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1、第 28 卷第 11期 油 气 储 运 忠武输气管道山区地质灾害的监测 李 伟 林 ( 中国石油管道公司) 栾 鲁 滨 ( 中国石油天然气管道局离退休职工管理处) 杨 国 荣 ( 中国石油管道公司中原输油气分公司) 张 贵 喜 ( 中国石油管道公司华中输气分公司) 李伟林 栾鲁滨等: 忠武输气管道山区地质灾害的监测 ,油气储运,2009,28( 11)35 39。 摘 要 介绍了地质灾害的几种监测方法,概述了忠武输气管道山区地质灾害监测的实施情 况,包括监测网点的布置与埋设,监测周期、 监测等级和精度的相关规定,给出了数据处理和监测预 报的原则和方法 。对忠武输气管道黄草坡古泥石流堆积体的监测
2、数据进行了分析 ,总结了忠武输 气管道山区地质灾害监测和治理方法,讨论了持续开展地质灾害监测和防治的重要性。 主题词 忠武输气管道 地质灾害 监测 预报 治理 一 、 前 言 忠武输气管道全长 718 km ,其中 410 km 长管 段敷设于渝东至鄂西山区 ,地形起伏变化大, 地层组 合与构造复杂, 气象多变 , 人类工程活动频繁, 属地 质灾害多发区, 因此, 加强地质灾害监测工作, 对不 良地质体布设大地变形监测点和裂缝相对位移监测 设施 ,建立地质灾害监测系统 ,定期对监测点进行观 测,对监测数据进行处理, 分析地质灾害的发展趋 势,编发监测预报,不仅可以确保地处不良地质区域 内的管道
3、 、 道路和居民的生命财产安全 ,随时掌握不 良地质体治理前或施工期以及运行期的变形量 、变 形速率,了解其变形活动特征 ,判断和预测灾害的发 展状况,及时发现异常现象,为地质灾害治理设计和 决策提供科学依据 ,对已治理的地质灾害工程进行 长期监测 ,检验设计与实施方案的正确性,而且还可 为评价防治工程的效果及竣工验收提供必备的基础 资料 ,为今后类似地质灾害的防治提供参考。 二 、 监测方法 1、 宏观地质调查 宏观地质调查采用常规的滑坡、危岩及边坡崩 塌变形形迹追踪地质调查方法 ,进行人工巡视 ,在变 化明显地段设固定点 , 例如挡土墙裂缝位置或定期 实施简易测量的位置; 定期调查管道路线
4、 , 掌握滑 坡 、 危岩及边坡崩塌的变化情况。用数码相机对裂 缝监测点做登记照相和相关记录 。 2、 地表大地变形监测 地表大地变形监测是滑坡、危岩及边坡崩塌监 测的常用方法,目的是获得灾害体的绝对变形位移。 ( 1) GPS 监测方法 全球定位系统( Global Positioning System , GPS) 是由 24 颗等间隔分布在 6 个轨道面上的大约 20 000 km 高度的卫星组成。 在地球的任何地点, 任何时刻, 高度角 15 以上天空 至少能同时观测到 4颗以上的卫星。用户在地面用 接收机接收 4 颗以上卫星发射来的信号 , 测定接收 机天线到卫星的距离 , 就可以计
5、算出接收点的三维 坐标 。近年来 ,我国开发和应用 GPS 定位技术的发 展速度很快, 技术已经成熟 。实践证实 ,GPS 定位 精度达毫米级,可用于滑坡 、 危岩及边坡崩塌的位移 监测。利用 GPS 定位技术进行地质灾害监测的优 点有, 一是可以全天候观测。由于 GPS 卫星数目 多 ,分布合理 ,在任何地点均可连续同步观测到至少 4 颗卫星 , 在我国最多可同时观测到 13 颗卫星, 加 之 GPS 测量不受雨、 雪 、 雾等气候条件的限制, 保障 了全天候连续三维定位 , 对于汛期的崩塌、滑坡、泥 石流等地质灾害的监测非常有利; 二是观测站间无 需通视 。 控制网无需保障良好的几何结构
