編者按：復雜地質(zhì)條件下地質(zhì)災害往往孕育、發(fā)展于管道的全生命周期。盡管地質(zhì)災害只是影響管道全生命周期安全因素的諸多因素之一，但是由于其發(fā)生、發(fā)展的不確定性和突發(fā)性，風險和破壞程度的難以預測性，以及后果的嚴重性，成為管道安全建設和運營的重大安全威脅。

隨著管道建設的發(fā)展，管線不斷向自然條件惡劣、包括復雜地質(zhì)條件地區(qū)延伸，如何在規(guī)劃建設階段（規(guī)劃、選定線、設計、施工）識別、繞避、防治地質(zhì)災害，在管道服役期對地質(zhì)災害進行風險分析和管理。帶著這些問題，《管道保護》主編朱行之采訪了中國科學院成都山地災害研究所趙宇研究員。

問： 什么是復雜地質(zhì)條件？在役管道地質(zhì)災害類型和發(fā)育程度主要由什么因素決定？

答： 復雜地質(zhì)條件是指所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育（如處于深大斷裂帶及其附近）、地層中巖性軟弱（如以泥巖、頁巖、千枚巖、板巖等為主或濕陷性黃土、結(jié)構(gòu)性軟黏土分布范圍大）、新構(gòu)造運動強烈(地震活躍且烈度高)、巖溶發(fā)育、斜坡重力作用強烈等，這些因素常常并存疊加，是地質(zhì)災害的高發(fā)、易發(fā)地區(qū)。

在役管道地質(zhì)災害類型和發(fā)育程度取決于其所處的地質(zhì)地貌、地層巖性、氣象、水文等環(huán)境條件的影響，同時也受管道施工敷設方式、管道埋深等因素影響。如中緬管道地質(zhì)災害類型主要以滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷、水毀等為主；青藏地區(qū)格拉管道主要發(fā)育多年凍土、凍融泥流等災種；穿越黃土高原、秦嶺山區(qū)的蘭成渝、陜京線、蘭鄭長管道則主要受黃土滑坡、泥石流、地面塌陷和水毀等災害威脅。

由于工程擾動，在役管道運營3―5年內(nèi)地質(zhì)災害會呈高發(fā)態(tài)勢，然后逐漸達到平穩(wěn)。若遇到強烈地震、極端氣候、大規(guī)模人工活動等造成管道沿線地質(zhì)環(huán)境發(fā)生較大變化時，地質(zhì)災害可能再次進入多發(fā)期，加大在役管道安全風險。

2010年是本世紀以來我國氣候最為異常的一年，該年旱澇災害交替，強降水事件頻繁發(fā)生、強度之大和范圍之廣為歷史罕見。據(jù)統(tǒng)計， 2010年的強降雨使投產(chǎn)6年的忠武輸氣管道地質(zhì)災害增加了226%，水毀占總災害比例從2005年的45%增加到88%；投產(chǎn)8年的蘭成渝原油管道地質(zhì)災害增加了141%，水毀災害比例從27%增加到37%；投產(chǎn)9年的澀寧蘭輸氣管道地質(zhì)災害增加了279%（圖 1）。

圖 1  忠武管道2010榔坪河水毀露管

問： 復雜地質(zhì)條件下，管道選定線應該遵循的基本原則是什么?

答： 復雜地質(zhì)條件下，管道選定線應該優(yōu)先考慮地質(zhì)因素，即遵循“地質(zhì)優(yōu)先”的原則。“地質(zhì)優(yōu)先”是指在選位定線時首先考慮線路走向的區(qū)域地質(zhì)背景、深大斷裂分布、新構(gòu)造運動強度、區(qū)域巖性條件、地表外動力地質(zhì)作用方式等，盡量避開地質(zhì)災害易發(fā)、高發(fā)區(qū)，把繞避大型地質(zhì)災害點作為選定線的首要控制因素。

正確的選定線是管道減災防災工作的基礎，既決定了管道的建設和運營成本，也決定了未來管道減災防災工作量。復雜地質(zhì)條件下，越嶺選線和河谷選線十分關鍵，其好壞基本決定了線路的優(yōu)劣，是整個線路的關鍵控制性工程。越嶺位置要盡量避開地質(zhì)災害或地質(zhì)災害隱患點，大型山嶺的穿越要綜合考慮宏觀地質(zhì)構(gòu)造和局部地質(zhì)條件，在盡量繞避或者大角度穿越高地震斷裂帶、地形激變帶時，盡量避開大型滑坡和滑坡連續(xù)分布地段，巖層順傾地段和厚層堆積層地段，避免施工開挖造成新的滑坡和危巖崩塌（圖 2、圖 3）。

