地下油氣管網(wǎng)建設(shè)中的若干地震安全問題淺析
——以平陸城區(qū)為例

張龍飛，董 斌

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030025)

?

·工程抗震·

地下油氣管網(wǎng)建設(shè)中的若干地震安全問題淺析
——以平陸城區(qū)為例

張龍飛1，2，董 斌1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030025)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國(guó)各地正在進(jìn)行大規(guī)模的城市地下油氣管網(wǎng)建設(shè)，我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，一旦城市地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈地震，很容易引起城市地下油氣管道破裂失效，從而造成極其嚴(yán)重的后果。文章以1815年平陸6級(jí)地震為背景，結(jié)合平陸地區(qū)的地震構(gòu)造及地震活動(dòng)環(huán)境，針對(duì)平陸城區(qū)地下輸氣管網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)狀，論述了地震工作對(duì)城市未來發(fā)展規(guī)劃的重要性，從地震及非地震誘發(fā)角度提出一些降低管道破裂失效風(fēng)險(xiǎn)的建議。

1 平陸地區(qū)地震構(gòu)造及地震活動(dòng)環(huán)境

(2) 平陸地區(qū)位于靈寶斷陷盆地內(nèi)部，該單元處在中條山強(qiáng)烈隆起區(qū)南側(cè)，新生代的始新世—漸新世，靈寶盆地作為汾渭斷陷帶的一部分?jǐn)嘞莩两?，到晚第三紀(jì)的中新世時(shí)期，靈寶盆地由前期的斷陷沉降轉(zhuǎn)為抬升，直到上新世又轉(zhuǎn)為斷陷沉降。因此，盆地內(nèi)缺失中新統(tǒng)地層而上新統(tǒng)不整合堆積于下第三系地層之上。上新世的斷陷沉降一直延續(xù)到第四紀(jì)的早、中更新世，堆積了上新統(tǒng)和下、中更新統(tǒng)的河湖相沉積，晚更新世以來以黃土堆積為主，其沉積特征基本不反映盆地的構(gòu)造沉降狀態(tài)。第四紀(jì)時(shí)期，靈寶盆地第四紀(jì)最大斷陷幅度在靈寶一帶約500 m，平陸一帶為300 m。據(jù)地貌、巖性、地層等又劃分為潼關(guān)凹陷、靈寶凹陷、淹底凹陷和野鹿凹陷4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，其中以靈寶凹陷面積最大，斷陷最深，是靈寶盆地的主體。靈寶凹陷第三紀(jì)斷陷深度3 000 m，地貌為坡度向南傾的黃土臺(tái)地區(qū)，地層主要為早更新世至中更新世的湖積物、沖洪積物和晚更新世的黃土。

(3) 平陸所在的潛在震源區(qū)是靈寶盆地內(nèi)的一個(gè)凹陷區(qū)，也是山西南部地殼變薄的延伸帶，盆地內(nèi)NEE、NNW、NW向隱伏斷裂發(fā)育。1556年陜西華縣8級(jí)強(qiáng)震，對(duì)平陸地區(qū)的影響烈度為Ⅷ度；1815年平陸6級(jí)強(qiáng)震，震中烈度為Ⅸ度[2]。因此，震級(jí)上限定為7.0級(jí)。

圖1 平陸6級(jí)地震等震線圖Fig.1 Isoseismic map of the Pinglu M 6 earthquake

地震構(gòu)造和地震活動(dòng)性資料均表明，位于靈寶斷陷盆地內(nèi)部的平陸地區(qū)差異活動(dòng)明顯，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，是地震活動(dòng)較強(qiáng)烈的地區(qū)。

2 平陸城區(qū)天然氣管網(wǎng)的建設(shè)與城市的規(guī)劃發(fā)展現(xiàn)狀

平陸城區(qū)地下天然氣管網(wǎng)主要包括平陸縣城管網(wǎng)輸配系統(tǒng)及其配套設(shè)施，根據(jù)道路規(guī)劃和目前道路的情況，應(yīng)結(jié)合城市建設(shè)布局、發(fā)展以及居民用戶、商業(yè)用戶的分布來統(tǒng)籌布置輸配管網(wǎng)。老城區(qū)輸配管網(wǎng)采取支狀布置，新區(qū)采取環(huán)狀布置。從平陸門站出中壓管道209國(guó)道到縣城，從太陽(yáng)路往老城區(qū)和新城區(qū)供氣，其管網(wǎng)布置如第29頁(yè)圖2所示。

