长输管道工程勘察技术创新战略（二）

　　三、技术创新的主要方向

　　中国长输管道工程勘察从20世纪50年代开始随着管道建设的兴起而逐渐发展起来。当今随着对外技术交流的广泛深入和涉外管道工程的建设，尤其是全球高新技术的飞速发展和中国管道建设的又一个高潮的到来，对长输管道的工程勘察也提出了更高的要求。将先进技术引入中国长输管道工程勘察行业是社会发展的必然，尤其是卫星遥感技术、数字摄影测量技术、激光扫描测绘技术、新型工程物探、原位测试和工程钻探技术、地质灾害评价技术、地震安全性评价技术、长输管道地理信息系统（GIS）开发和应用、特殊性岩土的工程处理措施等方面的发展，这些技术将对长输管道工程勘察技术的发展和长输管道工程建设带来深刻的影响。应用这些技术也需要多专业的密切配合。

　　（一）卫星遥感技术通过研究遥感图像体现的盆地、高原、山地、沼泽、平原、河流、湖泊等不同的地貌特征，找出最为合理的线路方案，从而全程宏观掌控复杂多变的地理环境。通过勾画盐渍土、沙漠、黄土、膨胀土等特殊土分布区域，有效应对管道工程将会面临的环境和地质问题。通过对遥感图像体现的居民点、村镇、城市、道路、铁路、渠道等人文地理信息的解译，获取管道沿线的经济发展水平及市场信息，建立明确有效的绕开或穿过市区的线路概念。通过查明城市的街道、街区、立交桥、机场等市政现状，规划新的城市管网系统等等，遥感技术使管道工程技术人员能够获得更高品质的勘察成果。

　　遥感在管道工程领域的应用在快速拓展和深入。中油四维工程勘察有限公司已经应用并可以处理中国CBERS

　　1、美国陆地卫星Landsat5 TM和Landsat7 ETM 、法国SPOT-1、2、4卫星等多种卫星数据以及多元影像数据的融合成果，为多项国内外管道工程服务，并将进一步利用卫星成像雷达数据，包括加拿大radarsat1、欧洲ers1，

　　2、 日本jers、以及高分辨率商用卫星数据，像iknors 卫星，以及法国2002年5月发射的SPOT-5等。并通过多元影像数据融合提供所需的相应比例尺的遥感影像图。结合全球卫星定位技术（GPS），和各种图像融合技术，可以提供不同用途、不同比例尺的影像图，可以提供1：5万、1：2万、甚至1：1万的大比例尺高精度影像地图。

　　计算机技术的发展，已经使人们把影像处理从工作站或小型机移植到个人电脑（PC）上运行。

　　通过个人电脑在因特网上快速获取最清晰的卫星影像，表明实现基于遥感技术的勘测、设计工作的基础条件已经具备，研究出一套全新的基于遥感（RS）、卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）的长输管道选定线及勘察工作方法，这将使管道工程勘测技术达到一个新的高度和水平。

　　（二）地形测量技术地形测量技术的发展主要包括全站仪数字成图、摄影测量、激光扫描测绘和水下测绘等。

　　1.全站仪数字成图：目前国内采用的测图系统有全站仪电子平板测量系统和全站仪数字成图系统。全站仪电子平板测量系统装备有全站仪和便携机，在野外采集数据的同时编辑、成图。虽然数字成图技术已比较多的被采用，但其中编辑、修改的工作量都相当大，将之普遍用于大规模生产，效率上尚需有新的突破。

　　2.摄影测量系统：在工程测量中，当测绘的面积较大或测区条件十分困难时（长输管道经常会遇到这种情况），应用摄影测量（包括航空摄影测量和地面摄影测量）技术进行地形测绘是一种合适的方法。DGPS技术应用于航摄导航控制使得航空摄影更具针对性。由于DGPS导航系统具有高精度的定点摄影功能，航摄的主动性很大，可以保证无需多余摄影。航摄过程中，可以自动记录并通过处理后内插出摄影瞬间投影中心的精确位置，并将他们纳入后续的空中三角测量中，从而大大减少外控点的数量。

　　数字摄影测量从根本上改变了摄影测量对价格昂贵的专门测图仪器的依赖，是摄影测量领域的一次革命。基于微机的数字摄影测量系统目前可以高效率、高质量地完成自动定向、空中三角测量、自动数字地面模型生成、自动正射影像图制作和交互式数字测图等一系列作业。航空摄影测量是空间基础地理信息建设的重要组成部分，可以得到各种比例尺的黑白、天然彩色和彩红外等不同片种航摄图像，制作不同比例尺的地形图和影像图。

