浅析燃气管道穿跨越工程抗震技术

郭永红（唐山市燃气集团有限公司，河北 唐山 063000）



浅析燃气管道穿跨越工程抗震技术

郭永红
（唐山市燃气集团有限公司，河北 唐山 063000）

摘 要：本文基于地震灾害对燃气管道所产生的影响进行深层次地分析，并结合实际案例针对燃气管网易受地震破坏的因素提出燃气管道穿跨越工程抗震技术要点，其在解决燃气管道穿跨越工程实际施工过程的抗震技术上具有一定的参考价值。

关键词：燃气管道；穿跨越工程；地震；抗震技术

目前我国对地震灾害的预测技术研究仍处于起步阶段，不能及时准确地预知到地震灾害的发生。因此在地震灾害面前，提升燃气管网的抗震等级、做好防御工作十分重要。

一、地震对燃气管道及设施的影响

地震灾害具有瞬时性、强灾害性的特点。其对燃气管道及设施主要有直接影响和次生影响两方面。而对燃气系统而言，地震造成的间接毁坏往往更为严重。

1 直接影响：由于地震引发的地表震动以及断层破坏，可导致燃气管道尤其是穿跨越位置的管道以及阀门的破裂、错动，进而造成城市燃气管网系统瘫痪，燃气泄漏，影响正常的燃气供应和使用。

2 次生影响：地震所导致的燃气管道破裂会造成燃气的泄漏，遇明火极易引发火灾甚至是爆炸事故的发生，造成环境污染的同时，也进一步加剧了地震灾害的破坏程度，而由火灾和爆炸引发的混乱也给灾后营救带来了不良影响；同时，由于地面振动造成地表建筑物坍塌，使得交通通信系统瘫痪，由燃气管道泄漏引发的火灾、爆炸灾情往往无法及时采取营救措施，也给震后燃气管道的抢修工作带来了困难。

二、影响燃气管网地震破坏的因素

1 地震烈度。地震烈度用于衡量地震的剧烈程度或对环境的破坏程度，震级愈大，震源愈浅，地震烈度也就愈大，从而对燃气管网的毁坏性也就愈强烈。

2 空间及场地条件。由于场地条件不同，如空间的开阔性差异、空间方位差异、场地地质条件差异、管段的埋深（覆盖土层厚度差异）等因素都会影响地震对燃气管网的破坏程度。通过相关的理论研究，可发现燃气管道受震灾的影响程度与周围土层的性能联系密切。一般地说，埋置于软土地基地区的细颗粒土地段管道受灾影响程度相比其他粗颗粒土质区更为严重。

图1 管道穿越断裂带立面图（本图尺寸单位为mm）

3 管材。除了外界因素的影响，管道本身的性能与受震灾影响程度也息息相关。在市政工程中，常用的燃气管道管材主要有铸铁、钢材以及目前取得较快发展的聚乙烯（PE）管材。考虑到管道的整体抗震性能，需选用延展性、强度优良的管材，而钢材和PE管材的性能明显高于铸铁管材，故在近几年得到广泛应用；同时，PE管材采用热熔型连接，对整体抗震性能有一定提升，对于PE管材的研究具有一定的现实意义。

4 管道口径及厚度。笔者据多方面实地考察研究发现，管道口径大、壁厚大的管道有着更优越的抗震性能。

5 管内压强。影响燃气管道抗震性能的因素还包括管内燃气压强的大小。相关研究实验表明，高压管道在遇到地震破坏时，由于管内的高压气体产生了一定的缓冲作用，故管道受震形变较小，可承受地震荷载大，抗震性能高于低压管道。

三、燃气管道穿跨越工程抗震技术要点

1 管道线路工程地质勘察

管道沿线地质工程的勘察主要包括初步勘察以及后续详细勘察两部分内容。

在初步勘察中，需对土质的构造、土层、岩质等参数进行实地调研，同时结合相关参考资料，对管路沿线地质进行初步勘察，给出初步勘察报告；

后续详细调查主要是对管道周围土质、水文条件进行考察调研，根据工程勘察等级确定合适的勘测点和勘察深度，为后期的管网设计提供参考。

2 管道壁厚及管材

管道本身的性能与受震灾影响程度也息息相关，基于前文研究的管道壁厚与管材对抗震性能的影响可以得出，从管道本身性能参数方面来考虑燃气管道穿跨越工程抗震性能的提升，应选用管道壁厚较大且延展性及强度优良的管材，如钢材或者是聚乙烯（PE）管材等。而且由于采用热熔型连接的特点在抗震方面有着更好的表现，因此PE管材具有良好的应用与发展前景。

