蘭成渝管道二郎廟滑坡監測研究

劉福臻，劉建平

（1.西南石油大學土木工程與建筑學院，四川成都 610500；2.中國石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

蘭成渝管道二郎廟滑坡監測研究

劉福臻1，劉建平2

（1.西南石油大學土木工程與建筑學院，四川成都 610500；2.中國石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

介紹二郎廟滑坡監測的方法，重點介紹GPS與光纖傳感兩種技術結合所進行的滑坡監測，這樣既克服了GPS時效性不高的缺點，又彌補了光纖傳感測量量程的不足，從而可實現由點到線再到面的滑坡監測，獲得滑坡體較完整的應變信息，使滑坡監測既具有連續性又具有實時性。

滑坡；變形監測；GPS；光纖傳感；管道

1 工程概況

二郎廟滑坡位于四川省江油市二郎廟鎮雷家河村雷家河右岸，滑坡中心處管道里程K662＋750，滑坡前緣直抵雷家河，前緣中心點位于N32°06′6.0″，E105°12′32.5″。前緣高程760 m，后緣高程860 m。滑坡長1 200 m，平均寬650 m，厚30～50 m，坡度約30°，局部較陡，滑坡體積約3 000萬m3，屬巨型滑坡，主滑方向126°，如圖1、圖2所示。

滑坡區降雨充沛，年平均降雨量1 200 mm，且多集中于7～9月，歷史最大月降雨量380 mm，最大日降雨量300 mm。

圖1 二郎廟滑坡全貌

蘭成渝管道在滑坡中前部自北東向南西橫穿該滑坡，橫穿長度800 m，管道埋深約1 m。管道上方設置有擋土墻。

管道外徑508 mm，壁厚7.1 mm，管道所用鋼材為16 Mn鋼，最低屈服強度SMYS值為413 MPa，彈性模量210 GPa。防腐層為3PE，厚度3～5 mm。

西南石油大學和長安大學、蘭成渝管道研究中心在二郎廟滑坡建成了基于光纖光柵傳感技術的監測預警示范工程。目的是研究光纖光柵傳感技術在管道地質災害監測預警的適用性，探索出一套基于光纖光柵的管道自然災害監測預警系統，并對二郎廟滑坡的安全狀態進行預警。采用GPS、鉆孔測斜儀等傳統的滑坡監測手段對光纖光柵的監測結果予以驗證。

監測站于2007年末建成，2008－01－08日采集第一次全面的有效數據，并將其作為監測的零點。其后又于2008－03－19、2008－05－09和2008－05－31采集了三次全面有效的數據。主要分析2008－05－09到2008－05－31間、汶川大地震前后的管體應力變化和滑坡變形情況，并對管道的安全狀況進行預報。

圖2 二郎廟滑坡剖面

2 管道滑坡監測預警系統

2.1 監測系統概述

整個滑坡監測系統由地面GPS監測網［1－3］和傳感光纖裂縫測量［4－5］2部分組成。監測預警預報系統由2大部分組成：現場監測部分和數據采集處理部分。現場監測部分在滑坡和管體設置各類監測儀器；數據采集處理部分自動采集現場部分監測儀器數據，并進行處理，實現自動預警。

滑坡監測包括滑坡變形監測和觸發因素監測，共涉及管體應變監測、GPS地表位移監測等監測措施［6］，見圖3。其中，管體應變監測、管土界面土壓力監測、測斜管應變監測基于光纖光柵技術。

自動采集傳輸分析預報系統包括：自動采集裝置、自動傳輸裝置和數據分析預警系統。為適應快速預警的需要，設置了數據自動采集和遠程傳輸系統。通過光纜將各傳感器的信號引入到設于老鄉家的現場監測站。然后數據通過GPRS網絡傳輸到接收終端，見圖4。

2.2 滑坡表部位移監測

常規滑坡表部位移監測采用GPS系統監測，共設置6處地表位移監測點，監測點中有4個點與測斜儀的孔口位置近似重合，監測點中位置見圖5。各觀測點都埋設強制對中設備。

圖5 滑坡體變形監測點位置

3 監測數據及分析

3.1 滑坡表部GPS位移監測數據及分析

采用美國Trmble 5800 GPS接收儀進行了靜態GPS地表位移監測，監測結果表明，地震后發生了較大變形。2008－05－09至2008－05－31地表變形量見表1。監測結果與鉆孔傾斜儀監測結果基本一致。

表1 二郎廟滑坡地表變形 mm

從表1中可以看出，滑坡整體向東南方向滑動，最大位移量達68 mm。整體上呈現后部變形大，前緣變形小。JC4位于滑坡前緣，有垂直向上的位移，反映出該處存在一定程度鼓脹。滑坡地震期間發生了較大的地表位移，區域不均，5～68 mm不等，滑坡為推移式滑坡，總體呈后緣大、前緣小的趨勢，滑坡前緣有明顯鼓脹變形。

