1. 引言

西部管道公司下轄的1.3萬多公里原油、 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， 位于我國地形地貌單元的第二階梯。 作為典型的長距離線性工程， 西部管道公司所轄的上述管道受板塊構造運動的影響， 所轄管道沿線地震多發(fā)， 斷裂帶分布廣泛， 在不同程度上對管道安全運營構成威脅。

2. 研究地震斷裂帶的意義

為切實保障長輸管線長期、 安全、 經濟的運行， 必須充分認識地震斷裂帶對管道危害的嚴重性， 同時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系/地震斷裂帶的活躍程度， 逐步構建科學的管道地質災害風險管理系統(tǒng)， 實時掌控地震作用下管道變形狀態(tài)， 及時發(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， 對保障西氣東輸管道的安全運營具有重要意義。

3. 地震斷裂帶對管道的危害

1） 國內外已發(fā)生地震斷裂帶造成管線破壞的實例

地震斷裂帶是危害管道安全運營的重要地質災害類型之一。 此前地震斷裂帶對管道的影響并沒有得到足夠的重視， 直至1971年圣費爾南多地震中加利福尼亞圣安德烈斯斷層Sylmar段一帶的地下數起管道遭受了嚴重破壞， 地震斷裂帶對管道的嚴重危害才開始走入人們的視野。 歷史上曾經發(fā)生過很多地震斷裂帶損壞管道的事件， 危害嚴重（見表1） 。

地震斷裂帶造成管線破壞的實例還有很多，一個共同的結果都是造成了管線嚴重損壞， 經濟損失巨大。 一旦管體受力狀況發(fā)生改變， 極有可能導致管體局部應力急劇增大， 嚴重時可造成管道應力或應變失效， 導致油氣泄漏、 管線停輸，還有可能引發(fā)火災、 爆炸等事故， 對生命財產、自然環(huán)境和社會安定帶來嚴重后果和惡劣影響。國內外多年的長輸油氣管道運行經驗表明， 對地面移動條件下的管道變形問題如不給予足夠重視， 不能及時掌握管道的變形信息， 是造成不良后果和經濟損失的直接因素。

2） 地震斷裂帶造成管線破壞主要危害類型地震時， 管線的敷設方式不同， 則相應的破壞也有所不同。 管線本身的破壞形式可分為兩種： 一種是強度破壞， 另一種是失穩(wěn)破壞。大量震害表明： 地震時管線不僅出現(xiàn)強度破壞， 還會出現(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 地 下 管 道 的 危 害 作 用 主 要 有 以 下表現(xiàn)：

（1） 構造性地震運動， 像地殼構造的上升與下陷， 斷層錯動等。

1923年日本地震， 1971年圣費爾南多地震，1976年唐山地震， 1999年臺灣地震， 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。 大量的震害調查認為， 只有高強度和韌性的鋼管一般能抗拒強烈地震的地面運動， 卻不能抵御斷層作用和地面破壞所產生的永久地面變形。 唐山地震時， 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） 地震動引起的土壤液化， 滑坡等場地失效。

土壤液化后承載力降低， 一般說來將導致管道變形。 液化后土壤形成粘稠狀液體， 有時還噴冒， 管體在這個時候是在粘稠狀液體中運動。1964年日本新瀉地震時， 大面積土壤液化和液化流動， 許多管道遭受破壞， 埋地鋼管出現(xiàn)屈曲。1971年美國圣費爾南多地震， 圣諾曼水庫附近由于液化， 輸水管道破壞嚴重， 11條穿過大位移區(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)還要嚴重。

（3） 地震波的傳播效應

前兩種作用對地下管道的破壞是災難性的，管線的鋪設應盡量避開可能發(fā)生這樣地震效應的場地， 否則， 應采取特殊的防震措施和進行專門的研究； 第三種作用是地下管道破壞的最普遍原因， 其在理論和試驗上的研究也比較深入。 國內外多次地震的調查表明， 地震波傳播本身對位于均勻堅硬土層的地下管道的破壞影響相對較小，但是影響所涉及的區(qū)域都是相當大的。 大多數地下管道的破壞是由于地震波的波動造成的， 當場地土松軟或不均勻時， 尤其在場地條件差異較大的交界處， 破壞將加重。 震害調查發(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生的拉力作用而引起管道的破壞， 而且大多數損壞發(fā)生在主干線和支線的連接部位。

（4） 次生災害， 地震引發(fā)的洪水、 火災等災害， 也會對管道造成嚴重破壞。

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

2012年西部管道公司實地勘察的活動地震斷裂帶共8條， 其中新疆境內5條， 甘肅境內3條（見表2） ； 與在役管道交叉的6條， 500米內并行的一條（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。 另外公司通過文獻搜集整理的活動地震斷裂帶共14條， 其中新疆境內4條， 甘肅境內10條（見表3） 。

5. 管道通過地震斷裂帶的應對措施

1） 依據《油氣輸送管道線路工程抗震技術規(guī)范》 （GB-50470-2008） ， “位于設計地震動峰值加速度大于或等于0.2g地區(qū)的管道， 應進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） 的全新世活動斷層， “對通過活動斷層的管道應進行抗拉伸和抗壓縮校核”（6.2.1） ；

當大中型穿越管道“位于設計地震動峰值加速度大于或等于0.1g地區(qū)時， 應進行抗拉伸和抗壓縮校核”（6.5.1） 。

2） 除進行抗拉伸和抗壓縮校核， 還可采取相應的工程措施。 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向移動為原則； 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， 管道對地震斷裂災害的敏感性無從得知。 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)， 有助于管理者及時采取工程彌補措施消減管道風險， 因此， 有必要建立管線地震災害損傷評估系統(tǒng)。

3） 管線地震災害損傷評估系統(tǒng)以應變監(jiān)測技術和基于應變的管道安全評價技術為主要技術手段， 通過觀測地震發(fā)生后管道的實際變形程度，并與設計允許的拉伸（或壓縮） 應變進行比較，來評估震害對管道的損傷， 以此作為是否采取消減措施的依據。

另外也可通過有限元分析的手段來對管道的損傷進行評估。 采用有限元分析需以掌握斷裂帶位移數據為前提， 取得斷裂帶兩端相對位移量是采用這一技術手段的基礎。 GPS定位測量技術具備常規(guī)測量所不具備的優(yōu)越性， 諸如： 不要求視線通視、 不受測區(qū)環(huán)境限制、 效率高等優(yōu)勢， 因此推薦采用該種技術手段對斷裂帶兩端位移進行觀測。

還可以根據地震斷裂帶的活躍程度、 對管道可能造成的危害程度大小開展震后管道變形觀測或GPS位移測量。 建議對與管道相交的活動地震斷裂帶， 如博阿斷裂、 阿爾金斷裂等要重點進行觀測， 可以同時采取震后管道變形觀測和GPS兩端位移測量的方法； 對與管道平行的活動地震斷裂帶可以選取典型的采用震后管道變形觀測的方法， 以監(jiān)測管體的受力和變形， 掌握地震斷裂對平行敷設的管道的影響。

6. 結語

在各類應對措施中， 針對那些風險等級較高的管道地震斷裂帶災害隱患， 為控制和減輕風險而采取必要的長期監(jiān)測， 特別是針對管道本體的監(jiān)測， 有益于及時發(fā)現(xiàn)問題、 判斷風險程度并采取合理的治理措施。 ◢

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

《管道保護》2013 第 1 期（總第 8 期）