生产专项整治
3.3管道运营公司强化内部安全保卫工作
3.4加强油气管道设计、建设、运营的全过程安全管理
管道完整性管理主要包括:①含缺陷管道本体完整性管理(包括含缺陷管道剩余强度和含缺陷管道剩余寿命预测);②管道地质灾害与周边环境完整性管理;③防腐有效性完整性管理;④输气管网生产运行各专业完整性管理。
完整性管理涉及的重要工作:①对油气管道定期进行智能内检测,对所发现的缺陷进行评价和补强;②加强自然地质条件恶劣地段管道的安全防护,对管道途经地质条件恶劣地段每年进行实地勘测和调查,根据情况实施水工保护等防护措施,水保工程维护率达到100%,重点地段和典型水害全部实现一次根治;③定期进行管道和站场设备的内外防腐检测和评价,强化设备监测、评价和完好率管理;④ 对管网运行工况进行优化模拟和分析。开展水合物抑制、管道泄漏监测等专项课题研究。
4.保障资源供应和市场供应安全(“哑铃式”结构)
加快天然气管道的联网,实现资源灵活调度、化解供气风险、确保供气安全、为国民经济发展和社会稳定提供保障。
积极引入国外天然气资源,充分利用现有基础设施,优化国内市场供需平衡,实现用户的多气源保障。
近年来,通过国家发展改革委员会牵头科学规划和统筹协调,我国天然气长输管网布局得到了优化,管道建设明显加快。建议国家发改委进一步加强这方面的工作,同时加快项目的审批步伐。
5.天然气长输管道企业的运营模式;
天然气长输管道企业管网管理主要是围绕从气源、净化厂经过输配管网、城市燃气管网最终到用户的生产链而进行的。由于目前产气企业和供气企业、长输管网及城市燃气管网大都分开管理。天然气长输企业的管网管理运行主要是由生产调度管理、管网管理和办公管理组成。管网管理主要是实现输配气管网的信息管理,即管网的新建、维护和改造,以及供气用户的管理;办公管理主要是针对公司经营、财务、人事等管理。而生产调度管理作为企业管理的一部分,在天然气长输管道运行企业中有着非常重要的作用,在此我们主要探讨天然气长输管道的调度运行管理。
天然气调度管理作用及要求;天然气生产调度工作就是根据阶段性的生产特点,在组织实施过程中按照企业的销售计划,随时掌握上下游用户的动态变化,集中控制关键和主要环节,协调平衡上、中、下游资源,达到衔接一致,保证管道安全平稳运行,满足下游用户的用气需求为了达到调度的组织、指挥、控制、协调作用,天然气调度必须全面地、动态地、及时地掌握生产运行各方面情况,系统地、合理地、动态地控制和协调生产运行的各环节,达到统一组织、统一指挥的生产目的,确保安全、高效、低耗的完成各项生产目标和任务。因此,现代企业管理要求生产调度工作应遵循:计划性原则;统一性原则;预见性原则;及时性原则。
6.天然气生产调度运行管理
6.1天然气调度的资源管理
(1)上游资源。气田资源包括上游气井的种类、数量、分布、产气能力、净化装置数量和净化能力、上游气田用户及用气量。气井的数量及日均产气能力决定上游资源的贫富程度。气井的种类和分布决定管道增减气量的难易程度和响应时间。净化总处理能力和气田用户用气量决定管道在各个阶段获得资源的难易程度。净化装置的调节能力决定管道波动对净化厂影响的大小。通过了解上游气田资源,研究气田对长输管道的影响及作用,对气源供气方式提出经济、合理的要求,从而实现充分利用上游资源而使管道工艺经济优化运行。(2)管道资源。管道资源包括管道的输气能力、储气能力。管道输气能力取决于管径、长度、气质和起点、终点的压力等情况,但起点压力是影响输气能力的主要因素。管道储气能力决定调峰能力及抗风险能力。(3)下游用户资源。
7.结束语
总之,对于天然气长输管道,在现有资源条件下,合理的利用调度手段,最大限度地挖掘自身潜力提升管道的保障能力,使整个输配气管网上的压力保持最佳的分布和平稳运行,从而为用户提供高质量的供气服务,减少输配气过程中的损失,最大限度延长管道的使用寿命,提高企业的运营效益,是天然气企业的主要任务。
参考文献:
[1]锐.CSR:企业的道德革命大趋势2007.