油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性探討

鄧喬予（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性探討

鄧喬予（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

油氣管道一般涉及的范圍較廣，距離較長，這就使油氣管道在建成后運營的過程中容易出現問題，因此，要對油氣管道進行壓縮塑性變形實驗和拉伸實驗，測驗油氣管道的抗震性、壓縮性和拉伸性。本文就從油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性方面分析探討，希望能夠對油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性實施提供可行性的建議。

油氣管道；活動斷層；抗震設防；安全性

0 引言

我國的凍土面積非常大，占到全國土地面積的90%以上，如果在冬季進行油氣管道鋪設，可能會導致油氣管道被凍土所擠壓，如果此時再發生地震，就會出現難以預計的后果，造成巨大的經濟損失。因此，對油氣管道通過活動斷層的設計一定要具備較強的抗震效果。

1 我國活動斷層地帶的狀況簡述

我國處于環太平洋地震帶和喜馬拉雅--地中海地震帶上，板塊活動非常頻繁，因此，我國也是一個地震多發的國家。根據我國對地震頻率的統計情況來看，20世紀我國陸地地震次數平均為5級以上的地震，每年發生20次。平均6級以上的地震每年發生4次。平均為7級以上的地震每年發生2次。由此可以看出，我國也是一個地震災害多發的國家［1］。活動斷層按照形態分布，可以分為三類，即逆斷層、正斷層、走滑斷層。世界上的絕大多數地震災害，都發生在活動斷層上，地震產生的地表新斷層與之前的活動斷層的走向一致，活動斷層地區再次發生地震的幾率就會大大提升。就我國來說，西部的活動斷層分布廣、規模大、活躍性強，東部的活動斷層活躍性相對較低。

2 我國凍土分布狀況簡述

我國的凍土分布非常廣，占到我國陸地總面積的90%。凍土具體是指土壤在0℃以下時，其中參雜有含冰的各類巖石的土壤［2］。按照凍土的凍結狀態，以及凍結時間來分類，把凍土分為短時凍土、季節性凍土、多年凍土等。多年凍土具體指的是數年以及一萬年以上的凍土。

3 油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性的應對措施

在油氣管道的設計中，通過活動斷層的管道設計是最困難的。由于活動斷層地區屬于地殼活動最頻繁的地段，地震等地質災害頻發，對油氣管道會造成嚴重的破壞和損失。因此，在活動斷層地區，對油氣管道的設計必須加入抗震設防安全措施，保證油氣管道的運行安全。

應對油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性的措施，主要有以下幾點。

3.1 油氣管道在活動斷層的運行現狀

世界上的重大地震，對各國的油氣管道都造成了嚴重的破壞。我國也是地震等地質災害多發的國家之一。國內的很多地區都處在活動斷層上，因此，在油氣管道建設過程中，一定要對活動斷層高度

重視。我國現在和中東地區之間達成了油氣輸送的共識，全面鋪設油氣輸送管道，但是，油氣管道必須要經過活動斷層地區，加強對這一地區油氣管道的抗震設計顯得尤為重要。我國的西氣東輸工程也已經部分建成，油氣管道經過的地帶，通過了數十個斷層區，西氣東輸的二期工程建設中，管道的建設經過了十四個斷層。由于油氣管道的距離長，在油氣管道的建設中，三大活動斷層都已經涉及［3］。

3.2 油氣管道在活動斷層地區的抗震安全性能設計

目前，我國在對油氣管道活動斷層地區的抗震安全性能設計中，最常用的設計方法有三種：一是以應力為基礎的抗震設計；二是以應變為基礎的抗震設計；三是以性能為基礎的抗震設計。GB 50470-2008《油氣輸送管道線路工程抗震技術規范》中規定，對油氣管道的抗震安全性設計必須要通過對活動斷層的油氣管道施加一定的壓力，對油氣管道進行抗拉伸，以及抗壓縮的實驗。對于通過活動斷層的油氣管道設計抗震值的加速度必須大于0.3g。通過人口密集區，以及水源保護區時，油氣管道在受壓的情況下，通過逆沖斷層處的交角，一定要大于90°，這樣可以有效地對油氣管道進行抗震。在活動斷層的位錯量最小的部分，以及活動斷層處會導致油氣管道出現受拉的現象，這種情況下，一定要對油氣管道的抗震進行嚴格的設計，可以按照Newmark-Hall的方法對油氣管道進行抗震安全性計算，通過對油氣管道的軸向最大拉伸應變，以及油氣管道的容變拉伸進行抗震實驗，Newmark-Hall的方法具體是指通過簡化埋地管道在地震斷層的作用，承受的壓力而導致管道變形的現象，而且以邊界做假設值，從而得出的運算公式。Newmark-Hall的方法在對埋地管道的地震斷層計算中具有合理性，而且運算簡便，已經得到了多國采用。

3.3 油氣管道在凍土地區的抗震安全性能設計

我國的凍土主要分布在大小興安嶺、喜馬拉雅山等地區，凍土的分布面積大約為215×104。其斷層地帶也分布著大面積的凍土，我國的油氣管道鋪設，大部分位于這些地區，因此，如果凍土和活動斷層同時存在，就會對油氣管道造成毀滅性的破壞。要提高油氣管道的抗震安全性，就要從以下幾個方面進行研究：首先，要設計出更加精確的抗震數據計算儀器；其次，對斷層活動引起的沙土液化、滑坡等現象，要考慮到抗震安全性中來；最后，要對土體進行變形實驗。

3.4 針對油氣管道的先進抗震措施

通過我國專家學者的不斷研究，在通過斷層埋地管道的抗震措施方面已經有了巨大成就，要保證油氣管道的安全性和抗震性，就需要從建設管道方面著手，對于新建的管道項目，我們在抗震方面要做的工作主要分為以下步驟：首先，考慮選擇合適的斷層的位置，方便管道穿越，對管溝進行特殊處理，減小油氣管道和土壤之間的摩擦；其次，選擇合適的管材，根據實際情況確定管道埋設深度；最后，選擇管道的埋設深度后，最好使用口徑較大的套管進行保護，采用大曲率半徑彈性敷設方式進行建設。對已建管道的抗震改造，則需要從管道和土壤之間摩擦方面入手。比如，回填土是否松散，減少使用摩擦系數較大的外防腐層，使用摩擦系數較小的外防腐層或者使用光滑的管套，利用管溝敷設的方法進行施工等。這些措施也適用于通過斷層的油氣管道的抗震改造。

4 結語

對于通過活動斷層的油氣管道設計必須考慮多方面的因素，尤其要考慮到活動斷層地區的地質條件以及油氣管道設計安全的抗震性能。尤其在管道建設前，要提前對油氣管道進行抗震實驗，降低搶修難度。在油氣管道投入使用后，出現抗震等安全性問題時，要及時進行搶修。

［1］亢會明，曹潤蒼，李束為.油氣管道通過活動斷層抗震設防安全性探討［J］.天然氣與石油，2011，06:1-3，7.

［2］張少春，范鋒，豐曉紅.跨斷層埋地輸油氣管道抗震研究述評［J］.天然氣與石油，2014，04:4-9.

［3］慕園，余志峰，劉玉卿.埋地管道通過逆斷層的有限元分析［J］.石油機械，2015，10:112-115.