汶川8.0級地震都江堰市天然氣系統震害分析及救災過程*

高乃輝，趙鳴，李素貞，王洋玲，黃建儒，戴質，廖彬，莫宣樹

(1.同濟大學土木工程學院建工系，上海200092;2.都江堰市集能燃氣有限公司，四川都江堰611830)

0 引言

都江堰市地處四川省成都平原西北部，東南距成都市48 km，在地質構造體系上，屬華夏構造體系，地跨成都平原和龍門山地區兩個不同自然地理區，地貌單元屬岷江沖積扇一級階地。由于坐落在龍門山主山前邊界大斷裂上(圖1)，都江堰市在汶川8.0級地震烈度分布圖中屬于Ⅸ度區，是地震受災最嚴重的城市之一。

圖1 都江堰地理位置

作為城市生命線的天然氣供應鏈在這次地震中遭遇了前所未有的考驗，同濟大學建筑工程系生命線工程研究課題組于汶川地震一周年之際前往都江堰市進行調研，在了解都江堰市天然氣系統的基本組成和運營管理機制的基礎上，對汶川地震造成的燃氣系統的震害情況進行調查統計和原因分析，通過對震后的應急處置措施、供氣恢復策略及災后重建工作的系統整理，總結了本次汶川地震中都江堰天然氣系統的應災經驗及救災環節中的不足之處，并就今后工作中如何提高燃氣系統的抗震應災能力提出建議。

1 都江堰市天然氣系統概況

都江堰市自1995年6月起供應天然氣，現有工商用戶約1 400戶，民用戶8萬余戶。如圖2所示，都江堰市天然氣系統的基本構成包括(統計數據截至2009年7月):1座門站(配氣站)，3個壓縮天然氣(CNG)加氣站，從彭州分輸站到都江堰門站的38 km次高壓管線(鋼管)，門站到用戶終端之間的450 km中壓配氣管線，65臺大型調壓柜，約2 200個小型調壓器，368個閥門。其中中壓配氣管網包括150 km ERW鋼管管線和300 km PE管管線，鋼管管徑從Φ25到Φ325共11種，環線及連接門站的主干管徑主要是Φ159和Φ219，城區內小管徑配氣支管多采用Φ76和Φ57;PE管管徑從Φ40到Φ160共6種，配氣干管多采用Φ160、Φ110，支管多為Φ63和Φ50。中壓配氣管道中絕大多數為埋地管道，橋管21處。管身的接口主要有焊接、電熔焊、對接和鋼塑接頭四種形式。閥門有鋼閥和PE閥兩種，鋼閥主要采用閘閥和蝶閥，PE閥主要采用球閥。

圖2 都江堰燃氣系統基本構成

都江堰市集能燃氣有限公司自2004年后采用地理信息系統(GIS)軟件系列的Mapinfo平臺對城市中壓埋地配氣管網進行數字化統一管理。通過Mapinfor平臺，可以快速地查閱管線、接口、閥門等設施的準確地理位置以及管徑、管材、埋深、服役年限等相關屬性。

2 震害調查與原因分析

汶川地震中，作為都江堰市生命線的天然氣供應鏈遭遇了嚴重破壞，據不完全統計，截至2009年7月都江堰市天燃氣系統中中壓配氣管道、管間連接，以及支管連接、閥門、調壓設施等附件的震害情況統計如表1所示。

表1 都江堰市燃氣系統的震害統計

2.1 門站和CNG加氣站破壞情況

門站輸氣管道在地震時發生扭曲震動，地震后管道未發現有破壞并且基本恢復震前狀態，但部分管道支撐與下部的混凝土臺座發生一定的錯動。CNG加氣站儲蓄罐底部支座混凝土被壓碎，高壓儲氣罐閘門和輸氣管焊接處斷開，震時燃氣發生外泄，儲蓄罐和輸氣管的破壞如圖3所示。

