油气管道穿越工程勘察技术

油气管道穿越工程勘察技术周亮臣近年来，我国油气管道建设面临着有史以来的最佳时期。

继西气东输管道、西部原油管道相继投产之后，目前，兰州—郑州—长沙成品油管道正在紧锣密鼓地开展勘察工作。

与此同时，又有两项宏伟工程将要面世，（二1、穿越河段的选择油气管道需要通过江河湖海（湾）时，从安全出发，大都采取穿越方式通过，很少采取跨越方式。

西气东输在中卫通过黄河，采取跨越方式，曾经是当地一道风景线，日前听说要改用隧道穿越方式以确保安全。

穿越河段应选在河道顺直、河床及两岸均稳定的河段。

宜避开下列河段：（1）河道弯曲、经常改道的河段；（2）河床冲淤变幅大的河段；（3）岸坡区岩石松软、不良地质现象发育且对穿越工程稳定性有直接危害或潜在威胁的河段；各布2）钻探深度对于沟埋敷设方式，应钻至河床最大冲刷深度以下3～5m。

无冲刷深度资料时，应视河床地层条件而定。

对于粉细砂土河床，钻探深度10～15m；对于中、粗、砾砂河床，钻探深度8～12m；对于卵（砾）石河床，钻探深度6～8m；对于基岩，应钻穿强风化层，当强风化层很厚时，最大深度以10m为限。

对于定向钻穿越方式，钻探深度为设计深度以下3～5m。

对于顶管和盾构方式，钻探深度根据设计要求确定。

3、穿越方式的选择（1）定向钻穿越（不层（粘性土、粉土、砂土等）。

1998年12月，石油管道局承接苏丹输油管道尼罗河穿越，开创了岩石地层中采用定向钻的先河。

穿越河段长达867m，全为岩石地层（砂岩），极限抗压强度近10MPa，经过多次失败的经验总结，历时4个月，终于穿越成功。

近年来，在突破硬岩层方面又有重大突破，2005年5月5日，长吉线松花江穿越，在抗压强度达到100MPa的花岗岩中采用定向钻穿越取得成功。

卵石层厚度。

以往在卵石层中穿越一直是个难题。

主要因为卵石颗粒粗，泥浆难以携带出来，而且卵石层容易坍塌，常卡钻。

随着技术的进步，近年来，在钻进卵石层方面又取得重大突破。

即采用打套管的方式通过卵石层。

即沿管道穿越的入土角（一般为10°）方向把套管顺设计的穿越线中，曾经出现过由于断层角砾岩卡住了钻头，造成钻杆折断重大事故。

2）河床两岸是否有适宜摆放定向钻机的开阔场地。

3）河床两岸是否有不适宜穿越的防洪大堤，定向钻应距离大堤有足够的安全距离（与水利部门协商确定）。

（2）大开挖穿越不带水开挖穿越施工方法是：导流→疏干→开挖施工。

带水开挖穿越施工常用的方法是：爆破成沟，管子同时下沟。

这种大开挖施工的缺点有两个：一是难以达到预定的埋设深度，洪水期间常将管子冲出甚至冲断，大都要返工；二是大开挖施工对环境形成较大的破坏，与当前中石油提出的“安全第一，环保优先，以人为本，和谐发展”的企业精神不相符。

