黃 譜，周 峰，孟 凡，田 波，魏 楠，吳 磊

（1.中國石油西南油氣田分公司，成都 610000；2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，成都 610000）

管道運輸是我國油氣運輸?shù)闹饕侄沃?，是國民?jīng)濟和社會發(fā)展的生命線工程。隨著西氣東輸、川氣東輸?shù)乳L距離油氣管道工程的蓬勃發(fā)展，油氣管線所穿越的地形地貌也越來越復(fù)雜，同時，由于內(nèi)、外地質(zhì)條件的共同作用，中國西南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，在四川省西南山區(qū)尤以巖質(zhì)滑坡災(zāi)害最為常見，遭遇的地質(zhì)災(zāi)害種類也越來越多。尤其是不穩(wěn)定邊坡，在工程建設(shè)中，邊坡問題是一項重要的也是無法避免的工程地質(zhì)問題，其中滑坡問題在地質(zhì)工程領(lǐng)域研究中尤為突出，其變形易造成直接經(jīng)濟損失，威脅著坡頂及周邊群眾的生命財產(chǎn)安全。

我國西南地區(qū)油氣儲量豐富，隨著國家加快油氣產(chǎn)量開發(fā)，其生產(chǎn)設(shè)施規(guī)模不斷擴大，管線呈現(xiàn)出點多、面廣及線長的特點。近年來隨著我國工程建設(shè)量激增，由于堆渣棄土、工程加載等導(dǎo)致管道滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對油氣管線的安全生產(chǎn)和平穩(wěn)輸供氣帶來的危害和影響日益凸顯。因此，對于地質(zhì)災(zāi)害的重要隱患點進行實地調(diào)查、評價，尤其是重點防治區(qū)和防治重點的地質(zhì)災(zāi)害隱患點，對其危險性進行評估，以及在此基礎(chǔ)上提出防治對策建議等具有重要意義。

1 人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險構(gòu)成及評價因素

1.1 風(fēng)險構(gòu)成

本研究項目主要針對人工堆載誘發(fā)的管道滑坡，為單一特定地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種。在此將人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險定義為受人工堆載影響誘發(fā)堆積體滑坡并致使管道破壞產(chǎn)生不良后果的可能性，即人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險包括滑坡發(fā)生的可能性（穩(wěn)定性）及管道破壞后產(chǎn)生的損失（危害性）2 個方面。

1.2 滑坡風(fēng)險評價因素

1.2.1 滑坡風(fēng)險評價因素分析

根據(jù)人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險構(gòu)成要素，即滑坡發(fā)生的可能性（穩(wěn)定性）和滑坡發(fā)生后管道破壞產(chǎn)生的損失（危害性），要進行風(fēng)險分析評價，首先需要分析影響滑坡發(fā)生可能性的控制因素。根據(jù)本研究項目的特定對象——人工堆載誘發(fā)管道滑坡，研究主要選取對斜坡堆積體穩(wěn)定性具有影響作用的因素進行分析，其中主要包括：堆積體規(guī)模、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文、植被、堆積體近期活動強度及人為影響（人工堆載）。具體分析研究如下。

1）堆積體規(guī)模。堆積體規(guī)模越大、滑體厚度越大，產(chǎn)生的破壞力越大；滑坡的發(fā)生，也符合一般隨機事件的分布規(guī)律，即小規(guī)模事件的發(fā)生頻率相對較高，如一些小型滑坍經(jīng)常發(fā)生，而大規(guī)模事件的發(fā)生頻率相對較低。

2）地層巖性。不同堆積體的物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，松散軟弱土體區(qū)往往成為堆積體滑坡的易發(fā)區(qū)。一般第四系人工堆積體固結(jié)程度和抗剪強度較低，易產(chǎn)生滑動變形。堅硬巖體形成的堆積體往往風(fēng)化速度較慢，堆積體中大顆粒棱角狀母巖粒徑較大形成骨架，利于堆積體的穩(wěn)定。另外，在堆積體與原地表接觸位置因粘結(jié)程度較弱，逐漸形成軟弱滑面。

3）地形地貌。地形坡度是滑坡形成的重要條件之一，只有處于一定的地貌部位，具備一定坡度的斜坡，才可能發(fā)生滑坡。例如山坡、溝谷的斜坡，公（鐵）路和工程建筑物的邊坡等都屬于滑坡易發(fā)區(qū)。關(guān)于滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的坡度條件已有很多的研究，發(fā)生滑坡的坡度主要集中在20～40°。此外，堆積體斜坡坡型及坡高對斜坡穩(wěn)定性也具有控制性影響，斜坡的坡型直接反映了在內(nèi)外營力作用下坡體演變的歷史進程及匯水條件的不同。不同坡型所反映的內(nèi)外營力也同樣控制著坡體上的堆積體穩(wěn)定性，表現(xiàn)為凸型坡的穩(wěn)定性最差，滑坡發(fā)育較多；凹形坡的穩(wěn)定性較好，滑坡發(fā)育較少。

