1. 引言

西部管道公司下轄的1.3萬(wàn)多公里原油、 成品油和天然氣管道， 包括西氣東輸一線、 二線， 烏蘭原油成品油線、 澀寧蘭一線、 復(fù)線， 輪吐線等線路， 地跨新疆、 甘肅、 青海等行政區(qū)劃， 跨越的大型地貌單元有天山北麓、 天山東段、 河西走廊及黃土高原西部， 位于我國(guó)地形地貌單元的第二階梯。 作為典型的長(zhǎng)距離線性工程， 西部管道公司所轄的上述管道受板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響， 所轄管道沿線地震多發(fā)， 斷裂帶分布廣泛， 在不同程度上對(duì)管道安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成威脅。

2. 研究地震斷裂帶的意義

為切實(shí)保障長(zhǎng)輸管線長(zhǎng)期、 安全、 經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行， 必須充分認(rèn)識(shí)地震斷裂帶對(duì)管道危害的嚴(yán)重性， 同時(shí)有必要掌握管道沿線的地震斷裂帶的分布及特征， 查明地震斷裂帶與管線的空間位置關(guān)系/地震斷裂帶的活躍程度， 逐步構(gòu)建科學(xué)的管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)掌控地震作用下管道變形狀態(tài)， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道變化， 做到防患于未然。 研究地震斷裂帶的分布范圍、 主要特征， 對(duì)保障西氣東輸管道的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。

3. 地震斷裂帶對(duì)管道的危害

1） 國(guó)內(nèi)外已發(fā)生地震斷裂帶造成管線破壞的實(shí)例

地震斷裂帶是危害管道安全運(yùn)營(yíng)的重要地質(zhì)災(zāi)害類型之一。 此前地震斷裂帶對(duì)管道的影響并沒(méi)有得到足夠的重視， 直至1971年圣費(fèi)爾南多地震中加利福尼亞圣安德烈斯斷層Sylmar段一帶的地下數(shù)起管道遭受了嚴(yán)重破壞， 地震斷裂帶對(duì)管道的嚴(yán)重危害才開始走入人們的視野。 歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)很多地震斷裂帶損壞管道的事件， 危害嚴(yán)重（見表1） 。

地震斷裂帶造成管線破壞的實(shí)例還有很多，一個(gè)共同的結(jié)果都是造成了管線嚴(yán)重?fù)p壞， 經(jīng)濟(jì)損失巨大。 一旦管體受力狀況發(fā)生改變， 極有可能導(dǎo)致管體局部應(yīng)力急劇增大， 嚴(yán)重時(shí)可造成管道應(yīng)力或應(yīng)變失效， 導(dǎo)致油氣泄漏、 管線停輸，還有可能引發(fā)火災(zāi)、 爆炸等事故， 對(duì)生命財(cái)產(chǎn)、自然環(huán)境和社會(huì)安定帶來(lái)嚴(yán)重后果和惡劣影響。國(guó)內(nèi)外多年的長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明， 對(duì)地面移動(dòng)條件下的管道變形問(wèn)題如不給予足夠重視， 不能及時(shí)掌握管道的變形信息， 是造成不良后果和經(jīng)濟(jì)損失的直接因素。

2） 地震斷裂帶造成管線破壞主要危害類型地震時(shí)， 管線的敷設(shè)方式不同， 則相應(yīng)的破壞也有所不同。 管線本身的破壞形式可分為兩種： 一種是強(qiáng)度破壞， 另一種是失穩(wěn)破壞。大量震害表明： 地震時(shí)管線不僅出現(xiàn)強(qiáng)度破壞， 還會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。 失穩(wěn)破壞主要分為兩種形式： 一種是梁型失穩(wěn)， 一種是殼型失穩(wěn)。地 震 對(duì) 地 下 管 道 的 危 害 作 用 主 要 有 以 下表現(xiàn)：