所在隧道工程勘察中，需要采取工程钻探与物探方法相结合，以查清隧道轴线及两侧的地层、地质构造和水文地质条件。

初步勘察钻探点的间距为400～600m，且每条隧道不少于3个钻孔。

详细勘察钻探点的间距为100～200m。

钻孔深度应超过隧道底板3～5m（水下隧道应超过隧道底板10～20m）。

常用的物探方法有：浅层地震剖面法、高密度电法、瞬变电磁波法和地震CT技术，根据现场地形地质条件选用物探方法。

物探方法的优势是：测出的地层剖面是连续的，可以显示断层破碎和软弱夹层。

对物探成果应用钻探验证。

隧道施工方法有：1）钻爆法。

即传统的采用钻眼放炮进行开挖，又称矿山法。

对于倾斜。

施西气东输南京三江口长江盾构穿越工程。

由台湾中鼎公司施工，采用泥水平衡式盾构掘进机。

隧道全长1992m，隧道直径4.4m，净内径2.8m。

南岩出发井（断面15×7.5m）井深15.19m，北岸到达井（断面15×7.5m）井深21.64m，地层主要为卵石层（夹粘土）、钙质粉、细砂岩。

施工中发现地质勘察资料同实际情况相距甚大，地质资料描述的砾石直径多为20～60mm，实际上发现局部有直径达160～345mm的大卵石和漂石，异常坚硬，严重影响了掘进速度，由每天8m左右降至每天不足1m。

施工周期长达21个月。

吸取的教训也是对地质勘察工作要十分重视，不可掉以轻心。

单纯依靠钻孔不行，还必需挖掘探井，采取原状试样或下入井中认真观察，方可察看清楚。

（长），[2]尚需依靠施工勘察和超前地质预报加以补充和修正。

这是关系到地下洞室掘进速度和施工安全，可以起到指导设计和施工的作用。

”1、超前地质预报的目的[3]（1）通过采用有效的超前探测方法，对隧道掘进掌子面前方岩体的形态规模、发育程度、涌水状况、涌水压力等水文地质条件进行较准确的预报，对地表勘探成果进行校核，从而明察前方地质情况。

（2）探测隧道开挖轮廓线内的地质异常体，评估其对隧道施工安全的危害程度，为施工治理提供必要的依据，做到“有的放矢，有所防、有所备”，并采取有效施工对策，达到安全施工、确保隧道结构及后期运营安全的目的。

质预报距离20m以内。

4、超前地质预报程序首先，在地质勘探调查的基础上，应用TSP预测预报系统进行长距离探测，实现长期超前地质预报；其后，根据TSP系统的预报结果，用超前小口径深孔地质钻探进行前方围岩、地下水变化情况的中距离探测和验证，实现中期超前地质预报；然后，在中长期超前地质预报的基础上，应用地质雷达和红外线探测仪，进行短距离地质探测，实现短期地质预报；最后，在严重不良地质带，利用炮眼探测前方，实现临近地质预报。

可以弥补其它探测方式存在的盲区，提高超前预测预报的精确度。

5、工程实例4371个，3三、油气管道线路工程抗震技术[3]1、抗震设防标准与地震安全性评价油气管道线路通过抗震设防烈度为7度至9度地区，需要进行抗震设计，对设防烈度高于9度或有特殊要求的管道线路工程，以及具有地震地质灾害背景地区的大型穿跨越管道工程，应进行专门研究。

由于长距离输油气管道系重要生命线工程，按照有关规定需要委托中国地震局对全线进行地震安全性评价，其主要内容：（1）查清沿线地震地质条件；（2）查清沿线发震构造，进行地震危险性分析；（3）查清沿线分布的主要断裂及其活动性评价；管道场地土可分为坚硬场地土、中等场地土和软弱场地土。

场地土特征参数可按表2取值。

表2 场地土特征参数甲级：200～300m；乙级：300～500m；丙级：500～1000m。

详细勘察的勘探深度：应达到管沟底面以下1m。

对重要区段，应有代表性地布置钻孔（数量不少于3个），钻孔深度应达到15m或至坚硬土层顶面，并测出剪切波速和给出特征周期。

对于线路经过抗震设防烈度等于或大于7度地段，当管道沿线7.0m深度内有饱和砂土和粉土时，应通过钻探、试验进行饱和土的地震液化判别。

3、全新活动断裂与发震断裂[2]全新活动断裂为在全新地质时期（一万年）内有过地震活动或近期正。

管7，8，9度地震烈度区的总长度分别为140km，50km及25km。

在唐山地震中共有四处损坏，均发生于管道与活动断层相交的部位。

第一处为距首站约95km的管道跨越滦河处。

此处的管道是支撑在滦河公路桥墩上。

地震时该桥倒塌23孔，桥面呈锯齿状起伏，管道拉断，原油流出，污染了河流。

该处为9度烈度区，管道跨越长度约850m。

第二处为第一加热站站内管道。

该处直线段出现一处漏油。

第三处为第二泵站与第三加热站之间的直线管段，此处产生一个皱折，使管子直径减少2/5，并在皱折部位产生裂缝2处，长度分别为100mm和200mm，裂缝最宽为40mm。

