埋地供水管道受地震破壞規(guī)律研究

武路

摘 要：地震是當(dāng)前人類面臨的破壞力最大的突發(fā)性自然災(zāi)害之一，除了直接造成人民生命財(cái)產(chǎn)的損失及建筑物倒塌，還對公共設(shè)備造成極大的損害，引發(fā)一系列次生危害。而在這場災(zāi)害中，供水管道由于覆蓋面積廣泛，地震后，往往受到的打擊最為致命，而供水是人民賴以維持基本生活的最基礎(chǔ)性設(shè)備，一旦遭到破壞，整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)與生活就會(huì)受到陷入癱瘓之中。

關(guān)鍵詞：供水管道；管道抗震性能；試驗(yàn)研究；破壞規(guī)律

1 地震作用下供水管道的破壞形式

1.1 地震的破壞性。我國處于環(huán)太平洋地震帶和地中海—喜馬拉雅地震帶一帶，屬于地震頻發(fā)和地震分布范圍廣泛的國家。地震往往會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，對人類社會(huì)造成巨大的破壞。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前全世界每年由地震造成的平均死亡人數(shù)已經(jīng)到達(dá)了8000—10000人/次，平均每次地震災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)幾十億美元。例如1995年1月17日發(fā)生在日本阪神的地震災(zāi)害，造成了5438人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)6200億人民幣！給人民和國家的經(jīng)濟(jì)安全與社會(huì)安全帶來了巨大的威脅與挑戰(zhàn)！

由此可見，地震在某種意義上是群災(zāi)之首也不為過。

1.2 受害案例及分析。縱觀目前的國內(nèi)對供水管道的抗震性設(shè)計(jì)還處于初步發(fā)展階段，理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)研究還不夠完善，因此我們有必要從1976年的唐山大地震、2008年的汶川地震、2010年的青海玉樹地震以及歷史上的重大地震所造成的城市管道損害數(shù)據(jù)上吸取經(jīng)驗(yàn)，從中尋找更完善的防震策略。

1976年唐山大地震中，整個(gè)城市的供水系統(tǒng)陷入癱瘓的狀態(tài)，直徑2m以上的干管遭到破壞共計(jì)58處，平均每公里4處的受害比率。

2008年汶川地震對四川城市生命線工程系統(tǒng)造成了很嚴(yán)重的破壞后果，在受災(zāi)的126個(gè)市縣區(qū)內(nèi)，受到地震影響的水廠有156個(gè)，直接受損管道累計(jì)44642.5km。其中受災(zāi)最為嚴(yán)重的是綿陽市區(qū)，出現(xiàn)多處爆管現(xiàn)象，漏水量巨大，幾度造成供水中斷。

2010年的青海玉樹地震所造成的的管網(wǎng)破壞最為嚴(yán)重，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，從取水井到高位蓄水池之間的380m的距離中，2根灰口鐵制管口爆裂3處，裂痕深度最高達(dá)到約2米。

地震是一種突發(fā)性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，每一次伴隨著地震的發(fā)生，供水系統(tǒng)都會(huì)遭受到嚴(yán)重的破壞，其中以對輸配水管道的損害最為嚴(yán)重，往往需要多天甚至多月的搶修才能恢復(fù)正常，這不僅對災(zāi)區(qū)人民的生活帶來不便，同時(shí)也對災(zāi)區(qū)重建和經(jīng)濟(jì)恢復(fù)造成巨大的影響。水作為人類生存的必需品，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的生命線，尤其以我國西部地區(qū)為甚，很多中小城市在遭受地震時(shí)，地形還十分復(fù)雜，往往處于丘陵山地地帶，城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)往往處于老化階段，那么就不可避免的要遭受到影響。

2 對地震作用下供水管道破壞性規(guī)律的試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)?zāi)康摹８鶕?jù)歷史上多次重大特大地震相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對埋地供水管道所遭受的破壞類型進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以得出地震作用下的埋地供水管道遭受破壞的類型、破壞模式、參數(shù)模型等。

