淺析燃氣管道穿跨越工程抗震技術(shù)

郭永紅（唐山市燃氣集團有限公司，河北 唐山 063000）

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淺析燃氣管道穿跨越工程抗震技術(shù)

郭永紅
（唐山市燃氣集團有限公司，河北 唐山 063000）

摘 要：本文基于地震災(zāi)害對燃氣管道所產(chǎn)生的影響進行深層次地分析，并結(jié)合實際案例針對燃氣管網(wǎng)易受地震破壞的因素提出燃氣管道穿跨越工程抗震技術(shù)要點，其在解決燃氣管道穿跨越工程實際施工過程的抗震技術(shù)上具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：燃氣管道；穿跨越工程；地震；抗震技術(shù)

目前我國對地震災(zāi)害的預(yù)測技術(shù)研究仍處于起步階段，不能及時準確地預(yù)知到地震災(zāi)害的發(fā)生。因此在地震災(zāi)害面前，提升燃氣管網(wǎng)的抗震等級、做好防御工作十分重要。

一、地震對燃氣管道及設(shè)施的影響

地震災(zāi)害具有瞬時性、強災(zāi)害性的特點。其對燃氣管道及設(shè)施主要有直接影響和次生影響兩方面。而對燃氣系統(tǒng)而言，地震造成的間接毀壞往往更為嚴重。

1 直接影響：由于地震引發(fā)的地表震動以及斷層破壞，可導(dǎo)致燃氣管道尤其是穿跨越位置的管道以及閥門的破裂、錯動，進而造成城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)癱瘓，燃氣泄漏，影響正常的燃氣供應(yīng)和使用。

2 次生影響：地震所導(dǎo)致的燃氣管道破裂會造成燃氣的泄漏，遇明火極易引發(fā)火災(zāi)甚至是爆炸事故的發(fā)生，造成環(huán)境污染的同時，也進一步加劇了地震災(zāi)害的破壞程度，而由火災(zāi)和爆炸引發(fā)的混亂也給災(zāi)后營救帶來了不良影響；同時，由于地面振動造成地表建筑物坍塌，使得交通通信系統(tǒng)癱瘓，由燃氣管道泄漏引發(fā)的火災(zāi)、爆炸災(zāi)情往往無法及時采取營救措施，也給震后燃氣管道的搶修工作帶來了困難。

二、影響燃氣管網(wǎng)地震破壞的因素

1 地震烈度。地震烈度用于衡量地震的劇烈程度或?qū)Νh(huán)境的破壞程度，震級愈大，震源愈淺，地震烈度也就愈大，從而對燃氣管網(wǎng)的毀壞性也就愈強烈。

2 空間及場地條件。由于場地條件不同，如空間的開闊性差異、空間方位差異、場地地質(zhì)條件差異、管段的埋深（覆蓋土層厚度差異）等因素都會影響地震對燃氣管網(wǎng)的破壞程度。通過相關(guān)的理論研究，可發(fā)現(xiàn)燃氣管道受震災(zāi)的影響程度與周圍土層的性能聯(lián)系密切。一般地說，埋置于軟土地基地區(qū)的細顆粒土地段管道受災(zāi)影響程度相比其他粗顆粒土質(zhì)區(qū)更為嚴重。

圖1 管道穿越斷裂帶立面圖（本圖尺寸單位為mm）

3 管材。除了外界因素的影響，管道本身的性能與受震災(zāi)影響程度也息息相關(guān)。在市政工程中，常用的燃氣管道管材主要有鑄鐵、鋼材以及目前取得較快發(fā)展的聚乙烯（PE）管材。考慮到管道的整體抗震性能，需選用延展性、強度優(yōu)良的管材，而鋼材和PE管材的性能明顯高于鑄鐵管材，故在近幾年得到廣泛應(yīng)用；同時，PE管材采用熱熔型連接，對整體抗震性能有一定提升，對于PE管材的研究具有一定的現(xiàn)實意義。

4 管道口徑及厚度。筆者據(jù)多方面實地考察研究發(fā)現(xiàn)，管道口徑大、壁厚大的管道有著更優(yōu)越的抗震性能。

5 管內(nèi)壓強。影響燃氣管道抗震性能的因素還包括管內(nèi)燃氣壓強的大小。相關(guān)研究實驗表明，高壓管道在遇到地震破壞時，由于管內(nèi)的高壓氣體產(chǎn)生了一定的緩沖作用，故管道受震形變較小，可承受地震荷載大，抗震性能高于低壓管道。

三、燃氣管道穿跨越工程抗震技術(shù)要點

1 管道線路工程地質(zhì)勘察

管道沿線地質(zhì)工程的勘察主要包括初步勘察以及后續(xù)詳細勘察兩部分內(nèi)容。

在初步勘察中，需對土質(zhì)的構(gòu)造、土層、巖質(zhì)等參數(shù)進行實地調(diào)研，同時結(jié)合相關(guān)參考資料，對管路沿線地質(zhì)進行初步勘察，給出初步勘察報告；

后續(xù)詳細調(diào)查主要是對管道周圍土質(zhì)、水文條件進行考察調(diào)研，根據(jù)工程勘察等級確定合適的勘測點和勘察深度，為后期的管網(wǎng)設(shè)計提供參考。