3 管道的焊接

燃气管道的焊接形式对管道抗震性能也起着重要的作用，目前提升管道焊接性能以达到抗震目标的主要方式为采用半自动焊接工艺或者是手工向焊焊接；

其次，在焊接结束后应针对管道的焊缝按照相关流程进行检测，抗震性能。

4 管道敷设

针对不同环境的抗震要求，对管道铺设方式进行调整。

目前多数施工单位采用的管道敷设方式为直埋方式敷设，对不同地理环境应考虑其耕作深度以及荷载的差异，合理布置土层覆盖厚度；当出现管道弯转或者变径时，应视具体情况不同而采取弹性铺设方式，以减免地震灾害对燃气管网的影响程度。

5 阀门的选型及控制机构

阀门对燃气管道抗震性能的影响主要是考虑其调整的灵活度需求，目前较为科学的阀门控制系统采用了气液联动的直通式球阀技术，当地震灾害发生时，可以通过控制阀门来及时切断燃气供应系统，最大程度地减少燃气泄漏及其次生灾害的发生。

另一方面，对于控制系统的改进现多采用远程控制的方式，对快速发生的地震及时采取应用措施，进而起到良好的抗震效果。

6 SCADA系统

SCADA系统，全名为Supervisory Control And Data Acquisition系统，是一种基于计算机控制下的信息获取及分析、传输的通信系统。

在燃气管网抗震系统中，SCADA系统的应用对于提升信息的准确性以及信息传输的及时性起到重要的作用。通过SCADA系统可对整个燃气管网系统进行检测及及时调控，当地震灾害发生时，可通过该系统对于燃气管网中的问题及时检测并采取施救措施，保证燃气管道施工的安全。

7 通过活动断裂带的抗震技术

在燃气管道穿跨越工程中，当管道通过活动断裂带时，对于抗震问题的措施可采用架空铺设、弹性连接、布置维护铺垫等方式，以尽量减少地震对于燃气管网的影响。

四、实际案例分析

在此，结合西气东输冀宁管道工程进行实例分析。该项目的燃气管路全长为910km，其中由于环境地形差异，管路需穿越断裂层18条，且有两条处于活动断裂带。针对穿跨越的断裂带不同，根据实地勘测和相关抗震研究确定了合理的抗震措施。

1 当需穿跨越的断裂带主要为正断，带宽5m～25m时，且可发生的破坏性地震水平断错2m～4m，垂直断错0.4m～0.8m，采取以下对策。

（1）断面处管道加厚。壁厚18.4mm。

（2）管道铺设方案为斜坡管沟方案，如图1所示。

（3）在处理管道变向问题时，应用弹性铺设。

（4）在断裂带管道两周设置全线阀室，当出现地震灾害，可以有效切断供气。

（5）管道焊缝射线复查。

（6）管道材料选用光滑，表面摩擦系数低的管材，有利于形变。

2 当需穿跨越的断裂带主要为逆右旋走滑，带宽20m～50m，且可发生的破坏性地震水平断错2m～4m，垂直断错0.4m～0.8m，采取以下对策。

（1）项目采取特殊断面的管沟方案穿越断面，其中管沟底部应做到平整，合理确定开挖方案。

（2）通过比较各种方案，最终确定管道铺设方案为斜坡管沟方案。

（3）当管道通过断裂层时，采取加厚管路，壁厚规格为18.4mm。

（4）对于断层处的管路采取弹性连接敷设的方式对管道的转向。

（5）对管路接缝处采取100%X射线检查。

（6）提升抗腐蚀性能，采用3PE加强级防腐措施。

结语

本文对管道穿跨越工程施工中的抗震技术进行了相关分析，总结了燃气管网受地震灾害的影响因素，并针对各项因素对燃气管网系统提出了改进措施。相信随着科技不断进步，燃气管网系统的抗震性能会不断提升，进而促进人民生活水平的提高。

参考文献

［1］国家发展和改革委员会. SY/T0053-2004，油气田及管道岩土工程勘察规范［S］.

［2］ GB50021-2001，岩土工程勘察规范［S］.

中图分类号：TE83

文献标识码：A