由圖2看出，地下輸氣管線基本沿城市規(guī)劃道路和現(xiàn)狀道路布置，在居民區(qū)和商業(yè)區(qū)輸配管網(wǎng)尤其密集，基本也反映出當(dāng)前各大城市的地下管網(wǎng)現(xiàn)狀。如果不同的地下管線都如此布設(shè)，勢(shì)必造成不同用途的管線同處于一個(gè)密閉的地下空間內(nèi)，在人員密集區(qū)，不同管線之間的交叉、并行越為嚴(yán)重，一旦其中任意一個(gè)管道泄露，在地下密封的條件下是否會(huì)對(duì)其他的管道造成相應(yīng)的影響，后果如何，值得深思。地下油氣管道在地下密閉空間下發(fā)生泄露，如果處置不當(dāng)會(huì)帶來非常嚴(yán)重的后果。2013年11月22日在青島發(fā)生的輸油管道爆炸事件共造成62人遇難，136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失7.5億元。事故的起因是由于輸油管道泄露，后進(jìn)入市政管網(wǎng)的排水暗渠，在封閉的地下空間構(gòu)成安全隱患后，人為又用常規(guī)開挖手段操作從而引發(fā)閃爆。這次事故損失慘重，突出的問題是：油氣輸送管道與城市排水管網(wǎng)之間布置不合理，對(duì)油氣管道疏于管理，管道老舊問題突出?？梢约僭O(shè)，一旦平陸地區(qū)在未來再發(fā)生6級(jí)以上地震，城市地下油氣管網(wǎng)很容易發(fā)生泄露，在人口和商業(yè)密集區(qū)，其造成的損失無法估量。

3 地震工作對(duì)城市未來發(fā)展規(guī)劃的重要性

在城市地下油氣管網(wǎng)愈發(fā)密集的今天如何做好預(yù)防工作，確保地震發(fā)生后，地下油氣管網(wǎng)泄露引起的爆炸之類的事故發(fā)生幾率降至最低，認(rèn)為需做好以下工作。

(1) 地震部門應(yīng)在城市規(guī)劃的初始階段介入，給出城市地區(qū)不同超越概率水平的峰加速度區(qū)劃圖和峰速度區(qū)劃圖，不同超越概率水平對(duì)應(yīng)不同類型的管道抗震設(shè)計(jì)，這對(duì)整個(gè)城市的定位和規(guī)劃起著至關(guān)重要的作用。以平陸地區(qū)為例，分別給出該區(qū)50年超越概率10%、50年超越概率5%、50年超越概率2%的峰加速度區(qū)劃圖和峰速度區(qū)劃圖。其中，50年超越概率10%的結(jié)果適用于一般管道工程抗震設(shè)計(jì)，50年超越概率5%的結(jié)果適用于重工區(qū)段管道抗震設(shè)計(jì)，50年超越概率2%的適用于大型跨越及埋深小于30 m的大型穿越管道抗震設(shè)計(jì)(見第30頁(yè)圖3)。

圖2 平陸天然氣管線分布圖Fig.2 Distribution of natural gas pipeline in Pinglu

(2) 地震部門和其他政府部門在地下油氣管網(wǎng)項(xiàng)目的選址階段也應(yīng)介入，對(duì)建設(shè)單位進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)管，油氣管道規(guī)劃建設(shè)必須符合相關(guān)要求，要與土地利用整體規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，與城市地下管網(wǎng)、地下軌道交通等各類地下空間和設(shè)施相銜接。油氣管道的選址應(yīng)該避開不同的地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)，如活動(dòng)斷層、崩塌、滑坡、泥石流、砂土液化等，以防管道破裂，從一定程度上減少經(jīng)濟(jì)損失。

(3) 地震部門應(yīng)在每個(gè)地區(qū)建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，對(duì)各個(gè)危險(xiǎn)源逐一進(jìn)行排查，一旦將其定位為地震安全隱患點(diǎn)，就必須對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，地震部門能夠快速做出判斷和應(yīng)急處置。當(dāng)前，地震部門應(yīng)依托國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程項(xiàng)目，建立突發(fā)事件預(yù)警平臺(tái)，如遇突發(fā)地震時(shí)，能夠及時(shí)有效地為社會(huì)公眾、行業(yè)企業(yè)提供緊急地震信息服務(wù)，使得地下管網(wǎng)管理企業(yè)第一時(shí)間做出快速反應(yīng)，及時(shí)關(guān)閉輸氣閘門，制定相應(yīng)的排氣方案，最大限度地降低相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，減輕由于輸氣管網(wǎng)發(fā)生泄漏爆炸而造成的次生災(zāi)害。