（1） 構(gòu)造性地震運(yùn)動(dòng)， 像地殼構(gòu)造的上升與下陷， 斷層錯(cuò)動(dòng)等。

1923年日本地震， 1971年圣費(fèi)爾南多地震，1976年唐山地震， 1999年臺(tái)灣地震， 大量的管道因跨越斷層或斷層附近由于受拉、 受壓或屈曲發(fā)生破壞。 大量的震害調(diào)查認(rèn)為， 只有高強(qiáng)度和韌性的鋼管一般能抗拒強(qiáng)烈地震的地面運(yùn)動(dòng)， 卻不能抵御斷層作用和地面破壞所產(chǎn)生的永久地面變形。 唐山地震時(shí)， 唐山城南至豐南斷層垂直變位.08米， 水平為1.53米， 管道自然要受到破壞。

（2） 地震動(dòng)引起的土壤液化， 滑坡等場(chǎng)地失效。

土壤液化后承載力降低， 一般說(shuō)來(lái)將導(dǎo)致管道變形。 液化后土壤形成粘稠狀液體， 有時(shí)還噴冒， 管體在這個(gè)時(shí)候是在粘稠狀液體中運(yùn)動(dòng)。1964年日本新瀉地震時(shí)， 大面積土壤液化和液化流動(dòng)， 許多管道遭受破壞， 埋地鋼管出現(xiàn)屈曲。1971年美國(guó)圣費(fèi)爾南多地震， 圣諾曼水庫(kù)附近由于液化， 輸水管道破壞嚴(yán)重， 11條穿過(guò)大位移區(qū)的主要管道和支線都遭受破壞。 1976年唐山地震塘沽和漢沽地區(qū)由于土壤液化， 其管道破壞比震中11度區(qū)還要嚴(yán)重。

（3） 地震波的傳播效應(yīng)

前兩種作用對(duì)地下管道的破壞是災(zāi)難性的，管線的鋪設(shè)應(yīng)盡量避開可能發(fā)生這樣地震效應(yīng)的場(chǎng)地， 否則， 應(yīng)采取特殊的防震措施和進(jìn)行專門的研究； 第三種作用是地下管道破壞的最普遍原因， 其在理論和試驗(yàn)上的研究也比較深入。 國(guó)內(nèi)外多次地震的調(diào)查表明， 地震波傳播本身對(duì)位于均勻堅(jiān)硬土層的地下管道的破壞影響相對(duì)較小，但是影響所涉及的區(qū)域都是相當(dāng)大的。 大多數(shù)地下管道的破壞是由于地震波的波動(dòng)造成的， 當(dāng)場(chǎng)地土松軟或不均勻時(shí)， 尤其在場(chǎng)地條件差異較大的交界處， 破壞將加重。 震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 主要受損管線的走向與地震波傳播方向一致， 由于地震行波沿管道軸向產(chǎn)生的拉力作用而引起管道的破壞， 而且大多數(shù)損壞發(fā)生在主干線和支線的連接部位。

（4） 次生災(zāi)害， 地震引發(fā)的洪水、 火災(zāi)等災(zāi)害， 也會(huì)對(duì)管道造成嚴(yán)重破壞。

4. 西部管道公司所轄管道沿線活動(dòng)地震斷裂帶的現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

2012年西部管道公司實(shí)地勘察的活動(dòng)地震斷裂帶共8條， 其中新疆境內(nèi)5條， 甘肅境內(nèi)3條（見表2） ； 與在役管道交叉的6條， 500米內(nèi)并行的一條（與西三線交叉， 與二線并行） ； 另一條冷龍嶺斷裂帶與管道不相關(guān)。 另外公司通過(guò)文獻(xiàn)搜集整理的活動(dòng)地震斷裂帶共14條， 其中新疆境內(nèi)4條， 甘肅境內(nèi)10條（見表3） 。

5. 管道通過(guò)地震斷裂帶的應(yīng)對(duì)措施

1） 依據(jù)《油氣輸送管道線路工程抗震技術(shù)規(guī)范》 （GB-50470-2008） ， “位于設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度大于或等于0.2g地區(qū)的管道， 應(yīng)進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮校核”（6.1.1） ；