越嶺方案可選擇隧道穿越、路塹開挖和沿山脊敷設，但是要注意避免長隧道、深挖塹，沿長陡坡敷設時要適當控制其坡度和長度，減少施工對環(huán)境的破壞和影響。

山區(qū)河谷地段地勢陡峻，彎多溝窄，地質(zhì)復雜， 不良地質(zhì)地段較多，對施工及運營均不利，是選線的重點和難點。線路的左右岸擺線和穿跨越出入口的確定，要根據(jù)峽谷自然地形、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)特征及建筑物的分布情況，選擇有利的一岸，盡量繞避不良地質(zhì)地段。

問： 我國目前管道選定線常見的有哪些問題？

答： 我國目前選定線存在的問題主要包括只注意經(jīng)濟效益，不考慮地質(zhì)條件；只注意局部地質(zhì)條件，不注意全線路地質(zhì)背景；對線路存在的地質(zhì)災害的潛在威脅認識不足。

某線性工程選線時只注重局部地質(zhì)條件的分析而忽略了對區(qū)域地質(zhì)背景的把握，線路沿大的斷裂破碎帶敷設，致使線路建成后災害不斷，給其安全運營造成嚴重的威脅和巨大的經(jīng)濟損失。再如蘭成渝管道萬家大梁隧道出口位置選擇不當，導致滑坡對運營管道產(chǎn)生嚴重危害（圖 4）。

圖 4  隧道口管道施工形成滑坡

選定線過程中正確的做法是要始終抓住主要矛盾，重視大的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)歷史沉積環(huán)境變化，根據(jù)宏觀區(qū)域地質(zhì)背景確定線路大的走向，繞避具有區(qū)域控制性的高地震斷裂帶和破碎帶，再結(jié)合具體災害點的小微地形地貌和地層巖性進行分析對比，根據(jù)管道靈活、易損的特點，選位布線可以做一些小范圍調(diào)整，繞避局部災害。

問： 滑坡、崩塌對管道的危害方式有哪些？滑坡崩塌地區(qū)管道選定線應注意的問題有哪些？

答： 從原則上講，管道線路不應通過滑坡地帶，輸油氣管道在選線時應盡可能避開災害區(qū)域。但由于地質(zhì)條件的復雜以及各種影響因素的不可預知性，管道不可避免地受到滑坡的威脅。滑坡災害發(fā)生時，管道因承受運動物質(zhì)的巨大拖曳力，而發(fā)生彎曲變形、拉裂甚至整體斷裂等失效；緩慢滑坡可能導致管道大范圍彎曲變形，突發(fā)滑坡則常常造成管道瞬間失穩(wěn)。管道損壞輕者使管道架空，嚴重的可以使管道斷裂，并且災害的長度有時可達幾十米甚至上百米。管線的泄漏或破壞不僅能立即導致火災和爆炸，而且對環(huán)境也會產(chǎn)生長期的影響，造成巨大的經(jīng)濟損失。

鑒于滑坡、崩塌地質(zhì)災害帶來的巨大威脅，因而管線在通過這些地區(qū)時應慎重選線并應該加強相關設計工作。在滑坡崩塌區(qū)管道的建設是以繞避為主，在難以改線的情況下，重視對滑坡、崩塌地區(qū)的風險識別與監(jiān)測，并采取相應的防治措施，預防和減緩災害對管道的破壞程度。

問： 滑坡崩塌地區(qū)管道防護措施有哪些？

答： 目前，對滑坡的治理主要是從以下幾方面入手：一種是攔、排水措施，通過在滑坡體周圍設置攔排水溝，減少雨水的入滲，提高滑坡穩(wěn)定性；另一種是抗滑、支擋措施，通過設置支擋結(jié)構(gòu)從而提高滑坡的穩(wěn)定性；還有就是滑帶土改良措施，此法通過化學方法改變滑帶土的物理力學性質(zhì)而提高滑坡穩(wěn)定性；其他的治理方法還有減壓反重等。以上各種方法從根本上來說是減小下滑力或者是提高抗滑力，最終結(jié)果都是提高滑坡的穩(wěn)定性，減小滑坡對管道的推力作用，從而保證管道的安全運行。

在崩塌地區(qū)采取的措施一是治理崩塌危巖體，減小其發(fā)生可能性，從而可以保證管道安全；另一種就是對管道采取防護措施，通過降低崩塌落石對管道的沖擊力確保管道安全，最為常見的是加大管道埋深和在管道上部堆放沙袋，當崩塌落石沖擊管道時，達到有效地吸收沖擊能量的目的。

問： 河 （ 溝 ） 道 水 毀 （ 含 洪 水 、 泥 流 、 泥 石流）危害方式分為幾種？河（溝）道水毀的防治措施包括哪幾類？

答： 河（溝）道水毀危害方式可劃分為河（溝）床沖刷下切、河（溝）床淤（堆）積和岸坡側(cè)蝕坍塌三種類型。河（溝）道泥流、泥石流對管道的危害方式分為漂管、懸空、推移和撞擊四類，可能造成管道及光纜裸露懸空，屈曲、爆炸等，嚴重影響管道的安全運行。