2 管道壁厚及管材

管道本身的性能與受震災(zāi)影響程度也息息相關(guān)，基于前文研究的管道壁厚與管材對抗震性能的影響可以得出，從管道本身性能參數(shù)方面來考慮燃氣管道穿跨越工程抗震性能的提升，應(yīng)選用管道壁厚較大且延展性及強度優(yōu)良的管材，如鋼材或者是聚乙烯（PE）管材等。而且由于采用熱熔型連接的特點在抗震方面有著更好的表現(xiàn)，因此PE管材具有良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。

3 管道的焊接

燃氣管道的焊接形式對管道抗震性能也起著重要的作用，目前提升管道焊接性能以達到抗震目標的主要方式為采用半自動焊接工藝或者是手工向焊焊接；

其次，在焊接結(jié)束后應(yīng)針對管道的焊縫按照相關(guān)流程進行檢測，抗震性能。

4 管道敷設(shè)

針對不同環(huán)境的抗震要求，對管道鋪設(shè)方式進行調(diào)整。

目前多數(shù)施工單位采用的管道敷設(shè)方式為直埋方式敷設(shè)，對不同地理環(huán)境應(yīng)考慮其耕作深度以及荷載的差異，合理布置土層覆蓋厚度；當出現(xiàn)管道彎轉(zhuǎn)或者變徑時，應(yīng)視具體情況不同而采取彈性鋪設(shè)方式，以減免地震災(zāi)害對燃氣管網(wǎng)的影響程度。

5 閥門的選型及控制機構(gòu)

閥門對燃氣管道抗震性能的影響主要是考慮其調(diào)整的靈活度需求，目前較為科學的閥門控制系統(tǒng)采用了氣液聯(lián)動的直通式球閥技術(shù)，當?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時，可以通過控制閥門來及時切斷燃氣供應(yīng)系統(tǒng)，最大程度地減少燃氣泄漏及其次生災(zāi)害的發(fā)生。

另一方面，對于控制系統(tǒng)的改進現(xiàn)多采用遠程控制的方式，對快速發(fā)生的地震及時采取應(yīng)用措施，進而起到良好的抗震效果。

6 SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)，全名為Supervisory Control And Data Acquisition系統(tǒng)，是一種基于計算機控制下的信息獲取及分析、傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。

在燃氣管網(wǎng)抗震系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用對于提升信息的準確性以及信息傳輸?shù)募皶r性起到重要的作用。通過SCADA系統(tǒng)可對整個燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)進行檢測及及時調(diào)控，當?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時，可通過該系統(tǒng)對于燃氣管網(wǎng)中的問題及時檢測并采取施救措施，保證燃氣管道施工的安全。

7 通過活動斷裂帶的抗震技術(shù)

在燃氣管道穿跨越工程中，當管道通過活動斷裂帶時，對于抗震問題的措施可采用架空鋪設(shè)、彈性連接、布置維護鋪墊等方式，以盡量減少地震對于燃氣管網(wǎng)的影響。

四、實際案例分析

在此，結(jié)合西氣東輸冀寧管道工程進行實例分析。該項目的燃氣管路全長為910km，其中由于環(huán)境地形差異，管路需穿越斷裂層18條，且有兩條處于活動斷裂帶。針對穿跨越的斷裂帶不同，根據(jù)實地勘測和相關(guān)抗震研究確定了合理的抗震措施。

1 當需穿跨越的斷裂帶主要為正斷，帶寬5m～25m時，且可發(fā)生的破壞性地震水平斷錯2m～4m，垂直斷錯0.4m～0.8m，采取以下對策。

（1）斷面處管道加厚。壁厚18.4mm。

（2）管道鋪設(shè)方案為斜坡管溝方案，如圖1所示。

（3）在處理管道變向問題時，應(yīng)用彈性鋪設(shè)。

（4）在斷裂帶管道兩周設(shè)置全線閥室，當出現(xiàn)地震災(zāi)害，可以有效切斷供氣。

（5）管道焊縫射線復(fù)查。

（6）管道材料選用光滑，表面摩擦系數(shù)低的管材，有利于形變。

2 當需穿跨越的斷裂帶主要為逆右旋走滑，帶寬20m～50m，且可發(fā)生的破壞性地震水平斷錯2m～4m，垂直斷錯0.4m～0.8m，采取以下對策。

（1）項目采取特殊斷面的管溝方案穿越斷面，其中管溝底部應(yīng)做到平整，合理確定開挖方案。

（2）通過比較各種方案，最終確定管道鋪設(shè)方案為斜坡管溝方案。

（3）當管道通過斷裂層時，采取加厚管路，壁厚規(guī)格為18.4mm。

（4）對于斷層處的管路采取彈性連接敷設(shè)的方式對管道的轉(zhuǎn)向。

（5）對管路接縫處采取100%X射線檢查。

（6）提升抗腐蝕性能，采用3PE加強級防腐措施。

結(jié)語

本文對管道穿跨越工程施工中的抗震技術(shù)進行了相關(guān)分析，總結(jié)了燃氣管網(wǎng)受地震災(zāi)害的影響因素，并針對各項因素對燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)提出了改進措施。相信隨著科技不斷進步，燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的抗震性能會不斷提升，進而促進人民生活水平的提高。

參考文獻

［1］國家發(fā)展和改革委員會. SY/T0053-2004，油氣田及管道巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］ GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

中圖分類號：TE83

文獻標識碼：A