圖3 儲蓄罐和輸氣管的破壞

圖4 低壓配氣支管和戶外表箱的破壞

2.2 中壓配氣管道和低壓配氣支管破壞情況

在這次地震后管道恢復供氣的過程中，截止到2009年1月4日已停止使用管道392處，停止使用管道大部分是由于地震后該區域房屋無法使用導致，而配氣管道本身的破壞并不嚴重，破壞管道中PE管的破壞程度小于鋼管。在震后搶修過程中已明確發現的鋼管破壞主要有4處:青城山青青園的寶塔垮塌砸壞鋼管;太平街養路段有鋼管三通被破壞;太平街林業中心醫院有一處明跨鋼管因建筑物倒塌被砸壞;觀景路金葉賓館有一處橋管因大橋在地震中垮塌造成管道破壞。此外，對于震后快速修復時氣密性測試中存在問題的中壓埋地管道，由于當時搶險工作時間有限，為了確保在最短的時間內恢復供氣，多數沒有對其進行開挖檢查，而是采取埋設新管道的措施，以盡快實現供氣，故不能確定管道產生漏氣的具體原因。在地震中燃氣管網的地面設施受損嚴重，主要是由于地震中建筑物的變形、破損、垮塌導致大量的地面低壓配氣管道和調壓設備(主要是調壓器)的損壞(圖4)。

2.3 閥門破壞情況

在恢復供氣過程中檢測出的閥門破壞狀況主要有閥門與管道連接處斷裂，由地震引起的閥門的內泄，不能啟動，其中內泄占閥門損壞的大多數。目前在已安裝的134臺鋼閥中共損壞8臺，已安裝227臺的PE閥中，共損壞33臺。鋼閥和PE閥的具體破壞情況統計詳見表2和表3。

閥門破壞主要有三方面原因:①產品本身質量問題是閥門發生破壞的原因之一，已將2000年之前安裝使用的PE球閥破壞樣品送回北京進行扭曲試驗和落錘試驗，內泄原因待定;2000－2005年9月安裝使用的PE閥，由于球閥扳手帽材質較軟且未加注銷子，可能致使扳手帽打滑、變形，導致閥門關閉不嚴，致使閥門內泄;2005年9月－2008年6月安裝使用的PE閥，由于安裝使用時間短，并且廠家已經對原PE閥自身存在的缺陷作了相應改進，故尚未發現問題。②施工時安裝過程的不規范可能導致閥門的破壞，由于在安裝時閥門未作水平和垂直校驗，啟閉閥門時由于受力不平衡造成閥門的損傷，導致內泄現象發生。③維護不當也可能導致閥門的破壞，部分閥門在運行維護管理中由于啟閉閥門時未全開全閉，可能造成管道內灰塵進入密封圈，從而導致閥門關閉不嚴而出現內泄現象［1－2］。

表2 都江堰市燃氣管網鋼閥破壞情況統計

表3 都江堰市燃氣管網PE球閥破壞情況統計

3 應急處置及災后恢復

3.1 應急處置

地震發生后都江堰集能燃氣公司迅速啟動應急預案，將應急搶險車輛和搶險器材設備從辦公大樓車庫中轉移到安全地帶，成立了天然氣應急搶險指揮領導小組，對天然氣系統事故的應急搶險工作進行了安排布置［1－2］，應急處置過程如圖5所示，主要包括門站應急處置、CNG加氣站應急處置和管網泄漏的應急處置，具體內容如下:

圖5 震后應急處置流程圖

(1)門站內值班人員在震后第一時間關閉了流程區內城區、鄉鎮出站安全切斷閥，停止了向全市的天然氣輸送，關閉了進、出站閥門，徹底切斷上游氣源，對場站流程內的天然氣進行放空［1－2］。

(2)CNG加氣站震后立即停止壓縮機運行，關閉儲氣庫閥門，切斷進站氣源和電源，對管道內壓縮天然氣進行放空，迅速疏散站內加氣車輛，由于地震后現場比較混亂，場站周邊集聚人員很多，故未對站內儲氣罐中的天然氣進行放空［1－2］。