河（溝）道水毀的防治措施包括： 對水流沖刷暴露的管道可采用石籠或鋼管樁等臨時穩(wěn)管加固；對順河床段和穿越河流段因水流沖刷已經(jīng)暴露的管道應采用漿砌石或混凝土過水面進行管道防護；對水流持續(xù)沖刷下切的穿越河段，可在下游修筑谷坊、漿砌石或混凝土地下防沖墻等進行防護，同時應采用擋墻、護岸等措施護岸。如果溝道沖刷物中裹挾有較大的石塊，還應采取一些防撞擊措施，如管道外包砼或漿砌石護底等。

新疆庫米什山谷地區(qū)，沿山谷敷設的管道和壓重塊都被泥石流巨大的推浮力推浮到地表，造成防腐層破壞及形成管道表面缺陷（圖 5、圖 6）。

問： 管道河（溝）道水毀治理工程存在哪些突出問題？

答： 泥石流的防治措施包括攔擋排疏等工程，在設計攔沙壩時，除考慮壩的穩(wěn)定性外，還應該注意其疏水功能，否則可能會引起壩肩掏蝕，使防治工程失敗（圖 7）。

圖 7 泥石流攔砂壩治理工程存在問題

當管道和泥石流“伴行”時，要考慮泥石流的側(cè)向侵蝕，因為泥石流沿彎曲溝道運動時速度快、慣性大，在彎道凹岸處有顯著的彎道超高現(xiàn)象。行進中的泥石流若突然受陡壁阻擋，會在凹岸底部產(chǎn) 生強大的環(huán)流，對凹岸產(chǎn)生極大的破壞力（圖 8），攔沙壩設計不當造成管道基礎不均勻沉降（圖 9），所以，泥石流排導溝槽要增加防掏蝕和沖擊的措施。 

問： 管道地質(zhì)災害可以通過監(jiān)測提前預警嗎？

答： 管道地質(zhì)災害可以通過監(jiān)測提前預警，但是由于地質(zhì)災害成災因素具有隨機性和不確定性，造成了其監(jiān)測預警的困難。實踐中，針對具有蠕變特點的漸變型滑坡可以通過對斜坡整體變形趨勢和降雨量等參數(shù)綜合分析進行監(jiān)測預警。但目前對于突發(fā)性、以及人力尚難以企及的高位高陡邊坡、高位危巖崩塌仍然難以實現(xiàn)有效監(jiān)測預警。

問： 管道地質(zhì)災害監(jiān)測預警方案制訂應該注意什么問題？

答： 管道地質(zhì)災害監(jiān)測預警方案包括監(jiān)測點的選擇、監(jiān)測線和監(jiān)測網(wǎng)的確定、監(jiān)測設備及參數(shù)的選型、通訊與能源供給方式、監(jiān)測預警系統(tǒng)平臺、預警模型與預警閾值、報警方式等。不同類型管道地質(zhì)災害由于其發(fā)生機理、演化規(guī)律不同，所以其監(jiān)測預警方案也不盡相同。

需要特別強調(diào)指出的是，管道地質(zhì)災害的監(jiān)測預警不是只靠高新技術的堆砌就能解決問題。對災害發(fā)展趨勢的正確評估和預測，是建立在監(jiān)測分析人員扎實的專業(yè)基礎、認真負責的工作態(tài)度和豐富的實踐經(jīng)驗基礎上，只有對災害機理及其發(fā)展規(guī)律的深刻把握，對施工點地質(zhì)資料的詳細分析，才能做到心中有數(shù)，判斷準確。

簡介：趙宇，女，1962年出生，理學博士（中國科學院大學研究生院），研究員（教授級高級工程師），國際土力學及巖土工程學會會員、甘肅省管道保護協(xié)會理事、《管道保護》編委。民建四川省政策研究委委員，民建中央資源環(huán)境委委員。 1984、 1993年本、碩畢業(yè)于重慶大學巖土工程專業(yè)， 1985―1990年任教西南科技大學。 1993年入職中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所。 2006、2013、 2015年分別赴美國杜克大學、美國托萊多大學、英國圣安德魯斯大學進行高訪和合作研究。歷任助教、助研、副研、研究員（教授級高級工程師）。多年來致力于滑面形成、巖土跨尺度破壞機理創(chuàng)新實驗研究，積極參與生命線工程減災防災理論和技術研發(fā)。作為外委技術負責單位PI主持編定具有自主知識產(chǎn)權（專利，軟件、關鍵核心技術）的“管道工程特殊地段選定線及勘察指南（巖溶、采空、滑坡（崩塌）、崩塌、泥石流、軟土各1套）”“管道工程特殊地段基于應變設計指南”成套技術（巖溶、采空、滑坡（崩塌）、泥石流、軟土、地震各1冊）。