油氣管道通過(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)防安全性探討

鄧喬予（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

油氣管道通過(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)防安全性探討

鄧喬予（中國(guó)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(zhǎng)，這就使油氣管道在建成后運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題，因此，要對(duì)油氣管道進(jìn)行壓縮塑性變形實(shí)驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)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(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)防安全性方面分析探討，希望能夠?qū)τ蜌夤艿劳ㄟ^(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)防安全性實(shí)施提供可行性的建議。

油氣管道；活動(dòng)斷層；抗震設(shè)防；安全性

0 引言

我國(guó)的凍土面積非常大，占到全國(guó)土地面積的90%以上，如果在冬季進(jìn)行油氣管道鋪設(shè)，可能會(huì)導(dǎo)致油氣管道被凍土所擠壓，如果此時(shí)再發(fā)生地震，就會(huì)出現(xiàn)難以預(yù)計(jì)的后果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)油氣管道通過(guò)活動(dòng)斷層的設(shè)計(jì)一定要具備較強(qiáng)的抗震效果。

1 我國(guó)活動(dòng)斷層地帶的狀況簡(jiǎn)述

我國(guó)處于環(huán)太平洋地震帶和喜馬拉雅--地中海地震帶上，板塊活動(dòng)非常頻繁，因此，我國(guó)也是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家。根據(jù)我國(guó)對(duì)地震頻率的統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，20世紀(jì)我國(guó)陸地地震次數(shù)平均為5級(jí)以上的地震，每年發(fā)生20次。平均6級(jí)以上的地震每年發(fā)生4次。平均為7級(jí)以上的地震每年發(fā)生2次。由此可以看出，我國(guó)也是一個(gè)地震災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家［1］?；顒?dòng)斷層按照形態(tài)分布，可以分為三類(lèi)，即逆斷層、正斷層、走滑斷層。世界上的絕大多數(shù)地震災(zāi)害，都發(fā)生在活動(dòng)斷層上，地震產(chǎn)生的地表新斷層與之前的活動(dòng)斷層的走向一致，活動(dòng)斷層地區(qū)再次發(fā)生地震的幾率就會(huì)大大提升。就我國(guó)來(lái)說(shuō)，西部的活動(dòng)斷層分布廣、規(guī)模大、活躍性強(qiáng)，東部的活動(dòng)斷層活躍性相對(duì)較低。

2 我國(guó)凍土分布狀況簡(jiǎn)述

我國(guó)的凍土分布非常廣，占到我國(guó)陸地總面積的90%。凍土具體是指土壤在0℃以下時(shí)，其中參雜有含冰的各類(lèi)巖石的土壤［2］。按照凍土的凍結(jié)狀態(tài)，以及凍結(jié)時(shí)間來(lái)分類(lèi)，把凍土分為短時(shí)凍土、季節(jié)性?xún)鐾痢⒍嗄陜鐾恋?。多年凍土具體指的是數(shù)年以及一萬(wàn)年以上的凍土。

3 油氣管道通過(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)防安全性的應(yīng)對(duì)措施

在油氣管道的設(shè)計(jì)中，通過(guò)活動(dòng)斷層的管道設(shè)計(jì)是最困難的。由于活動(dòng)斷層地區(qū)屬于地殼活動(dòng)最頻繁的地段，地震等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)油氣管道會(huì)造成嚴(yán)重的破壞和損失。因此，在活動(dòng)斷層地區(qū)，對(duì)油氣管道的設(shè)計(jì)必須加入抗震設(shè)防安全措施，保證油氣管道的運(yùn)行安全。

應(yīng)對(duì)油氣管道通過(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)防安全性的措施，主要有以下幾點(diǎn)。

3.1 油氣管道在活動(dòng)斷層的運(yùn)行現(xiàn)狀

世界上的重大地震，對(duì)各國(guó)的油氣管道都造成了嚴(yán)重的破壞。我國(guó)也是地震等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國(guó)家之一。國(guó)內(nèi)的很多地區(qū)都處在活動(dòng)斷層上，因此，在油氣管道建設(shè)過(guò)程中，一定要對(duì)活動(dòng)斷層高度

重視。我國(guó)現(xiàn)在和中東地區(qū)之間達(dá)成了油氣輸送的共識(shí)，全面鋪設(shè)油氣輸送管道，但是，油氣管道必須要經(jīng)過(guò)活動(dòng)斷層地區(qū)，加強(qiáng)對(duì)這一地區(qū)油氣管道的抗震設(shè)計(jì)顯得尤為重要。我國(guó)的西氣東輸工程也已經(jīng)部分建成，油氣管道經(jīng)過(guò)的地帶，通過(guò)了數(shù)十個(gè)斷層區(qū)，西氣東輸?shù)亩诠こ探ㄔO(shè)中，管道的建設(shè)經(jīng)過(guò)了十四個(gè)斷層。由于油氣管道的距離長(zhǎng)，在油氣管道的建設(shè)中，三大活動(dòng)斷層都已經(jīng)涉及［3］。

