地下油氣管網建設中的若干地震安全問題淺析
——以平陸城區為例

張龍飛，董 斌

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

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·工程抗震·

地下油氣管網建設中的若干地震安全問題淺析
——以平陸城區為例

張龍飛1，2，董 斌1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，全國各地正在進行大規模的城市地下油氣管網建設，我國是一個地震多發的國家，一旦城市地區發生強烈地震，很容易引起城市地下油氣管道破裂失效，從而造成極其嚴重的后果。文章以1815年平陸6級地震為背景，結合平陸地區的地震構造及地震活動環境，針對平陸城區地下輸氣管網建設的現狀，論述了地震工作對城市未來發展規劃的重要性，從地震及非地震誘發角度提出一些降低管道破裂失效風險的建議。

1 平陸地區地震構造及地震活動環境

(2) 平陸地區位于靈寶斷陷盆地內部，該單元處在中條山強烈隆起區南側，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斷陷沉降，到晚第三紀的中新世時期，靈寶盆地由前期的斷陷沉降轉為抬升，直到上新世又轉為斷陷沉降。因此，盆地內缺失中新統地層而上新統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到第四紀的早、中更新世，堆積了上新統和下、中更新統的河湖相沉積，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造沉降狀態。第四紀時期，靈寶盆地第四紀最大斷陷幅度在靈寶一帶約500 m，平陸一帶為300 m。據地貌、巖性、地層等又劃分為潼關凹陷、靈寶凹陷、淹底凹陷和野鹿凹陷4個次級構造單元，其中以靈寶凹陷面積最大，斷陷最深，是靈寶盆地的主體。靈寶凹陷第三紀斷陷深度3 000 m，地貌為坡度向南傾的黃土臺地區，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是靈寶盆地內的一個凹陷區，也是山西南部地殼變薄的延伸帶，盆地內NEE、NNW、NW向隱伏斷裂發育。1556年陜西華縣8級強震，對平陸地區的影響烈度為Ⅷ度；1815年平陸6級強震，震中烈度為Ⅸ度[2]。因此，震級上限定為7.0級。

圖1 平陸6級地震等震線圖Fig.1 Isoseismic map of the Pinglu M 6 earthquake

地震構造和地震活動性資料均表明，位于靈寶斷陷盆地內部的平陸地區差異活動明顯，新構造運動強烈，是地震活動較強烈的地區。

2 平陸城區天然氣管網的建設與城市的規劃發展現狀

平陸城區地下天然氣管網主要包括平陸縣城管網輸配系統及其配套設施，根據道路規劃和目前道路的情況，應結合城市建設布局、發展以及居民用戶、商業用戶的分布來統籌布置輸配管網。老城區輸配管網采取支狀布置，新區采取環狀布置。從平陸門站出中壓管道209國道到縣城，從太陽路往老城區和新城區供氣，其管網布置如第29頁圖2所示。

由圖2看出，地下輸氣管線基本沿城市規劃道路和現狀道路布置，在居民區和商業區輸配管網尤其密集，基本也反映出當前各大城市的地下管網現狀。如果不同的地下管線都如此布設，勢必造成不同用途的管線同處于一個密閉的地下空間內，在人員密集區，不同管線之間的交叉、并行越為嚴重，一旦其中任意一個管道泄露，在地下密封的條件下是否會對其他的管道造成相應的影響，后果如何，值得深思。地下油氣管道在地下密閉空間下發生泄露，如果處置不當會帶來非常嚴重的后果。2013年11月22日在青島發生的輸油管道爆炸事件共造成62人遇難，136人受傷，直接經濟損失7.5億元。事故的起因是由于輸油管道泄露，后進入市政管網的排水暗渠，在封閉的地下空間構成安全隱患后，人為又用常規開挖手段操作從而引發閃爆。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之間布置不合理，對油氣管道疏于管理，管道老舊問題突出。可以假設，一旦平陸地區在未來再發生6級以上地震，城市地下油氣管網很容易發生泄露，在人口和商業密集區，其造成的損失無法估量。

