采用反向干預法對變形管道進行恢復

　　在我國西氣東輸工程中，長輸管道通過礦山開采區(qū)，安全問題較為突出。以山西省為例，由于全省地質環(huán)境復雜，分布著大小不同的各類礦山，大部分存在重復開采的情況。礦山開采易引發(fā)地表的移動與變形、地面塌陷、地裂縫、采動滑移等次生地質災害，對長輸管道的安全威脅嚴重，甚至會導致管道破裂、爆炸、輸氣中斷等危及國家財產和人民群眾生命的事故。此外，管道途經地區(qū)多為山區(qū)，一旦發(fā)生事故，搶修工作難以及時有效開展，易造成事故進一步擴大。由于礦山采空區(qū)段對管道危害性較大，如何通過有效的管理和控制措施降低管道安全風險，成為管道保護工作的重中之重。

明確管理重點

　　做好管道保護工作，首先需要及時、準確地掌握所轄區(qū)段的管道情況，評估各管段風險大小，確定管道保護重點，按照輕重緩急的原則進行治理，應著重開展5個方面的工作。

　　1.管道沿線數據信息采集

　　掌握準確、全面的管道沿線信息是開展管道保護工作的前提。加強管道線路巡護工作，做好管道沿線數據信息的采集整理，首先要堅持日常巡線制度，包括所巡管段內地質、地貌特征，沿線煤礦信息，礦山開采動向，煤礦開采區(qū)附近是否異常，如是否出現地裂縫、滑塌、水位下降、樹木線桿歪斜、動物驚恐等現象。此外，還要及時建立和更新沿線煤礦和采空區(qū)資料，對收集的信息進行整理分析。資料應包括礦井法人、名稱和經營性質、礦井類型、地理位置、規(guī)劃規(guī)模、開采年限、目前開采狀況、井口距管道的垂直距離、采空區(qū)距管道的垂直距離等。

　　其次，根據地質災害評估報告等資料、現場調研及日常巡線掌握的情況，全面梳理所轄管段采空區(qū)狀況，開展對采空區(qū)地表穩(wěn)定性的評價，按照評價結果劃分采空區(qū)風險等級，根據風險等級的不同，制定相應的應急預案。

　　2.對重點管段和異常情況進行監(jiān)測

　　管道保護工作應注重點面結合，突出對重點管段和異常情況的監(jiān)督檢查力度，尤其是加強對采空區(qū)沉陷變形的監(jiān)測。目前常用的測量方法有裂縫測量法、地錨應力測量法、全站儀測程法、管道彈性應變法等多種。其中前兩種方法主要是根據地表變化情況預測對管線應力的影響，而后兩種方法則可對管道本體應力情況進行測量。

　　最簡單且易操作的方法是裂縫測量法，即：在裂縫兩側打樁，使其連線的方向平行于滑動方向，量出兩樁間距變化，這一變化代表了采空區(qū)的發(fā)展態(tài)勢。此種方法精確度較低，跟蹤時效性差，適合地表變形初期，一般可由巡線員完成。若條件允許，也可委托專業(yè)勘察測量單位對采空區(qū)地表進行連續(xù)監(jiān)測，對誘發(fā)沉降的裂縫關鍵點位移進行觀測。此外，推薦對管道本體增設應變片進行監(jiān)測，并與GB50251-2003《輸氣管道工程設計規(guī)范》、SY/T 0450-2004《輸油(氣)鋼質管道抗震設計規(guī)范》等規(guī)定的設計允許值進行比對，此種測量方法已在西氣東輸管道保護實踐中得到應用，并取得良好的效果。

　　3.完善風險較大的采空區(qū)技術檔案

　　治理方案要依靠全面正確的數據資料。在實際工作中，數據收集的工作量較大，難以面面俱到，但風險較高的采空區(qū)還是應該盡量收集資料并建立技術檔案，包括煤礦名稱、企業(yè)性質;各個工作面回采開始、結束的時間;明確詳細的開采方案，包括正常情況下每天回采速度、采煤方法(綜采、高檔普采、普采、房柱式等)、工作面的布置方法(傾斜、走向)、頂班管理方法、下一個工作面準備何時開采;分層開采時，上下分層的開采錯距是多少;煤層底板等高線圖;采空區(qū)形成時間、回采時間;煤層深度、采空深度即是否放頂、采空區(qū)頂部距地表深度等等。

　　4.聘請專家制定管道治理方案

　　管道采空區(qū)治理較為復雜，應聘請有關專家選擇并確定最佳治理方案。治理方法直接關系到造價、工期和管道安全等問題，是治理成功與否的關鍵。要做到有的放矢，在選擇采空區(qū)治理方法時，應遵循在技術上可行、經濟上合理，又能確保管道安全的原則。要詳細調查地形、煤礦的相關資料，認真研究和確定采空區(qū)的類型及沉陷發(fā)展階段，綜合考慮各種方案。

　　5.建立管道保護機制

　　管道保護機制是管道安全的有力保障，取得地方政府的支持，停止管道保護措施實施過程中的煤礦開采，是管道保護措施能否順利實施的條件。因此礦方要與地方政府，安監(jiān)、國土、防汛、河道、武警部隊等部門建立長效管道保護機制，并做好以下工作：

