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(guān)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(yīng)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(nèi)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，長輸管道的建設(shè)事業(yè)也突飛猛進，目前國內(nèi)已經(jīng)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(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，管道應(yīng)對自然地質(zhì)災(zāi)害的要求和技術(shù)不斷提高。經(jīng)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(zāi)害，目前國內(nèi)管道建設(shè)項目中關(guān)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(dǎo)致斷裂面，并沿該斷裂面發(fā)生相對運動。斷層類型有三種：

走滑斷層——主要運動發(fā)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(yīng)變?nèi)?%，大于該值即認為管道已發(fā)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(yīng)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(chǎn)生大的位移錯動斷層的管道，可砌筑管溝，且使管子在溝內(nèi)能自由地做橫向和縱向運動。在活斷層區(qū)地下鋪設(shè)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(yīng)變值就越大。壓縮需用應(yīng)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(xiàn)場焊接的焊縫質(zhì)量，避免由于壁厚突然變化引起應(yīng)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(yīng)盡可能根據(jù)有關(guān)資料查找斷層位移和斷裂帶寬度最小的地方埋設(shè)管道。由于斷層線附近地標運動十分復(fù)雜，形成寬度不一的錯亂地帶，管道鋪設(shè)方向不得與斷層線平行。

2.3管道回填土

管道適應(yīng)斷層運動的能力與管土之間的摩擦系數(shù)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(yīng)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(yīng)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(qū)時應(yīng)采用壁厚不小于12mm的管材。實際錨固點即固定墩的位置應(yīng)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(nèi)設(shè)彎頭。

3　管道穿越地震斷層抗震措施

3.1應(yīng)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(cè)400m內(nèi)應(yīng)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(yīng)采用疏松砂土淺埋。逆沖斷層應(yīng)專門研究。

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

式中L1——斷層一側(cè)的管道滑動長度（m）；

σ2——管道應(yīng)力一應(yīng)變簡化折線中彈塑性區(qū)與塑性區(qū)交點處的應(yīng)力（Pa）。

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

3.6通過沉陷區(qū)的管道，有條件時可采用地面或地上（跨越）敷設(shè)。

3.7敷設(shè)于嚴重液化區(qū)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(shè)于液化區(qū)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(qū)內(nèi)敷設(shè)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(yīng)大于30。

4　結(jié)語

在今后的管道建設(shè)中，長輸管道抗震問題的研究將會繼續(xù)深入，尤其是在管道抗震應(yīng)變分析，管道地震監(jiān)測和預(yù)警方面，目前我們在這些方面掌握的技術(shù)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(shè)期的大好環(huán)境中，我們的長輸管道建設(shè)技術(shù)水平也將有突飛猛進的發(fā)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(yīng)變響應(yīng)規(guī)律研究》.土木工程學(xué)報.2010年08期.

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