长输管道穿越地震断层抗震措施

陈伟(中油辽河工程有限公司 油气管道所，辽宁　盘锦　104010)

长输管道穿越地震断层抗震措施

陈伟(中油辽河工程有限公司 油气管道所，辽宁盘锦104010)

地震断裂层对管道的破坏是最严重的一种形式，文中关于地震对管道破坏的主要影响因素进行了分析，主要包括浅埋，穿越角度，以及回填土，且提出了管道穿越地震断裂带时应考虑的抗震措施。

地震断层；破坏原理；抗震措施

近年来，随着国内经济的不断发展，长输管道的建设事业也突飞猛进，目前国内已经逐步形成了纵横东西，横跨南北的管道格局。同时伴随着管道建设技术的不断发展，管道应对自然地质灾害的要求和技术不断提高。经过多年来的研究和实践证明，地震是对埋地管道破坏最为严重的一项自然灾害，目前国内管道建设项目中关于管道抗震措施的研究都引起的人们极大的重视。

1　地震断层对管道的破坏原理

地震对管道破坏最为严重的方式主要有地表断裂、土壤液化、滑坡三种方式。而地震断裂层对管道的破坏也是最严重的一种形式，也是本文研究的重点。断层是两部分地壳板块之间挤压而导致断裂面，并沿该断裂面发生相对运动。断层类型有三种：

走滑断层——主要运动发生在水平面；

正断层——正断层使管道承受拉伸变形；

逆断层——逆断层使管道承受压缩变形。

断层对管道的破坏方式有三种可能的破坏模式：拉裂、局部屈曲和梁式屈曲。埋地钢管在穿越正断层或以β≤90°的交角穿越走滑断层时，主要承受拉力，破坏模式为拉裂。通常极限拉应变取4%，大于该值即认为管道已发生拉裂破坏。地下管道穿越逆断层或以β＞90°的交角穿越走滑断层时，主要承受压力，其可能的破坏模式包括局部屈曲和梁式屈曲。

2　减少地震断裂层破坏管道的主要理论方法

2.1浅埋

浅埋管道适应断层运动的能力和埋深成反比，浅埋可以使作用在管子上层压力的纵向摩擦力减小，管子在地震时容易变形，不易破坏，对可能产生大的位移错动断层的管道，可砌筑管沟，且使管子在沟内能自由地做横向和纵向运动。在活断层区地下铺设的管道埋深最好不超过1.0米，提高管材的延性。材料的延伸率越高，允许的拉伸应变值就越大。压缩需用应变与管壁厚度成正比，因而采用钢号低（延性大）的厚壁管道最好。还要注意现场焊接的焊缝质量，避免由于壁厚突然变化引起应力集中。

2.2穿越夹角

正确选择断层平面与管轴之间的夹角β，使管线在断层运动时受拉。避免受压，这是因为管材的耐拉伸性能由于耐压缩性能。正确选择管道穿越断层的位置，因为断层位移的大小和断裂带宽度在一条断层上并不相同，应尽可能根据有关资料查找断层位移和断裂带宽度最小的地方埋设管道。由于断层线附近地标运动十分复杂，形成宽度不一的错乱地带，管道铺设方向不得与断层线平行。

2.3管道回填土

管道适应断层运动的能力与管土之间的摩擦系数μ及回填土的容量γ成正比，因而选取μ和γ尽量低的土做回填土。管道适应断层运动的能力与壁厚成正比，例如壁厚为14mm的管子比壁厚为10mm的管子适应断层运动的能力大40%。大口径（760mm以上）的油气管道穿越断层区时应采用壁厚不小于12mm的管材。实际锚固点即固定墩的位置应远离断层，使管线有足够的滑动长度提供管线允许错动位移，同时也可避免由于断层横向错动将管子剪断。弯头能吸收一部分过渡段的位移，且弯头的曲率半径越大，吸收变形的能力越强，因而有条件时可在过渡段内设弯头。

3　管道穿越地震断层抗震措施

3.1应选择断层位移和断裂宽度较小的地段通过。

3.2管道与断层错动方向的交角宜为30°～70°，不得大于90°。

3.3以水平走滑为主的活动断层和正断层，在断裂带及其两侧400m内应增大管沟宽度，管沟宽度宜大于沿管道法线方向的断层水平位移，管沟坡度不宜大于30°，并应采用疏松砂土浅埋。逆冲断层应专门研究。

3.4在设固定墩时，固定墩与活动断层的距离应为同侧管道滑动长度的1.5倍～2.0倍。在滑动长度内，不应采用不同直径或壁厚的管道，不应设三通、旁通和阀门等部件。断层一侧的管道滑动长度宜按下式计算：

式中L1——断层一侧的管道滑动长度（m）；

σ2——管道应力一应变简化折线中弹塑性区与塑性区交点处的应力（Pa）。

3.5通过断层的管道采用埋地敷设不能满足抗震要求时，宜将管道敷设于地上或架空，并应保证管道在轴向与横向上自由滑移，同时应采取相应的安全保护措施。

3.6通过沉陷区的管道，有条件时可采用地面或地上（跨越）敷设。

3.7敷设于严重液化区的管道可采取换填非液化土并夯实、抗浮桩及衬铺压土等措施。埋设于液化区较长的管道，可分段采取抗液化措施。

3.8确需在难以绕避的滑坡区内敷设管道时，控制滑坡可采取减载、支挡、锚固及排水措施。

3.9采用直埋式穿越水域或沟壑的管道，其斜坡角不应大于30。

4　结语

在今后的管道建设中，长输管道抗震问题的研究将会继续深入，尤其是在管道抗震应变分析，管道地震监测和预警方面，目前我们在这些方面掌握的技术水平还较为落实，这都是我们今后研究的方向。相信在当前管道建设期的大好环境中，我们的长输管道建设技术水平也将有突飞猛进的发展。

［1］闫相祯；张立松；杨秀娟.《管道穿越地震断层管土耦合大变形壳模型的应变响应规律研究》.土木工程学报.2010年08期.

［2］王朔；赵东风；刘义.《地震灾害作用下长输管道安全性研究进展》.安全与环境工程.2011年06期.