第四处在第二泵站以西6km。

此处管道作10º水平弯曲，曲率半径500m。

地震时在内侧发现4条皱折，皱折间距30mm，皱折最深80mm，裂口长40mm，宽度（16气外喷引起火灾被烧毁；新泻地震时，12口天然气井全部毁坏，引起火灾。

1933年美国加利福尼亚朗皮切地震，由于煤气管道破坏造成7起火灾。

1952年加利福尼亚寇恩地震时，由于炼油厂高压油管断裂引起爆炸，波及两个球形乙烷储罐，发生爆炸导致大火。

1975年我国辽南海城地震，营口市震后火灾高达一天36次。

由上述可见，地震对油气管道造成的破坏极为严重。

5、通过活动断裂带的抗震措施[5]通过调研和收集资料，管道通过活动断裂带的抗震工程措施如下。

（1）管道采取支架架空敷设、铺设滑轨进行地面敷设措施来实现管道的抗震。

美国阿拉斯加管道在设计时应用了这些抗震措施，使其经受住了管），（8）穿越断裂带影响区范围内增加管道壁厚度，增强其抗震性能。

根据地震勘察得到的数据进行计算，局部增加管道的壁厚。

（9）对通过断层两侧一定范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，以增加管道柔性。

（10）结合全线阀室设置的需要，在活动断裂两侧的管道适当位置设置线路截断阀室，降低管道事故发生破裂后的天然气损失和造成其它次生灾害。

6、工程实例[5]西气东输冀宁管道工程，北接陕京二线河北安平分输站，南接西气东输青山分输站，线路全长910km。

管道穿越的断裂18条，根据中国地震局行设防，根据分析，北盘上升，南盘下降，为此本方案用斜坡管沟进行敷设，具体敷设断面见图1。

注：本图尺寸单位为mm图1 管道穿越断裂带立面图3）对通过断层两侧一定范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，以增加管道柔性。

4）结合全线阀室设置，在活动断裂北侧利用曲阜分输站，南侧设有线路截断阀室实现在事故状态下的管道截断，降低管道事故发生破裂后的天然气损失和造成其它次生灾害。

（5）通过断裂带的管道焊缝100%X射线检查。

证管道更安全，设计考虑斜坡管沟进行敷设的方案，具体敷设断面见图2。

注：本图尺寸单位为mm图2 管道穿越断裂带立面图3）穿越断裂带影响区（活动断裂带两侧各800m）管道壁厚采用18.4mm，增强其抗震性能。

4）对通过断面两侧各800m范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，以增加管道柔性。

5）结合全线阀室设置，在活动断裂东侧设有宿迁分输站，在西侧3km 的杨圩设有线路截断阀室，以降低管道事故发生破裂后的天然气损失和造成其它次生灾害。

6）通过断裂带的管道焊缝100%X射线检查。

泽、辛集地震多发区的监测，并在局部监测区组成地震动强度（烈度）速报子系统。

子系统以GIS软件为开发平台，建立地震动强度（烈度）速报发布系统。

当地震动强度（烈度）速报子系统监控范围内发生5级以上地震时，可在10分钟内对地震影响场进行地震动强度（烈度）速报，为破坏性地震时输气管线工程的震害快速评估和应急决策提供依据。

参考文献[1] 国家发展和改革委员会. 油气田及管道岩土工程勘察规范(SY/T0053-2004).北京:石油工业出版社. 2004.[2] 中华人民共和国建设部. 岩土工程勘察规范(GB50021-2001). 北京:中国建筑工业出版社. 2002.(。