　　在管道下方預留設保安煤柱保護管道安全;建立信息員制度，在市、縣兩級安監(jiān)部門委、沿線煤礦和煤礦所在村選派信息員，收集礦山開采信息;加強對非法礦井的監(jiān)視，與地方執(zhí)法部門共同打擊亂采亂挖、非法開采;建立管線與煤礦相對關系的查詢與應急系統，加強管道保護的宣傳，取得管道沿線人民群眾的支持理解，增加信息獲得渠道。

完善治理方法

　　采空區(qū)的變化是動態(tài)的，它的治理是一項難題，尤其對于天然氣管道來說是一個新的課題。當管道下伏采空區(qū)出現塌陷情況，管道安全存在風險隱患。管道受力接近或達到臨界值時，應對該段管線的下伏采空區(qū)進行治理，采空區(qū)治理方法主要有非注漿法和注漿法。

　　1.非注漿方法及其適用范圍

　　非注漿方法一是開挖回填釋放應力方法。該方法對因沉陷形成地裂縫的管溝采空區(qū)進行開挖，并適當使管道懸空，釋放因沉陷造成的管道上存在的應力后，對管道下方土壤加以夯實，擠密土壤，使密實土托住管道。查明了管道與塌陷的關系后，在管溝周邊填置耐腐蝕的稻草或塑料泡沫，同時留有變形區(qū)間，以適應管道的繼續(xù)變形，然后覆土。對于發(fā)生在雨季前的沉陷，應在雨前用塑料薄膜進行覆蓋，嚴禁雨水灌入裂縫，造成坡體整體失穩(wěn)。此種方法適用于韌性好、允許變形量較大的管道，而對于本體硬度較大的管道治理效果不明顯。

　　二是壓覆減載釋放壓力法。如果采空區(qū)沉陷地表表形移動較為復雜，有時3個方向均發(fā)生較大幅度的移動，甚至會發(fā)生水平方向諸如滑坡等巨大幅度的移動。這種情況多為地表坡度較大，采空區(qū)塌陷誘發(fā)邊坡失穩(wěn)，已經形成多道環(huán)形裂縫，且發(fā)展迅速，坡體移動方向與管道近于垂直，已對管道形成側向推壓。應采取清除管道上方的土體的措施，如果條件允許，還要對滑坡體坡腳實施反壓，因此，此種方法主要用于邊坡失穩(wěn)(滑坡)引起的情況。

　　三是管道反向干預法，是基于采空區(qū)不斷沉陷、不斷治理而提出的。該方法是干預幅度最大、效果最優(yōu)的變形控制措施，主要在基于變形監(jiān)測結果，預測管道綜合變形將趨近甚至超過管道最大容許值時，必須采取的主動措施之一。其關鍵是在管溝開挖、管道露出情況下，運用牽引、舉升等強力手段，給管道以變形移動相反的作用力，強制使管道恢復變形移動前的位置，從而減少或消除管道變形應力。但管道反向干預措施僅適用于采空區(qū)頂板在較長時間內緩慢變形的情況，當地表沉降處于急劇變化期，因時間原因則難以實施管道反向干預。

　　四是干砌方法。干砌方法是在采礦后形成的空洞內，用灰?guī)r或砂巖等片石人工回填砌筑，砌體與洞頂板緊密接觸，使堆砌物起到支撐頂板作用，從而保證采空區(qū)上方覆巖的穩(wěn)定性。該方法主要適用于礦層開采后未完全塌落、空間較大的采空區(qū)，且應具備采空區(qū)內通風良好、易于人工作業(yè)、材料運輸等施工條件，主要用于治理管道下方的采空塌陷區(qū)。

　　五是漿砌方法。這種方法的適用條件與干砌方法基本上相同，它要求堆砌物具有較高的整體強度。該方法主要用于治理有固定墩、穩(wěn)管設施、場站、閥室較重要部位的采空塌陷區(qū)。

　　上述前3種方法為推薦使用的方法，而干砌和漿砌方法需要在管道下方進行人工作業(yè)，鑒于采空區(qū)地質條件的不確定性，存在塌方的可能，施工風險大，因此不建議使用后2種方法。

　　2.注漿方法及其適用范圍

　　注漿法是用人工的方法向地基土顆粒的空隙、土層界面或巖層的空隙(溶洞、溶隙、裂隙、空隙)或采空區(qū)的垮落帶和裂隙帶里，注入具有充填、膠結性能的漿液材料，以便硬化后增加其強度或降低滲透性，可起到提高管溝承載力、防止地表下沉、防止滑坡等作用，但此種方法費用造價較高。

　　上述幾種施工方法分別適用于不同地質條件和不同時期的采空區(qū)。但是，有時在同一個采空區(qū)(空洞)內，各個地段的頂板巖石性質、埋藏深度、冒落及其對采空區(qū)充填程度也有不同，有的頂板未冒落，采空區(qū)未被充填，有的半充填，有的全部被充填。這樣采空區(qū)的不同部位就具有兩種或兩種以上不同的施工條件，因此在不同地段、不同條件、不同時期，就需要采用不同的施工方法。對同一個采空區(qū)，由于其各地段的地質、采礦及工程地質條件的差異，可能采用兩種或兩種以上的施工方法。此外，治理后還應該進行長期監(jiān)測、加強巡護等，關注礦山開采情況，與地方安監(jiān)局溝通，建立定期匯報、特殊情況特殊處理機制。