储阳华

(东北石油大学土木建筑工程学院 黑龙江 大庆 163318)



地震作用下跨断层管道破坏评述

储阳华

(东北石油大学土木建筑工程学院 黑龙江 大庆 163318)

为进一步分析长跨越地下管道的抗震性能，首先进行了结构体系的动特性分析，为抗震研究提供参考依据。应用ANSYS软件，建立了一个21米桁架式跨越输油管道模型，分析了桁架结构体系在无管道，有管空管、有管满液三种工况下的动特性。结果表明:三种工况下，自振频率接近，但是随着质量的增加，振型变化相对明显;第四阶振型随着质量的改变，变化最为明显，管道与桁架的接触部位是整个结构的薄弱部位，需要进行加强设计。

地震；断层管道

一、引言

现代社会中，管道工程已成为促进社会发展重要的生命线工程组成部分[1-5]，随着各国家和地区人口的增加、经济的迅速发展，管道的作业方式也发生了变化，不在是单一的用于能源运输，管道成为了城镇基础设施建设不可缺少部分。目前，管道已被用于多领域当中，例如石油运输、然气输送、城镇给排水、供暖工程等。管道的应用与现代工业生产、居民生活紧密联系，成为了城镇经济发展的生命线。管道能够得到广泛的应用和推广与其自身的优点紧密联系，比如降低了环境破坏程度、带来的污染物少、资源运输量大、占用土地面积少、作业费用低和热损失小等益处，故在现代生活中将其多应用在长距离能源输送，如我国的“西气东输”、“南水北调”等工程中管道为主要的能源输送工具。随着国内经济的迅速发展，管道已近与居民生活密不可分，每年城镇新建市政工程和输油气管道的工程量达到数十万公里。管道是否能正常作业关系到居民生活和工业生产者两大方面，换句话说，管道的正常作业对维护公共财产和安全起到了非常重要的地位。

最近几年，全球发生多起自然灾害，地震在自然灾害中发生最频繁，地震给管道自身带来了严重破坏，同事还会发生次生灾害，如海洋污染、核泄漏、爆炸等，自然灾害不仅给各个国家和地区带来严重的经济损失，还严重的威胁到人类的生命安全。

二、管道破坏原因

1.当地震发生时，土壤由于地震的作用发生破坏，土壤相互间丧失了连续性与土壤整体性，接着致使地质发生破坏，常见的破坏形式如：沙土液化、土体滑坡、泥石流、山体崩塌崩、地裂等，使得管道发生破坏。

2.当地震发生时，土壤依旧保持着连续性和整体性，并没有发生严重破坏，但是由于地震波的作用，土壤发生严重变形，进而使得管道发生较大的变形，更为严重的是使管道直接发生破坏。

三、跨断层管道主要抗震对策

根据埋地管线在断层作用下容易发生破坏，以及地震灾害对地区产生的巨大危害性，我们有必要采取有效措施来提高和保证埋地管线的抗震安全性。目前跨断层管道抗震对策主要包括下面内容。

1.管道埋置避开活断层地带。当管道必须通过活动断层时，需要根据活断层文献和地震安全性评价进行抗震设防，选择合理的管—断层夹角。由于长距离管线避开活动断层非常困难，当了解断层走向，通过选择合理的管道和断层的交角，这可以使得管道避免受到断层错动带来的压力。

2.管道浅埋。当管道埋置较浅时，土体对管道的压力和摩擦角都减小，此时在断层错动下管道易于发生变形，但不易破坏。对于会发生大位移错动的断层处，通过砌筑管沟或地表敷设，同时保证管道可以做横向震动和纵向的震动。根据国内外学者研究，对于活动断层处管道的埋置深度应小于10m。减小管土接触面摩擦角可提高埋地管线承受断层大位移的能力，减小管土摩擦角的方法可以给管道加一层外套，比如将环氧树脂套层使用在断层处的管道。在水平荷载的作用下会致使沙土被压实，在这一过程中，管土间的摩擦角在不断地增加，其所带来的最大管力和沙土对管道产生的压力相同。故减小摩擦角是有必要且有效的措施，减少摩擦角在土壤对管道轴向抗力方向作用明显，对于管道圆周方向抗力没多大改变。

3.采用延性好和强度高的管材。通过利用抗震性能好的管材，材料延性好，其可承受较大的允许拉应变。由于管道的压缩允许应变值和壁厚是正比例关系，故选择延性大的管道类型。通过一定量的增加管道厚度，可提高管道抗震性能。例如，采用厚度为14mm管道和10mm厚度的管道相比，前者适应断层错动的能力是后者的1.4倍。

4.使用土体摩擦系数μ低、土容重γ低的回填土。通常认为，管线穿越活动断层处选用的回填土应为中等密度和无粘性的土壤。

5.实际锚固点要与活动断层有一定距离。疆良将固定墩设置在远离活动断层处，每侧至少距离断层1.5Le(Li)～2.0Le(Li)。其中，Le为管道弹性部分的滑动长度，Li为断层一侧管道的滑动长度。当管道拥有一定范围的允许错动位移，可以避免管道发生横向剪切破坏。

[1]中国科学院工程力学研究所，海城地震震害[M].北京：地震出版社，1979.

[2]李鹏程，徐凤萍.中国生命线工程抗震研究发展简况.第五届全国地震工程会议，中国地震学会,1998.

[3]朱传镇，刘蒲雄，叶洪.美国加州洛马普列塔7.1级地震概况[J].国际地震动态，1990，05：8-14.

[4]朱荣华，邵卓民.日本阪神大地震的震害概况[J].工程建设标准化，1995，02：34-37.

[5]钱摇琨.生命线工程网络系统抗震可靠性分析[D].同济大学，2006.

储阳华(1991-)，男，安徽合肥人，东北石油大学研究生，研究方向：防震减灾工程。