　　3.激光扫描测绘：激光扫描测绘系统最近得到了广泛重视和迅速发展。机载激光扫描测绘系统可以视为由激光测距仪和GPS组合而成的空中全站仪，它主要由装在直升飞机上的一台激光扫描仪、一台惯性导航系统、一台GPS接收机和安置在地面参考点上的另一台GPS接收机组成。目前德国、美国等已先后推出商品化的机载激光扫描测绘系统。激光扫描测绘系统主要设计用于获取密集森林覆盖地区、沙漠地区、海岸地区的DTM，因为在这些地区常规测量和摄影测量都十分困难。同时，在森林覆盖地区，利用激光通过树顶和地面的两次反射，不仅可以测定地形，而且还可以测定树高。这些激光扫描测绘系统的测量分辨率可达平面坐标1.0m，高程坐标0.1m，能满足大比例尺测图和高精度DTM建立的需要。在一些发达国家，激光扫描测绘系统已得到比较广泛的应用。

　　4.水下测绘：在工程测量中，经常需要测绘河流、码头的水下地形，水下测绘系统也有了较快的发展，实现了野外测绘到水下地形图绘制全过程自动化。主要由GPS接收机、自动水深仪、计算机、绘图设备和通讯设备组成，平面测绘精度取决于GPS的作业方式和接收机的性能，高程精度则与水深仪有关，这些测绘系统已在大比例尺水下地形测量实践中得到有效应用，西气东输南京长江穿越段水下地形图就利用了这样的测绘系统。开发海洋管道工程市场，水下地形测绘是一项需要重点解决的技术。

　　（三）工程物探、原位测试和工程钻探技术有专家指出，岩土工程物探技术将出现一个大的飞跃，过去一直处于辅助手段地位的岩土工程物探技术，未来将在岩土工程勘探中出现以物探为主、钻探为辅的局面。

　　工程物探是非破损探测技术，具有采样密度大、速度快、成本低、科技含量高、服务领域宽的特点。近年来，工程物探从单一的电法和电测深发展到涵盖物探的全部六大类方法，除一些传统的物探方法外，还开发出一些特有的方法技术。如探地雷达技术、基桩动测技术、电磁波和弹性波层析技术、面波勘探技术等。测试仪器也有了长足的进步。为适应工程需要，国内已研制出快速实时采集处理集硬件、软件功能于一体的多功能仪器和专用仪器，如SWS多波工程物探与工程检测仪，具有多道瞬态面波、地震、地微动、桩基检测和高密度地震影像等功能，适用于陆地和水域勘探，一改以往物探设备功能单一的缺陷。长输管道工程经常穿跨越交通不便、山高林密、大江大河，这些地方往往大型设备不易到达、水电缺乏，很难实施钻探工作，尤其对于山地隧道工程勘察，工程物探由于其设备小巧，搬运方便，适应性强，有着不可比拟的优越性。

　　采用非开挖定向钻方法穿越江河具有明显的优点，但地质条件要求苛刻。因此岩土工程勘察就显得非常重要，根据规范和工程实际要求，勘探点必须偏离管道中线15m以上，因此有必要利用工程物探技术沿管道中线进行连续探测，以查清实际穿越断面的工程条件。

　　地下管线探测仪是工程物探的一种应用，在管道维护、扩建、改造和障碍物勘察方面起到重要的作用。

　　2001～2002年有关的一些勘察标准规范取消了承载力表，即根据土的物理指标按照经验关系确定土的力学指标表，通过原位测试来获得土工参数将是岩土工程技术发展的必然趋势。近年来原位测试技术的新进展主要有以下方面：重视通过原位测试技术确定土工参数，并对测试成果的分析应用有了新的认识；发展并完善利用原位测试数据对岩土工程问题做出评价；测试技术向多功能方向发展，在原位快速获得更多的有用信息，以便进行配套完善的分析评价；适应环境保护岩土工程的新需要，发展新的原位测试技术。

　　岩土工程钻探在以下几个方面有待于提高：破碎岩层、软硬岩石互层以及卵石层地区钻探的新型钻机和施工工艺；应用钻探最优化技术，解决在岩土工程钻探中自动进行信息数据采集分析和岩土层划分等问题；岩土工程钻探采取土试样质量与国际标准接轨，满足行业标准要求。

　　（四）地质灾害评价地质灾害是指由地球内力或外力产生的，危及人身、财产、工程或环境安全的事件。地质灾害种类繁多，目前对其范围还没有统一的界定，一般包括崩塌（危岩）、滑坡、泥石流，地面沉降、地裂缝，水库淤积与塌岸、堤防滑坡、塌陷、管涌等。