與管道相交或者平行（500m之內(nèi)） 的全新世活動(dòng)斷層， “對(duì)通過(guò)活動(dòng)斷層的管道應(yīng)進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮校核”（6.2.1） ；

當(dāng)大中型穿越管道“位于設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度大于或等于0.1g地區(qū)時(shí)， 應(yīng)進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮校核”（6.5.1） 。

2） 除進(jìn)行抗拉伸和抗壓縮校核， 還可采取相應(yīng)的工程措施。 這些措施包括： ①采用松散砂土回填； ②開挖管溝的寬度以不影響側(cè)向移動(dòng)為原則； ③優(yōu)化管道與斷層交角； ④采用大變形鋼管； ⑤適當(dāng)加大管道壁厚。 以上抗震措施的采用可使管道的安全性得以提高。 但震害發(fā)生后， 管道對(duì)地震斷裂災(zāi)害的敏感性無(wú)從得知。 掌握地震發(fā)生后穿越斷裂帶處管道的變形和受力狀態(tài)， 有助于管理者及時(shí)采取工程彌補(bǔ)措施消減管道風(fēng)險(xiǎn)， 因此， 有必要建立管線地震災(zāi)害損傷評(píng)估系統(tǒng)。

3） 管線地震災(zāi)害損傷評(píng)估系統(tǒng)以應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)和基于應(yīng)變的管道安全評(píng)價(jià)技術(shù)為主要技術(shù)手段， 通過(guò)觀測(cè)地震發(fā)生后管道的實(shí)際變形程度，并與設(shè)計(jì)允許的拉伸（或壓縮） 應(yīng)變進(jìn)行比較，來(lái)評(píng)估震害對(duì)管道的損傷， 以此作為是否采取消減措施的依據(jù)。

另外也可通過(guò)有限元分析的手段來(lái)對(duì)管道的損傷進(jìn)行評(píng)估。 采用有限元分析需以掌握斷裂帶位移數(shù)據(jù)為前提， 取得斷裂帶兩端相對(duì)位移量是采用這一技術(shù)手段的基礎(chǔ)。 GPS定位測(cè)量技術(shù)具備常規(guī)測(cè)量所不具備的優(yōu)越性， 諸如： 不要求視線通視、 不受測(cè)區(qū)環(huán)境限制、 效率高等優(yōu)勢(shì)， 因此推薦采用該種技術(shù)手段對(duì)斷裂帶兩端位移進(jìn)行觀測(cè)。

還可以根據(jù)地震斷裂帶的活躍程度、 對(duì)管道可能造成的危害程度大小開展震后管道變形觀測(cè)或GPS位移測(cè)量。 建議對(duì)與管道相交的活動(dòng)地震斷裂帶， 如博阿斷裂、 阿爾金斷裂等要重點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)， 可以同時(shí)采取震后管道變形觀測(cè)和GPS兩端位移測(cè)量的方法； 對(duì)與管道平行的活動(dòng)地震斷裂帶可以選取典型的采用震后管道變形觀測(cè)的方法， 以監(jiān)測(cè)管體的受力和變形， 掌握地震斷裂對(duì)平行敷設(shè)的管道的影響。

6. 結(jié)語(yǔ)

在各類應(yīng)對(duì)措施中， 針對(duì)那些風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的管道地震斷裂帶災(zāi)害隱患， 為控制和減輕風(fēng)險(xiǎn)而采取必要的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)， 特別是針對(duì)管道本體的監(jiān)測(cè)， 有益于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、 判斷風(fēng)險(xiǎn)程度并采取合理的治理措施。 ◢

作者簡(jiǎn)介： 汪鵬飛，1976年生，男，助理工程師，畢業(yè)于華東石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事管道維護(hù)管理工作。

《管道保護(hù)》2013 第 1 期（總第 8 期）