4）地質(zhì)構(gòu)造。一個區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害，其起因與演化通常由活動構(gòu)造、尤其是強烈的新構(gòu)造運動控制。斷裂帶越發(fā)育的山坡，巖體穩(wěn)定性越差，為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，斷裂帶發(fā)育的量化值是滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價的重要指標(biāo)，同時地震也是誘發(fā)滑坡的主要因素之一。

5）氣象水文。氣象水文對滑坡穩(wěn)定性影響的因素包含較多，其主要有降雨量、暴雨強度、暴雨日數(shù)、徑流量、地下水和地表水等，但歸根結(jié)底主要因素是由降雨所引起的，因此，降雨是觸發(fā)滑坡的重要因素。

6）植被。植被覆蓋情況對表層土體滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響較大，根系發(fā)達的樹木有利于水土保持，可以提高坡體的穩(wěn)定性。

7）堆積體近期活動強度。堆積體向滑坡演化都具有一定的過程，會出現(xiàn)不同程度的地質(zhì)現(xiàn)象，如泉水地表出露、周邊巖土體出現(xiàn)松弛和垮塌、地表出現(xiàn)裂縫等。根據(jù)以往滑坡體長期位移觀測資料，滑坡發(fā)生大規(guī)模滑動之前，均會出現(xiàn)加速變化的趨勢，這是臨滑的明顯跡象。堆積體近期活動強度越強烈，斜坡發(fā)生滑動的可能性越大。

8）人為影響強度。破壞斜坡穩(wěn)定條件的人類活動都會誘發(fā)滑坡。通常對邊坡穩(wěn)定性影響較大的人類工程活動主要有：人工堆載、坡腳開挖、蓄排水和爆破震動等，本次主要針對人工堆載誘發(fā)滑坡進行研究。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人類越來越多的工程活動破壞了自然坡體，因而滑坡的發(fā)生越來越頻繁，并有愈演愈烈的趨勢。

1.2.2 滑坡風(fēng)險評價指標(biāo)及分級

根據(jù)上述滑坡穩(wěn)定性控制因素，結(jié)合本次具體研究對象，選取了12 個控制因素作為人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險評價因子。在風(fēng)險評價體系中，指標(biāo)值的大小直接影響到所給指標(biāo)對滑坡穩(wěn)定性的貢獻大小。本次評價指標(biāo)的分級見表1。

表1 滑坡風(fēng)險評價因子及分級標(biāo)準(zhǔn)

1.3 承災(zāi)體損失評價因素

根據(jù)滑坡風(fēng)險的構(gòu)成，第二個是堆積體滑動后造成管道破壞產(chǎn)生的損失（危害性），即管道失效破壞后對承災(zāi)區(qū)居民生命財產(chǎn)和各項經(jīng)濟活動所造成的損失。

本研究項目主要針對單一災(zāi)種的人工堆載誘發(fā)管道滑坡進行風(fēng)險研究，分別從“管道易損性”和“管道失效后果”2 個方面指標(biāo)進行統(tǒng)計，評價分級指標(biāo)見表2。

表2 管道滑坡危害性評價分級指標(biāo)

2 人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險評價體系

本研究風(fēng)險評價體系是基于層次分析法的多因子綜合評判方法建立的多因子動態(tài)綜合評價體系。綜合指數(shù)法模型基本表達式為

式中：Dl為第i 單元的風(fēng)險度指數(shù)；i 為評價因子；ωi為第i 個評價因子的權(quán)重；Ii為第i 單元評價因子在第i單元的賦值；n 為評價因子數(shù)。

據(jù)上述風(fēng)險分析因素，建立人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險評價體系，如圖1 所示。在該評價體系中，人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險度作為最終目標(biāo)層，人工堆載誘發(fā)滑坡可能性及承災(zāi)體損失（危害性）作為中間層。滑坡風(fēng)險影響因素決定著滑坡發(fā)生破壞的可能性，因此對各影響因子進行評價；承災(zāi)體損失（危害性）評價分別由管道易損性和管道失效后果2 個方面的影響因子來評價。

