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【摘 要】以锦州-郑州成品油管道工程（天津段）项目为例，通过分析沿线地面沉降现状、发育特征及诱发因素，对其地面沉降地质灾害进行危险性评估，并提出了相应的防治措施，为该工程建设用地规划和地质灾害防治提供依据。
【关键词】管道工程；地质灾害；危险性评估；地面沉降；灾害防治
地面沉降灾害由于具有缓变性，其对管线工程的负面影响是可预见的，也是可预防的。锦州-郑州成品油管道工程是我国北油南调的重点项目之一，为了保证管道工程建设安全，开展地面沉降灾害进行危险性评估，有助于全面评价建设场地适宜性，完善工程选址及施工方案降低线路建设风险及后期维护费用，最终达到避免或减轻因地面沉降灾害而可能带来的生命与财产损失的目的。
1.工程概括
管道工程（天津段）干线总长度为86.071km，起点为天津宝坻蓟运河，经宝坻县林亭口镇、黑狼口乡、中登乡、大口屯镇，途径武清区崔黄口镇、后巷乡、大碱厂乡、南蔡乡、泗村店乡，终点为武清区东马圈乡西马房村南。永久性征地面积0.89ha，临时征地面积295.81ha。
2.沿线地面沉降发育特征
2.1地面沉降现状及特征
据历史水准点资料，1923年天津市开始发现地面沉降，1950～1957年沉降速率7～12.0mm/a，1958～1966年沉降速率30～46mm/a，沉降中心逐步形成，1967～1985年沉降速率达80～100mm/a，这期间沉降急剧发展，1986年后进入沉降治理阶段，1993～2002年沉降速率为42.8mm/a，大部分地区沉降明显减缓。截至目前，天津市宝坻城关以南至滨海地区均有不同程度的地面沉降现象。在大面积的沉降范围内，又形成了市区、塘沽区、汉沽区、大港区及海河下游工业区等沉降量较大的沉降中心。沿线地面沉降灾害主要位于干线天津段的西南部所经过的大港区。
国内外研究和实践均表明，地面沉降具有两大特点：产生沉降后的不可逆性—无法恢复；采取有效控制地面沉降措施后的延时性—其沉降量在相当长的时间内只能减缓，不会在短期内停止。
2.2地面沉降原因分析
2.2.1构造活动引起的地面沉降：天津地处新华夏构造体系华北沉降带，长期缓慢下降并沉积了巨厚的松散沉积物。根据市区及滨海地区广泛分布的第一海相层厚度及14C年龄测定，天津地区沉降速率约1.7～2.0mm/a；根据华北地区几期精密水准测量资料，天津市构造沉降背景值约1.0～1.5mm/a，而上古林一带的平均沉降速率为2.15mm/a。可见，缓慢的新构造运动形成的地面沉降在评估区约为1.0～2.15mm/a。
2.2.2软弱土层固结引起的地面沉降：在塘沽、汉沽和大港等沿海地区埋深约10.0～18.00m以上地层均为欠固结的软弱土层。在自重应力作用下，软弱土层由于自重固结引起地面沉降，但其量值很小。
2.2.3过量开采地下水引起的地面沉降：开采地下水引起水位下降的同时，造成土体孔隙水压力降低，由孔隙水承担的一部分压力便转移到土体骨架上，从而引起土层压密，相应地导致地面沉降。天津市地面沉降与地下水资料对比分析表明，地面沉降中心与地下水位漏斗基本一致；地下水累计开采量与地面累计沉降量有很好的相关性；地面沉降速率与地下水的动态变化具有一致性，因此，过量开采地下水与区域地面沉降具有密切的关系。
2.2.4开采油气对地面沉降的影响开采油气可以使地层的应力发生改变，从而使应力降低，引起地面沉降，目前尚无这方面的监测资料，由于油气开采区仅分布在部分区域，不是全区地面沉降的控制因素。
综上所述，过量开采地下水是引起天津市地面沉降的主要原因。
3.地面沉降灾害危险性评估
3.1评估依据及标准
依据天津市《天津市地质灾害险性评估技术要求》（津国土房矿【2009】49号）要求，地面沉降灾害危险性评估主要考虑沉降速率、累计沉降量等因素，具体评价标准如表1所示。
表1 地面沉降灾害危险性判定表
评价因子 指标 危险性等级
前五年平均沉降速率（mm/a） >50 危险性大
20～50 危险性中等
<20 危险性小
前20年累计沉降量（m） >1.0 危险性大
0.5～1.0 危险性中等
<0.5 危险性小
3.2 现状评估
根据天津市地面沉降监测研究成果综合分析，拟建管线地面沉降灾害主要分布干线天津段的西南部（潮白新河以西），其它地段地面沉降不明显。目前尚未发现有人员伤亡事件，灾情级别目前为轻。
地面沉降灾害沉降速率及累计沉降量如表2所示。与天津市地面沉降的整体情况相比，评估区的地面沉降速率和累计沉降量都相对较小。确定现状条件下，干线K497～K502段地面沉降地质灾害危险性中等，其它段地面沉降地质灾害危险性小。
表2 地面沉降灾害沉降速率及累计沉降量统计表