3 地震工作對城市未來發展規劃的重要性

在城市地下油氣管網愈發密集的今天如何做好預防工作，確保地震發生后，地下油氣管網泄露引起的爆炸之類的事故發生幾率降至最低，認為需做好以下工作。

(1) 地震部門應在城市規劃的初始階段介入，給出城市地區不同超越概率水平的峰加速度區劃圖和峰速度區劃圖，不同超越概率水平對應不同類型的管道抗震設計，這對整個城市的定位和規劃起著至關重要的作用。以平陸地區為例，分別給出該區50年超越概率10%、50年超越概率5%、50年超越概率2%的峰加速度區劃圖和峰速度區劃圖。其中，50年超越概率10%的結果適用于一般管道工程抗震設計，50年超越概率5%的結果適用于重工區段管道抗震設計，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計(見第30頁圖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項目的選址階段也應介入，對建設單位進行相應的監管，油氣管道規劃建設必須符合相關要求，要與土地利用整體規劃、城鄉規劃相協調，與城市地下管網、地下軌道交通等各類地下空間和設施相銜接。油氣管道的選址應該避開不同的地震地質災害發生區，如活動斷層、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濟損失。

(3) 地震部門應在每個地區建立監測網點，對各個危險源逐一進行排查，一旦將其定位為地震安全隱患點，就必須對其進行長期的監測。當發生地震時，地震部門能夠快速做出判斷和應急處置。當前，地震部門應依托國家地震烈度速報與預警工程項目，建立突發事件預警平臺，如遇突發地震時，能夠及時有效地為社會公眾、行業企業提供緊急地震信息服務，使得地下管網管理企業第一時間做出快速反應，及時關閉輸氣閘門，制定相應的排氣方案，最大限度地降低相關企業的經濟損失，減輕由于輸氣管網發生泄漏爆炸而造成的次生災害。

(4) 當前，大多數城市地下管網縱橫交錯，地下管道不只是在發生地震時才發生破裂，很多情況是由于非地震因素引發的管道破裂失效，僅靠地震部門提供的地震動參數來進行抗震設計是無法解決城市地下管網破裂失效這個難題。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50年不同超越概率峰值加速度和峰值速度區劃圖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，對油氣管道建設方企業和維護運營方企業提出了更高的要求。管道建成后，在后續運營過程中面臨不斷變化的外在因素，尤其是自然環境的變換帶來的外部干擾，會使油氣管道發生破裂失效，因此要加強定期對管道進行檢測與檢驗，進行風險識別、風險評價，加強油氣管道相關的安全技術研究，同時采取相關措施減輕風險，以減少和預防管道破裂失效事故的發生[6]。

4 結語

在油氣管道工業的歷史上，各種類型的地震災害均對管道造成過嚴重影響，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行，是一直需要解決的問題。日本研制的水池地震預警關閉系統和煤氣預警系統等，在地震應急時期與震后恢復重建期發揮出重要作用，值得我們借鑒[8]。我國是一個多地震的國家，每個城市都分布有不同活動時代、不同規模的活動斷層，強烈地震引起的輸油氣管道破裂失效，后果極其嚴重。因此在管道的設計、施工、運營、維護等各個階段，均要做好避震防震工作。

針對非地震因素引起的油氣管道破裂失效問題，應通過監測、檢測、檢驗等各種方式，對油氣管道運行中面臨的風險因素進行識別和評價。同時加強各項非地震干擾因素的研究力度，建立動態數據庫，有效降低管道所面臨的失效風險。

[1] 國家地震局震害防御司.中國歷史強震目錄[M].北京：地震出版社，1995：327-328.

[2] 史雙雙，趙 強，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：中國地質學會，2005：295-297.

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

[6] 趙慶華.輸油管道存在問題及對策[J].管道技術與設備，2002(2)：7-9.

[7] 郝建斌，劉建平，張 杰，等.地震災害對長輸油氣管道的維護[J].油氣儲運，2009，28(11)：27-30.

[8] 劉紅麗.長輸油氣管線工程抗震綜合研究[D].哈爾濱：中國地震局工程力學研究所，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年畢業于吉林大學，碩士研究生，工程師。

P315.91

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