6、, 可灵活 065000, 河北省廊坊市新开路 408 号; 电话: ( 0316) 2170015。 35 选择点位 ,使监测网的布设更加方便; 三是可以同时 测定监测点的三维位移, 方便快捷 ; 四是易于实现全 系统的自动化, 用户可以方便地将 GPS 变形监测系 统建成无人值守的全自动化系统 ,既可以保证监测 的长期连续进行 ,又可以大幅度降低监测成本 ,提高 监测资料的可靠性; 五是定位精度高。毫米级的定 位精度可满足一般崩滑体变形监测的精度要求 , 通 过增加观测时间和时段数还可以获取更高的监测精 度; 六是可以消除或削弱系统误差的影响。两期变 形监测共同的系统误差虽然会分别影响两期
7、的坐标 值,但不会影响由两期变形监测结果求得的变形量 。 这些系统误差包括接收机天线在监测过程中保持固 定不动时的对中误差 、整平误差 、量取天线高的误 差,监测网中的起始坐标误差 ,数据处理中所用定位 软件本身的不完善以及卫星信号在大气层中的传播 误差( 如电离层延迟、对流层延迟 、多路径误差等) ; 七是 GPS 接收机易于操作 ,人为干扰小 。 ( 2) 测量机器人监测方法 坡度较大且通视条 件较好的变形体( 石马岭变形体) 可采用测量机器人 ( 即 TCA2003 全站仪) 监测 。TCA2003 是目前世界 上测量精度最高的全站仪之一 , 标称测角精度 为0. 5, 标称测距精度 (
8、 1 +10 -6 e)mm , 单棱镜 测程 1. 2 km 。 TCA2003 能够电子整平 、 自动正倒 镜观测、 自动记录观测数据 ; 其独有的 ATR 模式使 全站仪能够自动识别目标 ,若配以专用软件, 可使整 个观测过程在计算机的控制下自动进行 。利用 TCA2003 进行变形监测的主要优点有 ,与手动照准 比较 ,省时省力 ,且无精度损失 ; 观测结果均匀可靠 ; 观测时对光和亮度要求很少, 适用于夜间的无光或 弱光条件 ,可进行 24 h 不间断观测 。 3、 地表裂缝监测 ( 1)观测法 直观性强 、 操作简便、结果可靠有 效,便于与仪器监测配合进行监测数据的综合分析 和比较
9、。具体步骤为 ,一是,建立裂缝标志。对于混 凝土地面 、 条石地面 、 浆砌石挡土墙等坚硬质地部位 的裂缝,建立裂缝监测标志,在裂缝两侧垂直于裂缝 延伸方向用锯片各划出一个“十” 字丝, 并使两 “十”字丝交叉点的间距为整分米数, 记为裂缝初始 测量读数 ,再在两“十”字丝周围分别用红油漆画正 方形 ,圈住“十”字丝 , 形如“田 田” , 最后给裂缝编 号。对于土质地面的裂缝, 可在裂缝两侧垂直于裂 缝延伸方向分别打入一颗铁钉 , 铁钉表面与地面齐 平,使两颗铁钉中心的距离为整分米数, 编号记录 ; 二是, 采集数据 。将钢卷尺的某个整分米刻度对准 一个“十”字丝交叉点或铁钉中心, 卷尺另一
10、端正压 在另一个“十”字丝交叉点或铁钉中心, 读取钢卷尺 两端读数( 以 mm 计) 并相减, 得到裂缝本次测量读 数( bi) 。记录测量时间 t 、初始测量读数 b0、本次测 量读数 bi, 计算裂缝累计位移( Si) 和本次位移 量( S) ,其中 Si=bi-b0, S =bi-bi- 1。 ( 2) 测缝法 采用裂缝伸缩计对灾害体裂缝实 施监测, 掌握裂缝伸缩变化和位错情况 。重点对危 岩体进行裂缝监测 ,监测点选择在裂缝两侧,特别是 主裂缝两侧 。监测点一般两个一组, 测量裂缝张开、 闭合等变化 。测量精度为 0. 01 0 . 1 mm 。 三 、 监测实施 1、 监测网点的布置
11、与埋设 在灾害体以外的稳定区埋设 2 3 个基准点 ,基 准点的选择以安全和易于到达为原则 ,且必须深埋, 以保持点位稳固 ; 同时在附近布设保护点 , 以备检 核 、 恢复之需 。在灾害体内部埋设 6 个变形监测点, 在基岩出露处也可以单独埋设一组岩石标 ,变形监 测的基准网型为大地四边形边角测量控制网。忠武 输气管道七里沟滑坡变 形监测网见图 1 , 图中 TN01QLG 、TN02QLG 及 TN03QLG 为基 准点, LS01QLG 和 LS02QLG 为保护点 , TP/BM01QLG 、 TP/BM02QLG 、 TP/BM03QLG 、 TP/BM04QLG 、 TP/BM05