3.2 油氣管道在活動(dòng)斷層地區(qū)的抗震安全性能設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)在對(duì)油氣管道活動(dòng)斷層地區(qū)的抗震安全性能設(shè)計(jì)中，最常用的設(shè)計(jì)方法有三種：一是以應(yīng)力為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)；二是以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)；三是以性能為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)。GB 50470-2008《油氣輸送管道線(xiàn)路工程抗震技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，對(duì)油氣管道的抗震安全性設(shè)計(jì)必須要通過(guò)對(duì)活動(dòng)斷層的油氣管道施加一定的壓力，對(duì)油氣管道進(jìn)行抗拉伸，以及抗壓縮的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于通過(guò)活動(dòng)斷層的油氣管道設(shè)計(jì)抗震值的加速度必須大于0.3g。通過(guò)人口密集區(qū)，以及水源保護(hù)區(qū)時(shí)，油氣管道在受壓的情況下，通過(guò)逆沖斷層處的交角，一定要大于90°，這樣可以有效地對(duì)油氣管道進(jìn)行抗震。在活動(dòng)斷層的位錯(cuò)量最小的部分，以及活動(dòng)斷層處會(huì)導(dǎo)致油氣管道出現(xiàn)受拉的現(xiàn)象，這種情況下，一定要對(duì)油氣管道的抗震進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，可以按照Newmark-Hall的方法對(duì)油氣管道進(jìn)行抗震安全性計(jì)算，通過(guò)對(duì)油氣管道的軸向最大拉伸應(yīng)變，以及油氣管道的容變拉伸進(jìn)行抗震實(shí)驗(yàn)，Newmark-Hall的方法具體是指通過(guò)簡(jiǎn)化埋地管道在地震斷層的作用，承受的壓力而導(dǎo)致管道變形的現(xiàn)象，而且以邊界做假設(shè)值，從而得出的運(yùn)算公式。Newmark-Hall的方法在對(duì)埋地管道的地震斷層計(jì)算中具有合理性，而且運(yùn)算簡(jiǎn)便，已經(jīng)得到了多國(guó)采用。

3.3 油氣管道在凍土地區(qū)的抗震安全性能設(shè)計(jì)

我國(guó)的凍土主要分布在大小興安嶺、喜馬拉雅山等地區(qū)，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(guó)的油氣管道鋪設(shè)，大部分位于這些地區(qū)，因此，如果凍土和活動(dòng)斷層同時(shí)存在，就會(huì)對(duì)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(gè)方面進(jìn)行研究：首先，要設(shè)計(jì)出更加精確的抗震數(shù)據(jù)計(jì)算儀器；其次，對(duì)斷層活動(dòng)引起的沙土液化、滑坡等現(xiàn)象，要考慮到抗震安全性中來(lái)；最后，要對(duì)土體進(jìn)行變形實(shí)驗(yàn)。

3.4 針對(duì)油氣管道的先進(jìn)抗震措施

通過(guò)我國(guó)專(zhuān)家學(xué)者的不斷研究，在通過(guò)斷層埋地管道的抗震措施方面已經(jīng)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(shè)管道方面著手，對(duì)于新建的管道項(xiàng)目，我們?cè)诳拐鸱矫嬉龅墓ぷ髦饕譃橐韵虏襟E：首先，考慮選擇合適的斷層的位置，方便管道穿越，對(duì)管溝進(jìn)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(jù)實(shí)際情況確定管道埋設(shè)深度；最后，選擇管道的埋設(shè)深度后，最好使用口徑較大的套管進(jìn)行保護(hù)，采用大曲率半徑彈性敷設(shè)方式進(jìn)行建設(shè)。對(duì)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(shù)較大的外防腐層，使用摩擦系數(shù)較小的外防腐層或者使用光滑的管套，利用管溝敷設(shè)的方法進(jìn)行施工等。這些措施也適用于通過(guò)斷層的油氣管道的抗震改造。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于通過(guò)活動(dòng)斷層的油氣管道設(shè)計(jì)必須考慮多方面的因素，尤其要考慮到活動(dòng)斷層地區(qū)的地質(zhì)條件以及油氣管道設(shè)計(jì)安全的抗震性能。尤其在管道建設(shè)前，要提前對(duì)油氣管道進(jìn)行抗震實(shí)驗(yàn)，降低搶修難度。在油氣管道投入使用后，出現(xiàn)抗震等安全性問(wèn)題時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行搶修。

［1］亢會(huì)明，曹潤(rùn)蒼，李束為.油氣管道通過(guò)活動(dòng)斷層抗震設(shè)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(píng)［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(guò)逆斷層的有限元分析［J］.石油機(jī)械，2015，10:112-115.