线路 平均沉降速率V（mm/a） 985年-2009年累计沉降量（m）
2005 2006 2007 2008 2009
干线（天津）段 V<20 V<20 V<20 V<20 K423+108～
K497、K502～
K512+853段
V<20； K497
～K502段20
≤V<30 均小于800mm（其中，K423+108～ K479+700段累计沉降量小于0.5m；K497+700～ K512+853段累计沉降量介于0.5～0.8m之间）
综合 均小于20mm/a 均小于0.8m
3.3预测评估
根据天津市水准点高程资料，天津市地面沉降在20世纪90年代初期已开始变缓，年平均沉降量逐渐减小，地面沉降基本上得到控制，但是地面沉降仍在继续。
近几年来，在天津市政府对地面沉降采取了有效的控制措施并且南水北调工程的运营可以大大缓解水资源紧缺问题，因此整个天津市的地面沉降趋势在逐渐减缓。尽管如此，为了锦州-郑州成品油管道工程（天津段）安全起见，根据天津市2005年～2009年底沉降速率监测资料，干线段大部分段多年平均沉降速率保持基本保持不变，年沉降速率小于20mm/a。仅其西段青龙河古道一带（K497～K502段）在2009年度沉降速率增大至20-22mm/a，预测该段管道运营期间（按管道服务年限30年计）地面沉降地质灾害危险性中等。干线其它段地面沉降地质灾害危险性小。
4.灾害防治建议
4.1建设过程中充分考虑地面沉降影响
建设前期阶段，建议施工设计及具体实施过程中对沿线水文地质、工程地质以及环境地质条件等予以充分考虑，对于易产生差异沉降的区段、地面沉降危险性较大区段等敏感地段，均应采取必要的地面沉降灾害防治措施，及时修正引测高程点的高程测量系统，全过程差异沉降监测，积极改进扣件系统调整性能等。
4.2加强监测工作。
在拟建成品油管道工程通过地面沉降区的地段，应定期从地方主管部门查询地下水漏斗监测资料和地面变形监测资料。建议在管道投入运营后，沿线每间隔1～2年进行一次水准复测，及时掌握地面沉降灾害的发生、发展以及变化趋势。
4.3与地方政府联合，加强严格控制地下水开采的宣传。
限制地下水开采总量，保证地下水开采量不超过目前开采条件下地下水的补给量或允许开采量；在不断增加开采总量的情况下，合理布局，防止局部地段地下水漏斗继续恶化。
5.结语
输油、输气管路等输送工程将成为我国重要的能源战略通道，对保证国家能源安全具有重要作用。积极开展地面沉降等地质灾害调查与评估工作，防患于未然，对保障其安全运营具有重要意义。
【关键词】管道工程；地质灾害；危险性评估；地面沉降；灾害防治
地面沉降灾害由于具有缓变性，其对管线工程的负面影响是可预见的，也是可预防的。锦州-郑州成品油管道工程是我国北油南调的重点项目之一，为了保证管道工程建设安全，开展地面沉降灾害进行危险性评估，有助于全面评价建设场地适宜性，完善工程选址及施工方案降低线路建设风险及后期维护费用，最终达到避免或减轻因地面沉降灾害而可能带来的生命与财产损失的目的。
1.工程概括
管道工程（天津段）干线总长度为86.071km，起点为天津宝坻蓟运河，经宝坻县林亭口镇、黑狼口乡、中登乡、大口屯镇，途径武清区崔黄口镇、后巷乡、大碱厂乡、南蔡乡、泗村店乡，终点为武清区东马圈乡西马房村南。永久性征地面积0.89ha，临时征地面积295.81ha。
2.沿线地面沉降发育特征
2.1地面沉降现状及特征
据历史水准点资料，1923年天津市开始发现地面沉降，1950～1957年沉降速率7～12.0mm/a，1958～1966年沉降速率30～46mm/a，沉降中心逐步形成，1967～1985年沉降速率达80～100mm/a，这期间沉降急剧发展，1986年后进入沉降治理阶段，1993～2002年沉降速率为42.8mm/a，大部分地区沉降明显减缓。截至目前，天津市宝坻城关以南至滨海地区均有不同程度的地面沉降现象。在大面积的沉降范围内，又形成了市区、塘沽区、汉沽区、大港区及海河下游工业区等沉降量较大的沉降中心。沿线地面沉降灾害主要位于干线天津段的西南部所经过的大港区。
国内外研究和实践均表明，地面沉降具有两大特点：产生沉降后的不可逆性—无法恢复；采取有效控制地面沉降措施后的延时性—其沉降量在相当长的时间内只能减缓，不会在短期内停止。
2.2地面沉降原因分析
2.2.1构造活动引起的地面沉降：天津地处新华夏构造体系华北沉降带，长期缓慢下降并沉积了巨厚的松散沉积物。根据市区及滨海地区广泛分布的第一海相层厚度及14C年龄测定，天津地区沉降速率约1.7～2.0mm/a；根据华北地区几期精密水准测量资料，天津市构造沉降背景值约1.0～1.5mm/a，而上古林一带的平均沉降速率为2.15mm/a。可见，缓慢的新构造运动形成的地面沉降在评估区约为1.0～2.15mm/a。