2.2 試驗(yàn)方案。通過在對歷史上的重大特點(diǎn)地震災(zāi)害損害埋地管道的資料整理收集，認(rèn)識(shí)破壞機(jī)理，分析破壞因素，根據(jù)已知的破壞因素建立理論模型予以分析討論，對試驗(yàn)材料進(jìn)行參數(shù)分析，并對管道受到的破壞、位移和應(yīng)變等情況等予以數(shù)據(jù)計(jì)算，通過計(jì)算得出的結(jié)果，確定各參數(shù)的影響規(guī)律，進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2.3 試驗(yàn)方式。（1）反應(yīng)變位法。該方式區(qū)別于其他建筑物的是它位于地下的給水管道細(xì)長，單位長度重量與周圍地區(qū)相比，較小。這樣的地下管道在遭受地震時(shí)，很難脫離四周的地基土層，進(jìn)行單獨(dú)的振動(dòng)。對于這種情況比較簡單的模型，適用于地勢平坦且土層較為均勻的情況。（2）表面波法。即埋地管道損害是由地表波所造成的，適用于表層地基土層均勻一致的情況下，同時(shí)也可以適用于鑄鐵管的計(jì)算。（3）動(dòng)力分析法。即把各處的地基土層假設(shè)為一塊質(zhì)量塊，管道下整個(gè)地基土層為一個(gè)質(zhì)量體。基巖、各個(gè)質(zhì)點(diǎn)和埋地管道三者之間用彈簧相連接。該方法適用于供水管道埋于不均勻的土層的情況下。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析。根據(jù)以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不難得出如下結(jié)論：（1）埋地供水管道根據(jù)整體性能的不同可以分類為分段管與連續(xù)管。分段管的變形主要集中于接頭，而連續(xù)管的變形則主要有本身來承擔(dān)。（2）相對變形理論模型的計(jì)算結(jié)果符合特殊結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想。相對變形理論模型結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算結(jié)果比較保守，符合特殊結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念。（3）地震減速波大小與管道的破壞程度成正比。地震減速波越大，地震作用也就越大；地震作用越大，管道的破壞程度就越大。（4）土彈簧系數(shù)的重要程度不可忽視。它對管道的影響也至關(guān)重要。土彈簧程度影響埋地管道的抗震性能，簡而言之即堅(jiān)硬的場地有利于管道抗震。

3 防治措施

3.1 對于地基的防治措施。松土區(qū)域不得直接安裝鑄鐵管，必須予以地基處理，根據(jù)具體的地質(zhì)地形情況予以不同的分析，然后盡量避開危險(xiǎn)地段，若無法避開時(shí)，應(yīng)采用性能良好的施工材料，并采取有效的抗震措施。

3.2 分層進(jìn)行夯實(shí)松軟基礎(chǔ)。分層進(jìn)行夯實(shí)處理，有助于減少剪切波對埋地管道的不利影響。

3.3 盡量選擇平坦地方鋪設(shè)供水管道。在情況允許的情況下，盡量減少在丘陵等地的管道鋪設(shè)，以便減少剪切波對埋地供水管道的影響，如此一來可以保證在地震來臨之時(shí)，管道不至于破壞的過于嚴(yán)重難以修復(fù)，對災(zāi)區(qū)人民的生活供水造成困難的影響。

3.4 選材方面。埋地供水管道中的鑄鐵管一般可分為灰口鑄鐵管和球墨鑄鐵管，根據(jù)地震留下的已有資料，灰口鑄鐵管的震損比率低于球墨鑄鐵管。所以盡可能的選用灰口鑄鐵管，也是增強(qiáng)埋地供水管道的抗震性的良法之一。

3.5 使用年限。根據(jù)已有地震資料顯示，由于老化、腐蝕等原因，會(huì)導(dǎo)致埋地供水管道的延展性和剛性程度大打折扣，其抗震性能也會(huì)隨之變差，因此即使更換管道，注意使用年限，則可以在一定程度上增加管道的抗震性。

4 合理建議

本文根據(jù)已有的破壞案例進(jìn)行了綜合系統(tǒng)的分析與研究，并且通過不同的試驗(yàn)手法來模擬受損情況，并給與詳細(xì)的分析，但受制于條件的限制，未能考慮到更多情況下的應(yīng)對措施。本文根據(jù)現(xiàn)有地震資料以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們應(yīng)當(dāng)了解并掌握埋地供水管道的管材、以及相應(yīng)的連接方式，和不同地質(zhì)條件下應(yīng)采取何種管材、管徑、連接方式，來增強(qiáng)供水管道的供水性能，并且在滿足使用安全性能的情況下，增強(qiáng)自身的防震性能，提高埋地供水管的使用壽命，根據(jù)不同的條件，予以不同的解決措施，制定相應(yīng)的合理、安全、經(jīng)濟(jì)的布局規(guī)劃，來進(jìn)行更有效的、更加時(shí)間的應(yīng)用性內(nèi)容，這才是我們真正的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模彩俏覀冞M(jìn)行防震抗震的意義所在。

參考文獻(xiàn)

[1] 張振鵬，王志濤，蘇經(jīng)宇，王威.地下管道震害評(píng)估方法研究[J].中國農(nóng)村水利水電.2013（08）.

[2] 陸益挺，蔣建群，胡云進(jìn)，楊超.城市供水管道抗震可靠度評(píng)估方法與應(yīng)用[J].城市道橋與防洪.2012（06）.

[3] 周靜海，姜濤，孟憲宏，楊永生，張實(shí).埋地球墨鑄鐵供水管道柔性接口在不同軸向變形下供水功能試驗(yàn)[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2010（04）.