圖1 風(fēng)險評價體系層次結(jié)構(gòu)圖

本研究中各因子按4 級劃分等級，并賦予各等級如下定值：極嚴(yán)重為4，嚴(yán)重為3，中等為2，輕微為1。首先把中間層的各因素標(biāo)記為：A1為人工堆載誘發(fā)滑坡因素，A2為承災(zāi)體損失因素；評價層的各因素標(biāo)記為滑坡風(fēng)險評價因子A1F1～A1F12（12 個評價因子），管道易損性評價因子A2F1～A2F4（4 個評價因子），管道失效后果評價因子A2F5～A2F6（2 個評價因子）。利用AHP 方法對層次中的每一個指標(biāo)進行賦值，賦值原則根據(jù)表3，從而構(gòu)造出成對比較矩陣。

表3 成對比較的定性定量對照表

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型采用1～9 尺度法，逐項就任意2 個評價指標(biāo)進行比較，確定其相對重要性并賦予相應(yīng)的分值。誘發(fā)滑坡可能性（穩(wěn)定性）評價因子矩陣見表4，管道易損性評價因子矩陣見表5，管道失效后果評價因子矩陣見表6。將“誘發(fā)滑坡可能性”和“承災(zāi)體損失”的影響視為相同；將“管道失效后果”與“管道易損性”的影響視為相同。

表4 誘發(fā)滑坡可能性評價因子矩陣

表5 管道易損性評價因子矩陣

表6 管道失效后果評價因子矩陣

計算結(jié)果及整體一致性檢驗結(jié)果見表7—表10。

表7 誘發(fā)滑坡可能性與承災(zāi)體權(quán)重值表

表10 管道失效后果評價因子權(quán)重值表

管道抗彎截面模量計算公式

式中：D 為管道外徑，cm；α 為管道內(nèi)外徑比。

將所求得的各指標(biāo)權(quán)重，代入滑坡風(fēng)險度評價的多因素綜合動態(tài)評價模型，得到本研究風(fēng)險度評價模型

式中：A1為滑坡自身穩(wěn)定性；A21為管道易損性；A22為管道失效后果。

根據(jù)計算結(jié)果劃分為5 個風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)，見表11。

表8 誘發(fā)滑坡可能性因子權(quán)重排序值表

表11 管道失效后果評價風(fēng)險等級

3 實例分析

以新峽渝線管道滑坡為例進行分析說明。新峽渝線全長32.2 km，管線規(guī)格D457 mm×5.6 mm，設(shè)計壓力1.6 MPa，輸氣量250 萬m3/d?；挛挥谥貞c市九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)高田坎村洗馬溝運營段、白欣路旁?；w為人工堆積塊石土及粉質(zhì)粘土含建筑垃圾，堆積于管道之上，坡向與管道近似垂直。

表9 管道易損性因子權(quán)重值表

滑坡前緣高程347 m，后緣高程378 m，縱長約90 m，寬約100 m，滑體厚5.8～10.0 m，面積6 860 m2，體積約4.1×104m3，屬小型滑坡，主滑方向175°?；挛挥谝粵_溝上游地段，該處坡體地形相對較陡，坡體內(nèi)側(cè)為當(dāng)?shù)亟煌ú块T2015 年施工的新建公路，公路開挖后的堆填土置于坡體上，改變了坡體原有應(yīng)力環(huán)境，使原坡體底部軟弱面發(fā)生變化。2018 年8 月18 日連續(xù)強降雨后，由于地面排水不暢導(dǎo)致降雨不斷入滲坡體使其軟化，從而導(dǎo)致坡體產(chǎn)生位移。滑坡導(dǎo)致位于坡體前緣的天然氣管道受到擠壓變形并懸空。目前滑坡區(qū)右后側(cè)地表仍有裂縫，但管道已經(jīng)改線至滑坡后緣公路內(nèi)側(cè)耕地中通過。新峽渝線管道滑坡風(fēng)險評價因子賦值情況見表12。

表12 風(fēng)險評價因子賦值表

代入式（3），經(jīng)計算DL=2.685，評價為風(fēng)險中等，符合滑坡發(fā)生前的實際情況。

4 結(jié)論

1）由于人工堆載誘發(fā)的滑坡對管道的威脅與日俱增，本文針對性提出人工堆載誘發(fā)管道滑坡的主要風(fēng)險因素，采用層次分析法，建立人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險評價指標(biāo)體系，其中包括滑坡風(fēng)險評價因子12 個，管道易損性評價因子4 個，管道失效后果評價因子2 個。

2）權(quán)重是風(fēng)險評價的重要信盧。本文基于結(jié)構(gòu)模型采用1～9 尺度法，構(gòu)造出成對比矩陣，確定人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。

3）利用人工堆載誘發(fā)管道滑坡風(fēng)險評價模型，以新峽渝線管道進行實例研究，計算出該管道滑坡的風(fēng)險程度，為制定管道滑坡防治對策提供理論依據(jù)。