2.2.2软弱土层固结引起的地面沉降：在塘沽、汉沽和大港等沿海地区埋深约10.0～18.00m以上地层均为欠固结的软弱土层。在自重应力作用下，软弱土层由于自重固结引起地面沉降，但其量值很小。
2.2.3过量开采地下水引起的地面沉降：开采地下水引起水位下降的同时，造成土体孔隙水压力降低，由孔隙水承担的一部分压力便转移到土体骨架上，从而引起土层压密，相应地导致地面沉降。天津市地面沉降与地下水资料对比分析表明，地面沉降中心与地下水位漏斗基本一致；地下水累计开采量与地面累计沉降量有很好的相关性；地面沉降速率与地下水的动态变化具有一致性，因此，过量开采地下水与区域地面沉降具有密切的关系。
2.2.4开采油气对地面沉降的影响开采油气可以使地层的应力发生改变，从而使应力降低，引起地面沉降，目前尚无这方面的监测资料，由于油气开采区仅分布在部分区域，不是全区地面沉降的控制因素。
综上所述，过量开采地下水是引起天津市地面沉降的主要原因。
3.地面沉降灾害危险性评估
3.1评估依据及标准
依据天津市《天津市地质灾害险性评估技术要求》（津国土房矿【2009】49号）要求，地面沉降灾害危险性评估主要考虑沉降速率、累计沉降量等因素，具体评价标准如表1所示。
表1 地面沉降灾害危险性判定表
评价因子 指标 危险性等级
前五年平均沉降速率（mm/a） >50 危险性大
20～50 危险性中等
<20 危险性小
前20年累计沉降量（m） >1.0 危险性大
0.5～1.0 危险性中等
<0.5 危险性小
3.2 现状评估
根据天津市地面沉降监测研究成果综合分析，拟建管线地面沉降灾害主要分布干线天津段的西南部（潮白新河以西），其它地段地面沉降不明显。目前尚未发现有人员伤亡事件，灾情级别目前为轻。
地面沉降灾害沉降速率及累计沉降量如表2所示。与天津市地面沉降的整体情况相比，评估区的地面沉降速率和累计沉降量都相对较小。确定现状条件下，干线K497～K502段地面沉降地质灾害危险性中等，其它段地面沉降地质灾害危险性小。
表2 地面沉降灾害沉降速率及累计沉降量统计表
线路 平均沉降速率V（mm/a） 985年-2009年累计沉降量（m）
2005 2006 2007 2008 2009
干线（天津）段 V<20 V<20 V<20 V<20 K423+108～
K497、K502～
K512+853段
V<20； K497
～K502段20
≤V<30 均小于800mm（其中，K423+108～ K479+700段累计沉降量小于0.5m；K497+700～ K512+853段累计沉降量介于0.5～0.8m之间）
综合 均小于20mm/a 均小于0.8m
3.3预测评估
根据天津市水准点高程资料，天津市地面沉降在20世纪90年代初期已开始变缓，年平均沉降量逐渐减小，地面沉降基本上得到控制，但是地面沉降仍在继续。
近几年来，在天津市政府对地面沉降采取了有效的控制措施并且南水北调工程的运营可以大大缓解水资源紧缺问题，因此整个天津市的地面沉降趋势在逐渐减缓。尽管如此，为了锦州-郑州成品油管道工程（天津段）安全起见，根据天津市2005年～2009年底沉降速率监测资料，干线段大部分段多年平均沉降速率保持基本保持不变，年沉降速率小于20mm/a。仅其西段青龙河古道一带（K497～K502段）在2009年度沉降速率增大至20-22mm/a，预测该段管道运营期间（按管道服务年限30年计）地面沉降地质灾害危险性中等。干线其它段地面沉降地质灾害危险性小。
4.灾害防治建议
4.1建设过程中充分考虑地面沉降影响
建设前期阶段，建议施工设计及具体实施过程中对沿线水文地质、工程地质以及环境地质条件等予以充分考虑，对于易产生差异沉降的区段、地面沉降危险性较大区段等敏感地段，均应采取必要的地面沉降灾害防治措施，及时修正引测高程点的高程测量系统，全过程差异沉降监测，积极改进扣件系统调整性能等。
4.2加强监测工作。
在拟建成品油管道工程通过地面沉降区的地段，应定期从地方主管部门查询地下水漏斗监测资料和地面变形监测资料。建议在管道投入运营后，沿线每间隔1～2年进行一次水准复测，及时掌握地面沉降灾害的发生、发展以及变化趋势。
4.3与地方政府联合，加强严格控制地下水开采的宣传。
限制地下水开采总量，保证地下水开采量不超过目前开采条件下地下水的补给量或允许开采量；在不断增加开采总量的情况下，合理布局，防止局部地段地下水漏斗继续恶化。
5.结语
输油、输气管路等输送工程将成为我国重要的能源战略通道，对保证国家能源安全具有重要作用。积极开展地面沉降等地质灾害调查与评估工作，防患于未然，对保障其安全运营具有重要意义。