3.2 管體應力光纖監測數據及分析

2008－05－09至2008－05－31，管體應力在地震前后有一定變化，具體數據見表2和圖6。

按照此前對二郎廟滑坡蘭成渝管道可接受應力閾值的計算，一旦傳感器監測到的管體應力變化超過了80 MPa（受拉）和63 MPa（受壓），則認為管道是不安全的。從表2可見，管道目前的應力變化在35.6～－20.7 MPa的范圍內，變化仍然是可接受的。地震期間管體應力有所增加，但幅度不大；管道受到了滑坡的作用，管體累計最大新增應力為35 MPa，仍在可接受范圍內。

表2 管體地震前后附加應力變化量 MPa

圖6 地震前后管體軸向應力變化

3.3 土壓力光纖監測數據及分析

1＃、3＃、4＃、5＃、6＃3個界面推力監測點中土壓力數據見表3及圖7。

表3 管體受到的土壓力監測表 kPa

圖7 3個監測點中土壓力的變化

根據管道埋深1.5 m，土體重度2.0計算，土壓力和由于土體自重產生的土壓力為30 k Pa，顯然，每個監測點的土壓力都超過了該值，多余的壓力由滑坡推擠管道產生。管道受到了滑坡的推擠作用，地震期間滑坡對管道的推力有了顯著增加。

3.4 滑坡深部測斜儀位移監測數據及分析

用活動式鉆孔測斜儀對滑坡深部位移進行了監測。將2008－05－31地震后的監測數據與2008－05－09地震前的數據做了對比，孔口處位移（地表位移）的變化量見表4，深部位移的對比結果見圖8。

表4 地震前后的地表位移變化量 mm

由圖8可見，ZK1位置發生位移較小，ZK2位置在10 m深處發生較大位移，位移量達64 mm，表明滑坡在該處存在明顯滑動面。ZK2在47 m以上，有明顯少量位移，監測孔開始變形的深度均位于基巖面附近（ZK2基巖面深度47 m），表明滑坡變形達到了基－覆界面的深度。地震導致滑坡淺層滑面發育較快，并導致了沿固定滑面的淺層滑動，最大滑動量達68 mm，滑面深度10～15 m。另外滑坡的深層也在發生持續的蠕滑。

4 結 論

對以上數據綜合分析可得以下結論：

1）在地震前滑坡處于緩慢蠕變狀態，地表累計變化量10～20 mm，沒有發生滑動面滑動。

2）地震對滑坡有較大影響，導致滑坡發生了沿明顯滑動面的較大位移，滑動面深度約10～15 m，沿滑面最大滑移量達68 mm；滑坡變形區域不均，滑坡地表變形5～68 mm不等，且呈后緣大、前緣小的趨勢，表明該滑坡為推移式滑坡。滑坡仍在持續深層蠕變，地震期間變形量約10 mm。

3）滑坡的變形推擠管道，管道受到的推力顯著增加，管體新增附加應力也在增加，地震期間最大增量21 MPa。實施監測后最大累積新增附加應力35.6 MPa，仍在應力的可接受范圍內，管道目前處于安全狀態。

4）滑坡在天然狀態下持續蠕變，在有外力影響下會發生沿固定滑動面的較大變形。考慮到滑坡區仍有余震，且即將進入雨季，需密切注意滑坡穩定狀態和管道安全狀態，建議蘭成渝分公司加大該滑坡點的監測密度。

［1］徐紹銓.GPS測量原理及應用［M］.武漢：武漢大學出版社，2003.

［2］薛志宏，衛建東，金新平.GPS在雅礱江卡拉電站滑坡監測中的應用［J］.測繪工程，2007，16（2）：68－71.

［3］孫華，程新文，徐景田，等.基于單頻GPS接收機實施短基線變形監測探討［J］.測繪工程，2009，18（4）：75－78.

［4］丁勇，施斌，崔何亮，等.光纖傳感網絡在邊坡穩定監測中的應用研究［J］.巖土工程學報，2005，27（3）：338－342.

［5］劉元雪，鄭穎人.光纖監測技術及其應用于巖土工程的關鍵問題研究［J］.巖石力學與工程學報，1999，18（5）：585－587.

［6］白迪謀.工程建筑物變形觀測和變形分析［M］.成都：西南交通大學出版社，2002.

Research on Erlang Temple landslide monitoring along Lan－Cheng－Yu Pipeline

LIU Fu－zhen1，LIU Jian－ping2
（1.Shool of Civil Engineering and Architecture，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.China Petroleum Pipeline Research Center，Langfang 065000，China）

The paper introduces Erlang Temple landslide monitoring method and focuses on landslide monitoring based on the combination of GPS and optical fiber sensing technology.This approach not only overcomes the shortcomings of the GPS timeliness that is not high，but also the shortage of the optical fiber sensing measuring range.Landslide monitoring from point to line to plane is realized，and relatively complete landslide strain is obtained.It not only makes landslide monitoring have continuity but also timeliness.

landslide；deformation monitoring；GPS；optical fiber sensing；pipeline

TU196

A

1006－7949（2012）04－0041－04

2011－05－14

劉福臻（1973－），男，副教授.

[責任編輯:張德福］