地震作用下跨斷層管道破壞評述

儲陽華

(東北石油大學土木建筑工程學院 黑龍江 大慶 163318)

?

地震作用下跨斷層管道破壞評述

儲陽華

(東北石油大學土木建筑工程學院 黑龍江 大慶 163318)

為進一步分析長跨越地下管道的抗震性能，首先進行了結構體系的動特性分析，為抗震研究提供參考依據。應用ANSYS軟件，建立了一個21米桁架式跨越輸油管道模型，分析了桁架結構體系在無管道，有管空管、有管滿液三種工況下的動特性。結果表明:三種工況下，自振頻率接近，但是隨著質量的增加，振型變化相對明顯;第四階振型隨著質量的改變，變化最為明顯，管道與桁架的接觸部位是整個結構的薄弱部位，需要進行加強設計。

地震；斷層管道

一、引言

現代社會中，管道工程已成為促進社會發展重要的生命線工程組成部分[1-5]，隨著各國家和地區人口的增加、經濟的迅速發展，管道的作業方式也發生了變化，不在是單一的用于能源運輸，管道成為了城鎮基礎設施建設不可缺少部分。目前，管道已被用于多領域當中，例如石油運輸、然氣輸送、城鎮給排水、供暖工程等。管道的應用與現代工業生產、居民生活緊密聯系，成為了城鎮經濟發展的生命線。管道能夠得到廣泛的應用和推廣與其自身的優點緊密聯系，比如降低了環境破壞程度、帶來的污染物少、資源運輸量大、占用土地面積少、作業費用低和熱損失小等益處，故在現代生活中將其多應用在長距離能源輸送，如我國的“西氣東輸”、“南水北調”等工程中管道為主要的能源輸送工具。隨著國內經濟的迅速發展，管道已近與居民生活密不可分，每年城鎮新建市政工程和輸油氣管道的工程量達到數十萬公里。管道是否能正常作業關系到居民生活和工業生產者兩大方面，換句話說，管道的正常作業對維護公共財產和安全起到了非常重要的地位。

最近幾年，全球發生多起自然災害，地震在自然災害中發生最頻繁，地震給管道自身帶來了嚴重破壞，同事還會發生次生災害，如海洋污染、核泄漏、爆炸等，自然災害不僅給各個國家和地區帶來嚴重的經濟損失，還嚴重的威脅到人類的生命安全。

二、管道破壞原因

1.當地震發生時，土壤由于地震的作用發生破壞，土壤相互間喪失了連續性與土壤整體性，接著致使地質發生破壞，常見的破壞形式如：沙土液化、土體滑坡、泥石流、山體崩塌崩、地裂等，使得管道發生破壞。

2.當地震發生時，土壤依舊保持著連續性和整體性，并沒有發生嚴重破壞，但是由于地震波的作用，土壤發生嚴重變形，進而使得管道發生較大的變形，更為嚴重的是使管道直接發生破壞。

三、跨斷層管道主要抗震對策

根據埋地管線在斷層作用下容易發生破壞，以及地震災害對地區產生的巨大危害性，我們有必要采取有效措施來提高和保證埋地管線的抗震安全性。目前跨斷層管道抗震對策主要包括下面內容。

1.管道埋置避開活斷層地帶。當管道必須通過活動斷層時，需要根據活斷層文獻和地震安全性評價進行抗震設防，選擇合理的管—斷層夾角。由于長距離管線避開活動斷層非常困難，當了解斷層走向，通過選擇合理的管道和斷層的交角，這可以使得管道避免受到斷層錯動帶來的壓力。

2.管道淺埋。當管道埋置較淺時，土體對管道的壓力和摩擦角都減小，此時在斷層錯動下管道易于發生變形，但不易破壞。對于會發生大位移錯動的斷層處，通過砌筑管溝或地表敷設，同時保證管道可以做橫向震動和縱向的震動。根據國內外學者研究，對于活動斷層處管道的埋置深度應小于10m。減小管土接觸面摩擦角可提高埋地管線承受斷層大位移的能力，減小管土摩擦角的方法可以給管道加一層外套，比如將環氧樹脂套層使用在斷層處的管道。在水平荷載的作用下會致使沙土被壓實，在這一過程中，管土間的摩擦角在不斷地增加，其所帶來的最大管力和沙土對管道產生的壓力相同。故減小摩擦角是有必要且有效的措施，減少摩擦角在土壤對管道軸向抗力方向作用明顯，對于管道圓周方向抗力沒多大改變。

3.采用延性好和強度高的管材。通過利用抗震性能好的管材，材料延性好，其可承受較大的允許拉應變。由于管道的壓縮允許應變值和壁厚是正比例關系，故選擇延性大的管道類型。通過一定量的增加管道厚度，可提高管道抗震性能。例如，采用厚度為14mm管道和10mm厚度的管道相比，前者適應斷層錯動的能力是后者的1.4倍。

4.使用土體摩擦系數μ低、土容重γ低的回填土。通常認為，管線穿越活動斷層處選用的回填土應為中等密度和無粘性的土壤。

5.實際錨固點要與活動斷層有一定距離。疆良將固定墩設置在遠離活動斷層處，每側至少距離斷層1.5Le(Li)～2.0Le(Li)。其中，Le為管道彈性部分的滑動長度，Li為斷層一側管道的滑動長度。當管道擁有一定范圍的允許錯動位移，可以避免管道發生橫向剪切破壞。

[1]中國科學院工程力學研究所，海城地震震害[M].北京：地震出版社，1979.

[2]李鵬程，徐鳳萍.中國生命線工程抗震研究發展簡況.第五屆全國地震工程會議，中國地震學會,1998.

[3]朱傳鎮，劉蒲雄，葉洪.美國加州洛馬普列塔7.1級地震概況[J].國際地震動態，1990，05：8-14.

[4]朱榮華，邵卓民.日本阪神大地震的震害概況[J].工程建設標準化，1995，02：34-37.

[5]錢搖琨.生命線工程網絡系統抗震可靠性分析[D].同濟大學，2006.

儲陽華(1991-)，男，安徽合肥人，東北石油大學研究生，研究方向：防震減災工程。