　　根据地质灾害发生的自然地理位置，可分为：山地地质灾害，主要包括崩塌、滑坡、泥石流等；平原地质灾害，主要包括地面沉降、土地盐渍化等；滨海地质灾害，主要包括海水入侵、海岸侵蚀等；海洋地质灾害，主要包括海底滑坡等。对长输管道有影响的主要是山地地质灾害。

　　不同类型地质灾害的成灾特点不同，对工程和可持续发展的影响方式和危害不同，防治对策和措施也不同。长输管道经常跨越不同的地貌和地质环境，会遭遇多种不同的地质灾害类型，因此对长输管道工程地质灾害的评价是一项系统工程。

　　（五）地震安全性评价对管道造成影响的地震灾害可分为两大类，一是由于地震作用使土体的整体性和连续性的破坏，如断层错动、地裂、滑坡、砂土液化等。另一类是地震波在土体中的传播，会对遭受腐蚀或焊接质量差的薄弱管段造成破坏。大量的事实证明，地震对油气管道的损坏主要是由于大规模的地层移动引起的。目前还没有发现近代埋设的焊接钢管因地震波的土层震荡而损坏的事例。因此减少地震灾害的工程措施应集中在地表断裂上。

　　长输管道是线性工程，地壳上普遍分布的断层也是线性构造，因此，从甲地到乙地的长输管道工程建设就不可避免地与断裂相交。为了避免或降低由于断裂活动对管道带来的损坏，断裂勘察就显得尤为重要。

　　（六）特殊性岩土的工程特性和处理措施研究特殊性岩土包括湿陷性土、膨胀岩土、软土、盐渍岩土、多年冻土、红粘土、残积土、填土、混合土和污染土等。中国境内的长输管道遇到过几乎所有的特殊土类，有些已给管道的正常运行带来了严重的影响，比如阿（尔善）赛（汗塔拉）输油管道工程的膨胀土灾害，陕京、马惠管道的黄土灾害，格拉管道的冻土灾害、新疆轮库、库鄯管道的盐渍土腐蚀灾害等。虽然在多条管道针对不同的特殊土问题进行过非常有意义的探索，但遗憾的是并没有解决根本问题，需要进行更深一步的研究。

　　因此，结合我国大规模的石油天然气管道工程建设，特别是结合膨胀土、湿陷性土等特殊土地区岩土工程开展专门研究，对于提高特殊土地区工程勘察、工程设计的质量，对于防止或减轻特殊土地质灾害具有重要意义。

　　（七）长输管道地理信息系统（GIS）开发和应用目前，国内外的地理信息系统的软件平台已经成熟。从国际到国内、从政府到企事业都在投入大量的资金和人力建立基于空间地理信息的地理信息系统（GIS）。通过对地理数据和各种信息的收集、存储、检核、集成、处理、分析，研究和解决当前面临的一系列问题。

　　在长输管道建设中应积极开展适应管道建设的设计、规划、施工、管理的地理信息系统，以适应国民经济建设的需要。由于国土辽阔，国家基础地理信息的建设还需要很长一段时间才能完成，因此，由于基础数据的匮乏加上长输管道涉及的地域和资料的广泛，用于规划、设计的长输管道地理信息系统时机尚不成熟。但是，建立一套适用于长输管道管理的地理信息系统是十分必要的，从而提高管道的管理水平和对突发事件的应对能力。

　　长输管道地理信息系统可以从勘察、设计和施工过程中收集大量的信息，在管线运营期间，可以随时对管道检修，管道安全，灾害预测，对各种资料、数据等进行检索、预报，为决策提供可靠依据。

　　（八）岩土工程技术开发与应用岩土工程涵盖岩土工程勘察、岩土工程设计、检测、治理、监理和咨询等方面；国内外已有成熟的技术和设备，近年来还在不断拓展和更新。

　　公司近几年来主要是针对长输管道工程进行岩土工程勘察，其它几方面相对较薄弱或没有，人才匮乏。根据工程需要和发展趋势，必须进行新技术、新方法的研究与开发，拓展业务范围，培养相关技术人才。例如，针对长输管道工程中的地质灾害评价方法和相应的治理措施研究、地震安全评价，勘探技术和方法的更新与完善等方面均需尽快开展与提高，以满足管道工程的岩土工程工作的需要。

　　开展思路是总结以往的经验，引进先进技术、设备和人才，通过对正在实施的长输管道工程进行相应的岩土工程研究，掌握和完善岩土工程方面的技术体系，并应用于长输管道的勘察、设计和施工中，确保长输管道建设的质量和安全可靠。

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