(3)城區管網泄漏應急處置主要采取在接到用戶報警后，派搶險隊趕到現場切斷氣源、疏散人群并設置警戒線。鄉鎮管網發現泄漏時，鄉鎮天然氣協管員便關閉鄉鎮管網的主控制閥門，在天然氣管道斷裂并發生泄漏的地段，當地鄉鎮黨委政府組織人員對泄漏現場進行疏散和警戒，并通知搶險隊趕往現場進行處理［1－2］。

3.2 災后恢復

為統一指揮，震后都江堰集能燃氣公司迅速成立了抗震救災指揮中心，以“以最快的速度、最短的時間，確保安全供氣，確保萬無一失”為目標［2］展開災后恢復工作，恢復過程如圖6所示，主要包括長輸管線恢復運行、配氣站恢復運行、CNG加氣站恢復運行、主干線恢復運行、城鄉支線管網恢復運行以及用戶戶內恢復運行6個環節。

圖6 震后恢復流程圖

(1)長輸管線恢復過程中首先對地震發生后彭州至都江堰長輸管線進行氣密性檢測，對天然氣壓力進行監測，同時派出巡線人員對彭州至都江堰長輸管線受損情況進行徒步檢查［1－2］，從各方匯總的檢測信息顯示彭州至都江堰天然氣長輸管道在此次地震中未受到明顯損壞，具備通氣運行條件。

(2)配氣站恢復運行時對配氣站站內流程設施進行檢查檢修，確保在配氣站具備恢復供氣條件后，對整個流程區內的管道進行了嚴密性檢查，經檢查管道嚴密性良好，配氣站內整個流程運行狀況正常。在電力搶修部門的配合下，恢復了站內供電系統，配氣站做好了隨時向城區恢復供氣的準備［1－2］。

(3)CNG加氣站在地震中有部分設施造成損壞，在恢復工作開展前組織站內技術人員對兩座加氣站的設備設施進行了檢查，對檢查發現的問題及時予以了處理，并對壓縮機地腳螺栓、高壓管道的接頭和卡套進行了緊固;并邀請相關設備生產廠家技術人員到站對壓縮機、脫水裝置、儲氣罐、充裝棚進行全面的檢查并對存在的問題進行處理;也約請設備安裝公司技術人員以及政府相關管理部門和監理公司會同加氣站技術人員對兩個加氣站站內的各種設備、壓力容器和壓力管道進行檢查，對受損的設備配件、閥門和天然氣管道進行修復和更換，并利用儲氣罐內的天然氣對高壓管道進行嚴密性試壓和強度試壓;由于第三加氣站高壓儲氣罐與安全閥連接的大小頭接管處斷裂，短期內無法修復，確定了先恢復第三加氣站日常運行，待材料和手續等條件具備后，再對受損高壓儲氣罐進行維修的方案;第三加氣站在汶川震中周圍圍墻全部倒塌，為了確保運行安全，及時將儲氣罐側加裝彩條布，防止無關人員進入;另兩座加氣站實行站內管理人員24 h值班制，負責組織遇突發事件的處置和安排工作。

(4)主干管線恢復運行采取對城鄉主干管線分段進行嚴密性試壓，試壓介質采用空氣，穩壓時間為4 h。經檢查絕大部分管線在穩壓4 h后無壓降，嚴密性試壓合格，對于個別有明顯的壓力下降的管線，采取縮小分段范圍等措施查找漏點，分析進一步檢測的結果后判定管線試壓合格，分析表明導致壓力明顯下降的原因是管線沿線的支線閥門內泄造成［1－2］。

(5)城鄉支線管網恢復運行時對支線管網采用天然氣作為試壓介質進行試壓，對支線閥門后端受損嚴重的片區，先暫時在支線閥后端實施封堵。具體試壓方案為:首先關閉試壓管段后端所有樓棟中壓力管截斷閥，對受損嚴重和垮塌的樓棟在樓前埋地中壓管道上實施封堵，在其中一個調壓箱前安裝0.4級壓力表，準備就緒后開啟支線閥門，待管道內天然氣壓力升至0.2 MPa時，關閉支線閥門穩壓1 h，無壓降為試壓合格。同時在試壓過程中重點對支線閥門運行狀況進行檢測，對檢測中發現的存在內泄和無法啟閉的閥門及時進行更換［1－2］。檢測結果表明，地震未對都江堰市埋地天然氣管道造成明顯破壞，其中絕大部分管線運行狀況良好，個別管線存在不同程度的損壞，同時有相當分部埋地閥門存在內泄和無法啟閉的現象。

