肖霄

國家管網集團華南公司

摘要：我國油氣管道沿線地質環境復雜，地質災害風險防控難度大，亟需探討科學有效的管控方法。初步探索出適用于管道的無人機巡線技術，以及地質災害無人機定點遙感監測、管道應變監測等手段，通過空地結合監測預警，為地質災害風險管控和制定應急處置決策提供依據。

關鍵詞：管道地質災害；無人機巡檢；定點遙感監測；應變監測

我國油氣管道多沿山體、等高線敷設，地質災害風險管控難度大，一旦發生事故，極易造成重大人員傷亡、環境污染和經濟損失，迫切需要科學合理的手段進行有效防控。探討空地結合監測預警實現風險管控對保障管道安全平穩運行具有重要意義。

1  基于空地結合的管道地質災害風險管控

在確定地質災害發育程度，地質災害危害程度基礎上，綜合判定管道地質災害風險程度與管控等級，并提出應急處置、風險管控對策，為管道安全運維提供決策依據（圖 1）。

圖 1 基于空地結合的管道地質災害風險管控體系

1.1  無人機巡線系統

將無人機巡線系統進行模塊化設計，通過無人機和傳感設備的選型搭配，構建集無人機多源數據采集、巡線目標任務分級方案、飛行方案規劃、巡檢成果應用于一體的無人機模塊化巡線系統（圖 2），解決了飛巡定位（遠程目標點位精確）、定向（復雜管線走向循跡）、定高（適應復雜地形目標任務的安全作業高度）等飛控難題。

圖 2 無人機巡線系統

無人機巡線系統由多旋翼無人機、巡檢Web系統、服務器、定制定位設備、SIM卡、數據庫軟件、通訊服務、系統服務等組成。可完成管道日常高效巡視監測，快速處置突發管道地質災害事件，實現管道災害的風險管控。

1.2  無人機空中定點遙感監測

利用多旋翼無人機進行空中定點遙感監測，并對無人機遙感影像資料進行處理，查明管道周邊地質環境是否具備地質災害的成災條件，確認工程擾動的范圍和強度，是否誘發地質災害。在此基礎上，確定隱患問題的類型和發生條件及對管道的影響和危害程度（表 1）。

1.3  管道應變監測

為避免管道在滑坡地質災害地段發生應力集中，誘發安全事故，須開展管道應變監測。采用直接測量法，在管道外表面安裝傳感器測量應變。

如圖 3所示，在管道外壁A、B、C 3個監測點安裝應變計測量各點應變值，即可計算管道截面內任意點的應變值大小，由胡克定律，計算得到監測截面的最大應力值。據此可長期監測管道截面實時應力大小及變化趨勢。按照QSY 1672―2014《管道滑坡災害監測規范》，將管道地質災害風險分為藍色、黃色、紅色三個等級預警，對應的管道附加應力達到管道拉（壓）應力允許值分別為30%、60%、90%。

圖 3 管道應變計安裝位置示意圖

對于管道災害規模較大、災害變形特征不明顯、對管道的影響難以確定的災害點，通過安裝在管道上的應變傳感器，監測特定部位管道應變，佐證地質災害對管道的影響程度。

2  應用案例

某管道敷設于桐梓縣貓頭山區ZY074+500米斜坡變形處，經勘探確認，管道上方斜坡發育為長70 m、寬80 m、前后緣最大高差約25 m的淺表層土質滑坡。不穩定斜坡平均坡度為24°，四周相對較高，地貌上為淺型凹地，具有較好的匯水條件。斜坡體表面堆積層覆蓋，結構松散，基巖結構面與斜坡坡面斜交。

2017年8月6日，桐梓縣貓頭山地區大雨過后，對該斜坡變形地段管道開展無人機巡線發現，管段斜坡有變形跡象，在管道所在斜坡上方出現多條裂縫，具有滑坡發生的條件。滑坡特征及影像特征如圖 4、圖 5所示。

圖 4 滑坡影像特征

圖 5 貓頭山滑坡全貌

受災段管道安裝3組管道軸向應力監測截面（X1、X2、X3）、2套管道地質災害野外監測樁（圖 6，用于數據回傳），其中 X1監測截面在23和24道擋墻之間，X2在18和19道擋墻之間變形最為強烈位置，X3在15和16道擋墻之間。如圖 7所示。

圖 6 管道野外監測樁

圖 7 管道監測截面布局圖

監測結果分別見表 2和表 3。

基于監測數據分析，綜合地質環境、地層出露和地表裂縫情況，可判斷貓頭山滑坡為牽引式淺層土質滑坡，剪出口位于管道上部。目前滑坡處于基本穩定狀態。如遇暴雨或連續降雨，斜坡土體將富水飽和，導致滑動面強度降低而繼續發生滑動，影響管道安全。

作者簡介：肖霄，1986年生，工程師，搶維修中心（廣東輸油三部）經理助理， 2009年畢業于湖南大學工程管理專業，現主要從事油氣管道完整性、地質災害及管道保護管理工作。13922271023，184264134@qq.com。