(4) 當(dāng)前，大多數(shù)城市地下管網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，地下管道不只是在發(fā)生地震時(shí)才發(fā)生破裂，很多情況是由于非地震因素引發(fā)的管道破裂失效，僅靠地震部門提供的地震動(dòng)參數(shù)來進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是無法解決城市地下管網(wǎng)破裂失效這個(gè)難題。研究表明，在造成油氣管道失效的所有非地震因素中，人為破壞、腐蝕、材料和施工

圖3 平陸地區(qū)50年不同超越概率峰值加速度和峰值速度區(qū)劃圖Fig.3 Peak acceleration and peak velocity zoning map of different exceedance probabilities in 50 years in Pinglu

缺陷是造成地下油氣管道失效最主要的原因[4-5]，因此，對(duì)油氣管道建設(shè)方企業(yè)和維護(hù)運(yùn)營(yíng)方企業(yè)提出了更高的要求。管道建成后，在后續(xù)運(yùn)營(yíng)過程中面臨不斷變化的外在因素，尤其是自然環(huán)境的變換帶來的外部干擾，會(huì)使油氣管道發(fā)生破裂失效，因此要加強(qiáng)定期對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)與檢驗(yàn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，加強(qiáng)油氣管道相關(guān)的安全技術(shù)研究，同時(shí)采取相關(guān)措施減輕風(fēng)險(xiǎn)，以減少和預(yù)防管道破裂失效事故的發(fā)生[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

在油氣管道工業(yè)的歷史上，各種類型的地震災(zāi)害均對(duì)管道造成過嚴(yán)重影響，其中地面變形造成的管道斷裂事故最多[7]。如何確保油氣管道在未來地震作用下安全可靠地運(yùn)行，是一直需要解決的問題。日本研制的水池地震預(yù)警關(guān)閉系統(tǒng)和煤氣預(yù)警系統(tǒng)等，在地震應(yīng)急時(shí)期與震后恢復(fù)重建期發(fā)揮出重要作用，值得我們借鑒[8]。我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，每個(gè)城市都分布有不同活動(dòng)時(shí)代、不同規(guī)模的活動(dòng)斷層，強(qiáng)烈地震引起的輸油氣管道破裂失效，后果極其嚴(yán)重。因此在管道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等各個(gè)階段，均要做好避震防震工作。

針對(duì)非地震因素引起的油氣管道破裂失效問題，應(yīng)通過監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)等各種方式，對(duì)油氣管道運(yùn)行中面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)。同時(shí)加強(qiáng)各項(xiàng)非地震干擾因素的研究力度，建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，有效降低管道所面臨的失效風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 國(guó)家地震局震害防御司.中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄[M].北京：地震出版社，1995：327-328.

[2] 史雙雙，趙 強(qiáng)，董 斌，等.山西平陸黃河沿岸震積層特征研究[J].山西地震，2016(1):1-3.

[3] 山西省地震工程勘察研究院.山西地震等震線圖集[M].北京：地震出版社，2009：64-66.

[4] 葉洪.重大輸油氣管線地震安全工作[C].北京：中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)，2005：295-297.

[5] 欒 輝.油氣管道事故案例分析與對(duì)策研究[C].北京：中國(guó)石油和化工自動(dòng)化年會(huì)，2012：254-258.

[6] 趙慶華.輸油管道存在問題及對(duì)策[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2002(2)：7-9.

[7] 郝建斌，劉建平，張 杰，等.地震災(zāi)害對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道的維護(hù)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28(11)：27-30.

[8] 劉紅麗.長(zhǎng)輸油氣管線工程抗震綜合研究[D].哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，2004：1-2.

Some Seismic Safety Problems in Construction of Underground Oil and Gas Pipelines-Taking Pinglu City as an Example

ZHANG Long-fei1,2, DONG Bin1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan Shanxi 030021, China;2.Stake Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan Shanxi 030025, China)

1000-6265(2016)04-0027-05

2016-03-17

張龍飛(1982— )，男，山西省定襄縣人。2007年畢業(yè)于吉林大學(xué)，碩士研究生，工程師。

P315.91

A