(6)用戶戶內恢復供氣則根據各地區的具體情況，組織人員對具備恢復通氣條件的樓棟分別進行燃氣管道的檢查維修。具體的檢查項目包括:對用戶戶內低壓燃氣管道的絲接點進行泄漏檢查，并采用U型壓力計對用戶戶內低壓燃氣管道進行嚴密性檢測，10 min無壓降為合格［2］。

3.3 救災成效

由于各項應急處置措施及時有效的實施，都江堰市在這次地震中并未發生一起燃氣事故，高效的應急處理同時為震后恢復供氣工作的順利開展提供了強有力的保障，確保搶險及時率達100%［1－2］。

4 救災經驗總結

汶川地震都江堰市燃氣系統的抗震救災工作，取得了較好的應急處置和災后恢復效果，并在天然氣系統的地震應急和震后恢復方面積累了寶貴的經驗，同時也發現一些環節中存在著不足之處。

4.1 應災經驗總結

(1)加強管理部門內部的交流非常重要。各部門之間及時進行工作對接，迅速了解并掌握各施工點恢復運行的工作進度，便于研究解決工作中存在的問題，并對下一步的工作統一安排部署，從而確保了地震后恢復運行工作有序、高效地開展［2］。

(2)注重工程質量是關鍵。在燃氣工程設計、施工、驗收等環節上，要嚴格執行國家行業相關規范和標準，堅持工程質量一票否決制［1－2］，燃氣工程的質量是經受住了此次特大地震考驗的重要保證。

(3)日常工作的細致是震后迅速恢復供氣的重要條件。強化對管道薄弱環節的巡線測漏工作，地理環境較為復雜地段和人群較密集地點的埋地管道要增加測漏頻率，穿跨越化糞池、污水溝、河流等地段的地下管道要進行銹蝕監控。加強對老片區埋地管道的測漏工作，制定老片區定期試壓時間，確保老片區管網的安全平穩運行［3］。同時加強巡線管理工作，巡線人員進行定期的換片區巡線工作，做到每個巡線人員對所有管線都熟悉。

(4)利用地理信息系統對管網進行數字化管理，可以方便查閱各段管道的情況，在抗震救災和恢復過程中發揮了重要作用［3］。

4.2 存在問題

(1)盲目封堵。對個別支線進行封堵試壓過程中存在盲目封堵的情況，在對整條支線后端用戶情況沒有充分了解的情況下，盲目進行封堵，給后期恢復工作造成較大困難。由于工作對接不到位，個別存在內泄的埋地閥門未能及時被更換，導致管網恢復運行后，因閥門不能實施有效切斷，影響了后期恢復運行工作的有效開展。埋地管網的地理信息數字地圖存在個別線路與現場實際情況不符、部分區域的管線未能在數字地圖上準確反映等情況。缺乏有效的通訊保障手段，震后通訊不暢，嚴重影響了各項指令的傳達和信息傳遞。

(2)應急準備不足。巡線人員儲備不足，且只熟悉自己負責片區的埋地管網情況，對總管網的信息掌握不足。各崗位職責精細化管理和部門內部工作細則有待進一步完善。對早期安裝的埋地鋼質管道的測漏工作和腐蝕檢測不夠細化，搶修搶險機具設備配置不夠且維護管理不到位，應急準備不充分［2］。

(3)資料不完備。平時埋地管線(隱蔽工程)竣工資料的收集和整理不完整、不準確，部分管線位置在原竣工資料上未能充分體現，部分管線的存檔資料與實際狀況存在差異。在恢復運行工作初期，未能將搶修工作中涉及的管線封堵和增設閥門情況、現場管線位置與數字地圖不符的情況及時進行整理并歸檔。

