[发明专利]滑坡对管道影响的监测预警方法和系统

说明书

技术领域

本发明是一种基于光纤光栅的滑坡对管道影响的监测预警方法和系统。涉及 测量应力及管道系统技术领域。

背景技术

滑坡是指构成斜坡的岩土体在重力作用下伴随其下部软弱面上的剪切作用过 程而产生整体运动现象。滑坡灾害是造成人类生命财产损失的地质灾害的主要形 式之一。长距离输油或输气管道输送距离可达数千公里，穿越众多地质地貌单元， 常不可避免地要穿过地质条件复杂的地区，如山区、冻土区等。因为选线的不充 分或管道建设诱发滑坡或地震诱发滑坡等原因，在山区敷设的管道有可能在活动 滑坡体内通过，管道的安全运营遭受这些活动滑坡的严重威胁。这些有可能要威 胁管道安全的滑坡称之为管道滑坡。

在过去四十年的管道运输历史中，以滑坡为主的地质灾害曾多次造成管道事 故。欧洲天然气管道事故数据小组(EGIG)调查的1970年到2001年的西欧管道 事故中，7％是由地质灾害导致的；美国交通部统计的1984年到2001天然气输送 数据表明，8.5％的事故是由地质灾害引起的；加拿大国家能源委员会调查显示影 响加拿大运营的管道事故的12％是地质灾害导致的。1987年3月由地震导致的巨 型滑坡使横贯厄瓜多尔管道发生40km长的断裂，停输两个星期，经济损失达7 亿美元。1995年及1996年冬天，由于华盛顿西部的特强降雨诱发滑坡，导致美 国西北输气管线三处管道发生断裂。

我国的管道工业正处在蓬勃发展之中，这些管道大多将我国西部丰富的石油 天然气输送到我国的东部，而我国的西部、西南部集中了我国大多数山地，管道 就不可避免地要穿越地质灾害严重地区。忠武输气管道忠县-宜昌409公里段处于 渝东鄂西山区，山峰层峦叠嶂、高差显著，地形、地质条件复杂，发育有多组地 质灾害易发岩层，是滑坡、危岩崩塌的频发地段。2003年建成投产的兰成渝成品 油管道兰州至广元段，构造活跃，岩性破碎，地形切割发育，投产后投入巨资用 于地质灾害防治，但2007年的调查显示威胁管道安全的地质灾害仍有530处之多。 西气东输工程干线总长约4000公里，遭受各种地质灾害严重威胁，其中查明的滑 坡灾害达39处之多。

面对众多的管道滑坡灾害，我国的管道运营公司经常采取积极的工程治理措 施，但这些措施也存在一些的弊端，首先是成本高，其次是防治工程也并非“一 劳永逸”，设计施工的不确定因素较多，再者治理的周期长。而监测则是一种高效、 低成本的防治措施。意大利SNAM公司将监测管道作为防治滑坡灾害的主要方式， 他们对管道进行了长达三十年的监测，成功避免了大量的管道事故。我国的西气 东输、忠武线等管道投产后对滑坡也进行有效的监测。

传统的滑坡深部位移监测主要采用多点位移计或钻孔测斜仪，表部变形采用 全站仪或GPS手段，这些方法的实时性都较差，难以满足滑坡监测长期实时的要 求。传统的管道应变监测以电阻式应变计、振弦式应变计为主，在耐腐蚀、抗干 扰方面较差，稳定性也难以满足要求。近年兴起的分布式光纤传感技术(以BOTDR 为代表)在滑坡或管道监测已有一定的应用。

分布式光纤技术已应用于监测滑坡变形，有两种方式。一种是不选任何物体 作为载体，光纤直接感受土体的变形，因为土体颗粒松散且容易大变形，这样光 纤很难与土体协调变形，且局部土体的大变形容易破坏光纤。另一种方式是选构 筑体作为载体，通过监测构筑体的变形间接反映滑坡的变形。通常的方法是选滑 坡治理工程的构筑物作为载体，这种方法一般应用于滑坡治理工程的效果监测； 另外的方法是选取滑坡体上的已有的其他构筑物(如自上而下的阶梯)作为变形 载体，这种方法可操作性强，但监测结果难以定量计算变形。

目前的这些监测方式均局限于对滑坡(致灾体)或管道(承灾体)进行独立 监测，还未对滑坡及其影响下的管道进行系统的联合监测。联合监测不仅能判断 滑坡的活动情况、发育发展规律、破坏机理，还能查明滑坡对管道的影响方式和 程度，更重要的是能掌握钢质管道的应力位移变化规律，判断管道的安全等级。 综合以上的信息，就能对管道滑坡进行安全预警，提前预报管道的危险状态，为 减灾方案的设计实施提供依据。联合监测代表了管道滑坡监测的趋势。

发明内容

本发明的目的是发明一种空间分辨率高、成本低的滑坡对管道影响的监测预 警方法和系统。