石油建设工程地面沉降研究探讨

石油建设工程地面沉降研究探讨

张利

中国石油大港油田第五采油厂 天津市滨海新区 300280

摘要：本研究围绕石油建设工程中的地面沉降问题，通过分析地面沉降的原因、影响及防治措施，旨在为石油建设提供科学指导。研究发现，地下水位变化、土壤性质和工程活动是导致地面沉降的主要因素。通过合理的工程设计和施工管理，可以有效控制地面沉降，保障工程安全和环境稳定。

关键词：石油建设工程；地面沉降

引言：石油建设工程在推动经济发展的同时，也带来了一系列环境问题，其中地面沉降尤为突出。本文将探讨地面沉降的成因与防治，以期为相关领域提供参考。

1.地面沉降的成因

1.1地下水位的变化

地下水是地质环境中最活跃的因素之一，水位的波动直接影响到地层的稳定性。在石油建设工程中，地下水位的降低常常是由于过量抽取地下水进行工业使用或者工程建设需要造成的。这种水位的下降导致原有地下水对土壤颗粒的浮力减小，土壤颗粒在重力作用下压密，从而引起地面沉降。特别是在一些地下水资源丰富的地区，如华北平原，由于过度开采地下水已经形成了大面积的沉降区，影响了城市的可持续发展和地下管线的安全。

1.2土壤的性质与结构

土壤的物理和化学性质及其结构状态对地面沉降同样有显著影响。不同的土壤类型，如黏土、砂土和碎石土等，其压缩性和稳定性差异明显。黏土由于其微小的颗粒和高可塑性，在负荷作用下更易于压缩，尤其是在含水量变化时。石油建设工程中，大型机械和设施的使用，加上建筑物的负载，会使得土体应力重新分布，导致土壤结构破坏和体积减少，进而诱发地面沉降。例如，油田开发活动频繁的东北地区，土壤冻融作用以及石油开采造成的土壤性质改变，增加了地面沉降的风险。

1.3石油建设工程的影响

石油开发和建设工程自身就是一种重要的地面沉降诱因。工程活动中的钻井、开挖、注水和油气提取等过程，不仅改变了地下的压力状态，还可能引发土壤结构的变动。开挖作业会移除支持土壤的外力，使得地表以下土体受力不均，加速沉降的发生。而注水和提取油气则通过改变地层压力，导致土壤压实或地层下陷。在一些重点开发区，如新疆油田，高强度的开采活动已经引起了局部地面沉降，对油田基础设施的安全造成了威胁。针对这些成因，石油建设工程应结合地质环境条件，采取合理的建设与防治措施，以减轻对环境的影响并确保工程的长期稳定。

2.地面沉降的影响

2.1对工程结构的影响

地面沉降对石油建设工程的结构完整性带来重大挑战。工程建设中，如钻井塔、管道、储罐和处理设施等结构，都需要稳固的地基来保证其安全性和功能性。当地基由于沉降变得不均匀时，这些结构的稳定会受到影响，可能导致严重的工程事故。特别是对于石油管线，沉降不仅可能导致管道位移或断裂，还可能引发石油泄漏，造成环境污染和资源浪费。例如，在黄土高原地区，地面沉降导致石油管道多次发生裂缝，修复工作既困难又成本高昂。

2.2对周边环境的影响

地面沉降对周围环境的负面影响同样不容忽视。一方面，沉降会改变地表水的流向，影响地表水文条件，进而影响农田灌溉和地下水补给。另一方面，沉降还可能引起地表裂隙，加剧土壤侵蚀问题，对农业耕作造成不利影响。在城市化较高的地区，如长江三角洲，地面沉降还可能导致城市排水系统失效，降雨时容易出现城市内涝，影响城市居民的日常生活和城市的正常运行。此外，沉降还会破坏生态平衡，对生物多样性构成威胁，尤其是对一些湿地生态系统造成不可逆的损害。考虑到地面沉降对工程结构及周边环境的潜在危害，石油建设过程中必须采取有效措施来监测、预防和控制沉降的发生，以保障工程的顺利进行和环境的安全。