12、QLG 和 TP/BM06QLG 为监测点 。观测 墩结构见文献 1 。 2、 监测周期 忠武输气管道山区地质灾害监测周期设计为两 个水文 年。 监测时 间间隔 , 雨季( 5 9 月) 为 12 16 天 ,每年 10次 ; 旱季( 1 4 月 、 10 12 月) 为 60 天 ,每年 4 次。雨季监测的时间间隔可灵活掌 握 ,出现强降雨后 ,可随即进行监测, 若逢久旱可适 当延长监测时间间隔。如果监测数据表明滑坡、危 岩有比较明显的变化, 可视情况缩短监测时间间隔, 反之可适当延长监测时间间隔。完成一个监测周期 后 ,根据监测结果 ,确定下一步监测工作。 图 1 七里沟滑坡变形监测网 3
13、6 油 气 储 运 2009 年 3、 监测等级与精度 根据文献 2 、 文献 3 和文献 4 的规定, 结合 工程实际 ,考虑变形测量工作的重复性特点, 按照先 进实用、 简捷可靠及经济的原则,忠武输气管道山区 边坡 GPS 专业监测网采用 C 级,平面点位误差控制 在3 6 mm 。根据文献 2 的规定,平面监测网的 精度等级为 2 3 级 。布设在裂缝、滑带、软弱带上 的相对位移监测点 , 当缝宽或带间距离小于 0 . 5 m 时,相对三维分量 x 、y 和 z 的测量误差不宜超过 0. 2 mm ; 当缝宽或带间距离大于或等于 0. 5 m 时,距离测量相对中误差不宜超过 1/2 50
14、0。带有强 制归心装置的观测墩, 对中误差应小于 0. 2 mm 。 平面监测网的主要精度指标为 ,精度等级为 3 级, 相 邻点位误差必须小于 3. 0 mm , 测角中误差宜小于 1. 8 , 相邻边相对中误差宜小于 1/330 000。 在蠕变和低速变形阶段 , 形变监测点的平面坐 标相邻点位误差不宜超过 6 mm ; 在等速变形、加 速变形和临滑突变阶段, 形变监测点的平面坐标施 测精度不宜低于水平形变速率( 以观测周期为单位) 的 1/5 1/10, 但最高不宜超过6 mm 。在等速变 形、 加速变形和临滑突变阶段 ,形变监测点的高程施 测精度不宜低于垂直形变速率( 以观测周期为单位
15、) 的 1/5 1/10,但最高不宜超过10 mm 。 四 、 数据处理与预报 为获得高精度的起算点坐标 ,可采用跟踪站技 术,即在测区范围内 ,选观测条件相对较好的一点作 为起算点, 将其与相隔较近的永久 GPS 卫星跟踪站 进行联测( 同步观测 12 h 以上) , 采用 GAMIT 软件 或 Bernese 软件和精密星历进行解算 ,结果作为起 算点坐标 。在忠武输气管道完整性管理数据恢复过 程中, 沿管道中心线布设 45 个高精度 GPS 控制点 , 平均 30 km 布设一点。为使用方便和减少观测中 的仪器对中误差 ,每个控制点的天线墩均设置强制 对中基座 ,最终提供北京 1954
16、坐标系、西安 1980 坐 标系和 WGS-84 坐标系下的坐标。 1、 监测点观测 在观测墩上安装天线, 尖头方向指北 。每个时 段观测前后都应在三个不同方向量取天线高, 测量 部位应在观测手簿上绘制略图 。用直角三角尺从天 线基座下表面量至标石中心, 量取的高度值与厂方 指定的平均相位中心至天线基座下表面的高度值相 加即获得天线高 ,每个时段观测前后测得的天线高 之差不得大于 2 mm , 取二者的平均值作为最后结 果 ,记录于手簿中 。每个时段最少观测 2 h 。C 级网 的观测要求应符合如下规定 : 有效观测卫星总数不 少于 6 颗,卫星高度角不小于 15 , 时段内任一卫星 的有效观测时间不少于 15 min , 时段长度不少于 2 h ,观测时段数为 1 ,采样间隔为 15 s。 GPS 滑坡监测采用 GPS 静态相对定位方法。 对某一滑坡体进行监测时, 将 2台 GPS 接收机固定 在滑坡体的基准点; 2 4 台 GPS 接收机安置在