(4)管網設計不合理。存在同一個片區有2條甚至更多進氣管線的情況。很多小區埋地管道安裝在狹窄的通道內。支線閥門設置過少，支線片區過大。這些都不符合燃氣管網設計的基本原則，也不便于管網的運行維護管理［2］。

4.3 建議

(1)對多數在氣密性試壓實驗中發現泄漏的埋地管道，由于當時時間緊迫，只是采取埋設新管道的措施，以盡快實現供氣，沒有對其進行開挖檢查，故無法確定管道泄漏的具體情況。建議在燃氣管網恢復重建的過程中，對破壞處中壓埋地管道進行開挖檢查，以徹底查明各處管道產生泄漏的部位，破損情況及原因等，從而確定管道的薄弱環節。在以后的工作中，加強對管道薄弱環節的維護，以確保管道的安全運行。

(2)鋼管的銹蝕是一個待解決的問題，在此次地震管道受損統計中可以發現鋼管的損壞程度遠大于PE管，而鋼管的損壞多是由鋼管的腐蝕造成的，建議對后期新埋設的鋼管管道和已埋設的鋼管管道應采取適當保護措施，以提高鋼管的反腐蝕能力，延長鋼管的使用壽命［4－7］。

(3)抗災過程中絕大部分管線在穩壓4 h后無壓降時即認為嚴密性試壓合格，并恢復供氣，多數埋地管道受地震影響的實際情況不明，如是否能確保已通氣管道完全無泄漏，除泄漏外地震是否對管道造成其它損傷，采取什么有效手段能在不大面積開挖管道的前提下判斷管道損傷的位置和程度，如何評估管道的剩余壽命等，都需要進一步探討，找到合適的解決問題途徑。此外，地震中橋管受到了不同程度的影響，怎樣判斷地震是否帶來地質條件變化并因此造成橋管入土端的差異沉降，怎樣評價這種沉降對橋管的影響，怎樣設置補償器以克服這種不利影響等等，也都是需要解決的問題［3－6］。

(4)對埋管進行全面探測，及時補充和更新燃氣管網數字化管理的地理信息平臺，完善埋地管道的信息，方便震后的搶修和恢復供氣。

(5)建立地震應急處置系統和日常健康監測系統。日常健康監測系統對正常工作條件下的管網的安全性能進行實時監測，可增強日常運營的穩定性;當突發狀況發生時，根據健康監測系統的監測結果，判定整個系統的可靠性，地震應急處置系統將自行啟動應急處置，可減少管網的破壞和一些次生災害的發生［8－10］。

［1］戴質，謝飛，黃建儒.“5.12”汶川大地震天然氣應急處置、災后搶險恢復供氣及我們的思考［J］.城市燃氣，2009(5):3－6.

［2］都江堰市集能燃氣有限公司.“5.12”汶川大地震天然氣應急處置及災后恢復供氣工作總結［R］.2008.

［3］劉曉艷，姚安林，毛建，等.汶川大地震后反思城市燃氣生命線工程［J］.上海煤氣，2009(1):19－21，43.

［4］王可仁，廖復中.關于燃氣管道嚴密性試驗的討論［J］.上海煤氣，2009(3):37－40.

［5］王敬凡.燃氣管道的腐蝕和檢測技術［J］.上海煤氣，2008(3):15－17.

［6］張魯冰，張同，顏偉.燃氣輸配管道抗震措施初探［J］.城市燃氣，1999(2):12－14.

［7］王智熙，阮吉斐.PE燃氣管道應用技術研究［J］.城市燃氣，2004(8):16－18.

［8］翟玉文，艾學忠，張振軒.城市地下燃氣管道泄漏監測報警系統設計［J］.吉林化工學院學報，2009，26(2):60－61，78.

［9］杜曉燕，黃發樑.地震災害風險要素及汶川震后次生災害防治與管理的探討［J］.災害學，2008，23(S0):82－87.

［10］楊學山，劉華泰，楊志立.一種自動地震煤氣關閉閥門的設計［J］.災害學，2009，24(3):121－123.