3.地面沉降的监测方法

3.1传统监测技术

在地面沉降的监测领域，传统技术包括了测量学方法、地质工程监测和地下水位观测等方式。这些方式通常需要通过设立监测点进行定期或连续的数据采集。例如，使用精密水准测量可以监测地表高程的微小变化，从而发现沉降的趋势和幅度。地质工程监测中，通过安装倾斜仪、应变计和裂缝计等传感器，可以直接获得结构物的变形数据。而地下水位观测主要通过水位计和测压管等工具，监控地下水位的变化，这对于评估地面沉降的风险至关重要。尽管这些传统方法准确可靠，但通常耗时耗力，且覆盖范围有限，对于广阔或偏远地区的监测存在一定局限性。

3.2现代遥感技术

随着科技的进步，现代遥感技术已成为地面沉降监测的重要手段。合成孔径雷达干涉测量技术是一种常用的遥感监测手段，它能够提供大范围、高精度的地表形变信息。通过分析同一地区不同时间的雷达图像，可以检测到亚厘米级的地表形变。光学遥感技术如高分辨率卫星影像分析也用于监测地面沉降，通过对地表特征如裂缝、沉降坑的形态解析，来识别和评估沉降区域。现代遥感技术的优势在于其能覆盖广阔的非城市及偏远地区，提供快速连续的监测数据，有助于及时发现潜在的风险并采取相应的预防措施。传统监测技术与现代遥感技术各有优势，互为补充。在实际工作中，结合两者可以更加全面和准确地监测地面沉降，确保石油建设工程的安全与环境的可持续发展。

4.地面沉降的防治措施

4.1工程措施

在石油建设工程中，地面沉降的防治涉及多种工程技术手段。地基处理是其中的核心环节，包括地基加固和改良技术，如使用灌注桩、深层搅拌、压力注浆等方法增强土体的稳定性。这些技术能够提升土壤的承载能力，减少因工程建设加载导致的沉降。例如，在软土地区，通过水泥搅拌桩加固地基，可以有效防止由于地基不均匀沉降引起的建筑物裂纹和倾斜。

地下水控制也是关键的工程措施之一。适当调整地下水的抽取和补给策略，保持地下水位的相对稳定，对预防因水位变化引起的土壤压实和沉降至关重要。在中国北方地区，由于过度开采地下水资源导致的地面沉降问题尤为突出，因此实施地下水人工回灌、建立水位监测网等措施显得尤为重要。

此外，施工技术优化也不可忽视。采用低影响开发建设模式，如避免大开挖、使用定向钻等非开挖技术，减少施工对周围土体的扰动，从而降低沉降风险。同时，在施工过程中使用先进的监控设备，实时监测施工活动对地下环境的影响，一旦发现异常即可及时采取相应的补救措施。

4.2管理措施

除了工程技术手段外，有效的管理和政策制定也是预防和控制地面沉降的重要方面。这包括制定合理的土地使用规划，避免在高风险区域进行大规模建设活动。政府部门应加强对石油工程建设的监管，确保所有工程项目都进行了充分的环境影响评估，并采取了相应的防范措施。同时，公众教育和意识提升也不可或缺，让社会各界意识到地面沉降的潜在风险，促进政府、企业和民众之间的合作与沟通。此外，推动跨学科研究，整合地质科学、土木工程和环境科学等领域的研究成果，形成综合性的地面沉降管理策略，对于实现长期和根本的沉降防治具有重要作用。

结语：通过对石油建设工程中地面沉降问题的系统研究，明确了其成因、影响及防治措施。有效的监测与防治不仅能保障工程安全，还能保护环境，促进可持续发展。

参考文献：

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[2]冯琪.马鞍山市某矿区地面沉降预测与机制研究[D].合肥工业大学,2021.

[3]郭腾翔,蔡俊勇,魏骏,刘湘萍.矿山地质地面沉降与地下水资源污染的关系建模研究[J].环境科学与管理,2019(10):34-39.