長輸管道穿越地震斷層抗震措施

陳偉(中油遼河工程有限公司 油氣管道所，遼寧　盤錦　104010)

長輸管道穿越地震斷層抗震措施

陳偉(中油遼河工程有限公司 油氣管道所，遼寧盤錦104010)

地震斷裂層對管道的破壞是最嚴重的一種形式，文中關于地震對管道破壞的主要影響因素進行了分析，主要包括淺埋，穿越角度，以及回填土，且提出了管道穿越地震斷裂帶時應考慮的抗震措施。

地震斷層；破壞原理；抗震措施

近年來，隨著國內經濟的不斷發展，長輸管道的建設事業也突飛猛進，目前國內已經逐步形成了縱橫東西，橫跨南北的管道格局。同時伴隨著管道建設技術的不斷發展，管道應對自然地質災害的要求和技術不斷提高。經過多年來的研究和實踐證明，地震是對埋地管道破壞最為嚴重的一項自然災害，目前國內管道建設項目中關于管道抗震措施的研究都引起的人們極大的重視。

1　地震斷層對管道的破壞原理

地震對管道破壞最為嚴重的方式主要有地表斷裂、土壤液化、滑坡三種方式。而地震斷裂層對管道的破壞也是最嚴重的一種形式，也是本文研究的重點。斷層是兩部分地殼板塊之間擠壓而導致斷裂面，并沿該斷裂面發生相對運動。斷層類型有三種：

走滑斷層——主要運動發生在水平面；

正斷層——正斷層使管道承受拉伸變形；

逆斷層——逆斷層使管道承受壓縮變形。

斷層對管道的破壞方式有三種可能的破壞模式：拉裂、局部屈曲和梁式屈曲。埋地鋼管在穿越正斷層或以β≤90°的交角穿越走滑斷層時，主要承受拉力，破壞模式為拉裂。通常極限拉應變取4%，大于該值即認為管道已發生拉裂破壞。地下管道穿越逆斷層或以β＞90°的交角穿越走滑斷層時，主要承受壓力，其可能的破壞模式包括局部屈曲和梁式屈曲。

2　減少地震斷裂層破壞管道的主要理論方法

2.1淺埋

淺埋管道適應斷層運動的能力和埋深成反比，淺埋可以使作用在管子上層壓力的縱向摩擦力減小，管子在地震時容易變形，不易破壞，對可能產生大的位移錯動斷層的管道，可砌筑管溝，且使管子在溝內能自由地做橫向和縱向運動。在活斷層區地下鋪設的管道埋深最好不超過1.0米，提高管材的延性。材料的延伸率越高，允許的拉伸應變值就越大。壓縮需用應變與管壁厚度成正比，因而采用鋼號低（延性大）的厚壁管道最好。還要注意現場焊接的焊縫質量，避免由于壁厚突然變化引起應力集中。

2.2穿越夾角

正確選擇斷層平面與管軸之間的夾角β，使管線在斷層運動時受拉。避免受壓，這是因為管材的耐拉伸性能由于耐壓縮性能。正確選擇管道穿越斷層的位置，因為斷層位移的大小和斷裂帶寬度在一條斷層上并不相同，應盡可能根據有關資料查找斷層位移和斷裂帶寬度最小的地方埋設管道。由于斷層線附近地標運動十分復雜，形成寬度不一的錯亂地帶，管道鋪設方向不得與斷層線平行。

2.3管道回填土

管道適應斷層運動的能力與管土之間的摩擦系數μ及回填土的容量γ成正比，因而選取μ和γ盡量低的土做回填土。管道適應斷層運動的能力與壁厚成正比，例如壁厚為14mm的管子比壁厚為10mm的管子適應斷層運動的能力大40%。大口徑（760mm以上）的油氣管道穿越斷層區時應采用壁厚不小于12mm的管材。實際錨固點即固定墩的位置應遠離斷層，使管線有足夠的滑動長度提供管線允許錯動位移，同時也可避免由于斷層橫向錯動將管子剪斷。彎頭能吸收一部分過渡段的位移，且彎頭的曲率半徑越大，吸收變形的能力越強，因而有條件時可在過渡段內設彎頭。

3　管道穿越地震斷層抗震措施

3.1應選擇斷層位移和斷裂寬度較小的地段通過。

3.2管道與斷層錯動方向的交角宜為30°～70°，不得大于90°。

3.3以水平走滑為主的活動斷層和正斷層，在斷裂帶及其兩側400m內應增大管溝寬度，管溝寬度宜大于沿管道法線方向的斷層水平位移，管溝坡度不宜大于30°，并應采用疏松砂土淺埋。逆沖斷層應專門研究。

3.4在設固定墩時，固定墩與活動斷層的距離應為同側管道滑動長度的1.5倍～2.0倍。在滑動長度內，不應采用不同直徑或壁厚的管道，不應設三通、旁通和閥門等部件。斷層一側的管道滑動長度宜按下式計算：

式中L1——斷層一側的管道滑動長度（m）；

σ2——管道應力一應變簡化折線中彈塑性區與塑性區交點處的應力（Pa）。

3.5通過斷層的管道采用埋地敷設不能滿足抗震要求時，宜將管道敷設于地上或架空，并應保證管道在軸向與橫向上自由滑移，同時應采取相應的安全保護措施。

3.6通過沉陷區的管道，有條件時可采用地面或地上（跨越）敷設。

3.7敷設于嚴重液化區的管道可采取換填非液化土并夯實、抗浮樁及襯鋪壓土等措施。埋設于液化區較長的管道，可分段采取抗液化措施。

3.8確需在難以繞避的滑坡區內敷設管道時，控制滑坡可采取減載、支擋、錨固及排水措施。

3.9采用直埋式穿越水域或溝壑的管道，其斜坡角不應大于30。

4　結語

在今后的管道建設中，長輸管道抗震問題的研究將會繼續深入，尤其是在管道抗震應變分析，管道地震監測和預警方面，目前我們在這些方面掌握的技術水平還較為落實，這都是我們今后研究的方向。相信在當前管道建設期的大好環境中，我們的長輸管道建設技術水平也將有突飛猛進的發展。

［1］閆相禎；張立松；楊秀娟.《管道穿越地震斷層管土耦合大變形殼模型的應變響應規律研究》.土木工程學報.2010年08期.

［2］王朔；趙東風；劉義.《地震災害作用下長輸管道安全性研究進展》.安全與環境工程.2011年06期.