埋地供水管道受地震破坏规律研究

武路

摘 要：地震是当前人类面临的破坏力最大的突发性自然灾害之一，除了直接造成人民生命财产的损失及建筑物倒塌，还对公共设备造成极大的损害，引发一系列次生危害。而在这场灾害中，供水管道由于覆盖面积广泛，地震后，往往受到的打击最为致命，而供水是人民赖以维持基本生活的最基础性设备，一旦遭到破坏，整个社会的生产与生活就会受到陷入瘫痪之中。

关键词：供水管道；管道抗震性能；试验研究；破坏规律

1 地震作用下供水管道的破坏形式

1.1 地震的破坏性。我国处于环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带一带，属于地震频发和地震分布范围广泛的国家。地震往往会带来巨大的经济损失和人员伤亡，对人类社会造成巨大的破坏。根据有关数据显示，目前全世界每年由地震造成的平均死亡人数已经到达了8000—10000人/次，平均每次地震灾害造成的经济损失多达几十亿美元。例如1995年1月17日发生在日本阪神的地震灾害，造成了5438人死亡，直接经济损失高达6200亿人民币！给人民和国家的经济安全与社会安全带来了巨大的威胁与挑战！

由此可见，地震在某种意义上是群灾之首也不为过。

1.2 受害案例及分析。纵观目前的国内对供水管道的抗震性设计还处于初步发展阶段，理论基础和试验研究还不够完善，因此我们有必要从1976年的唐山大地震、2008年的汶川地震、2010年的青海玉树地震以及历史上的重大地震所造成的城市管道损害数据上吸取经验，从中寻找更完善的防震策略。

1976年唐山大地震中，整个城市的供水系统陷入瘫痪的状态，直径2m以上的干管遭到破坏共计58处，平均每公里4处的受害比率。

2008年汶川地震对四川城市生命线工程系统造成了很严重的破坏后果，在受灾的126个市县区内，受到地震影响的水厂有156个，直接受损管道累计44642.5km。其中受灾最为严重的是绵阳市区，出现多处爆管现象，漏水量巨大，几度造成供水中断。

2010年的青海玉树地震所造成的的管网破坏最为严重，根据有关数据显示，从取水井到高位蓄水池之间的380m的距离中，2根灰口铁制管口爆裂3处，裂痕深度最高达到约2米。

地震是一种突发性极强的自然灾害，每一次伴随着地震的发生，供水系统都会遭受到严重的破坏，其中以对输配水管道的损害最为严重，往往需要多天甚至多月的抢修才能恢复正常，这不仅对灾区人民的生活带来不便，同时也对灾区重建和经济恢复造成巨大的影响。水作为人类生存的必需品，也是社会经济的生命线，尤其以我国西部地区为甚，很多中小城市在遭受地震时，地形还十分复杂，往往处于丘陵山地地带，城市供水管网系统往往处于老化阶段，那么就不可避免的要遭受到影响。

2 对地震作用下供水管道破坏性规律的试验研究

2.1 试验目的。根据历史上多次重大特大地震相关资料的基础上，对埋地供水管道所遭受的破坏类型进行系统分析，可以得出地震作用下的埋地供水管道遭受破坏的类型、破坏模式、参数模型等。

2.2 试验方案。通过在对历史上的重大特点地震灾害损害埋地管道的资料整理收集，认识破坏机理，分析破坏因素，根据已知的破坏因素建立理论模型予以分析讨论，对试验材料进行参数分析，并对管道受到的破坏、位移和应变等情况等予以数据计算，通过计算得出的结果，确定各参数的影响规律，进行试验分析。

2.3 试验方式。（1）反应变位法。该方式区别于其他建筑物的是它位于地下的给水管道细长，单位长度重量与周围地区相比，较小。这样的地下管道在遭受地震时，很难脱离四周的地基土层，进行单独的振动。对于这种情况比较简单的模型，适用于地势平坦且土层较为均匀的情况。（2）表面波法。即埋地管道损害是由地表波所造成的，适用于表层地基土层均匀一致的情况下，同时也可以适用于铸铁管的计算。（3）动力分析法。即把各处的地基土层假设为一块质量块，管道下整个地基土层为一个质量体。基岩、各个质点和埋地管道三者之间用弹簧相连接。该方法适用于供水管道埋于不均匀的土层的情况下。

2.4 试验结果及分析。根据以上的试验数据，不难得出如下结论：（1）埋地供水管道根据整体性能的不同可以分类为分段管与连续管。分段管的变形主要集中于接头，而连续管的变形则主要有本身来承担。（2）相对变形理论模型的计算结果符合特殊结构抗震设计思想。相对变形理论模型结构简单，计算结果比较保守，符合特殊结构抗震设计理念。（3）地震减速波大小与管道的破坏程度成正比。地震减速波越大，地震作用也就越大；地震作用越大，管道的破坏程度就越大。（4）土弹簧系数的重要程度不可忽视。它对管道的影响也至关重要。土弹簧程度影响埋地管道的抗震性能，简而言之即坚硬的场地有利于管道抗震。

3 防治措施

3.1 对于地基的防治措施。松土区域不得直接安装铸铁管，必须予以地基处理，根据具体的地质地形情况予以不同的分析，然后尽量避开危险地段，若无法避开时，应采用性能良好的施工材料，并采取有效的抗震措施。

3.2 分层进行夯实松软基础。分层进行夯实处理，有助于减少剪切波对埋地管道的不利影响。

3.3 尽量选择平坦地方铺设供水管道。在情况允许的情况下，尽量减少在丘陵等地的管道铺设，以便减少剪切波对埋地供水管道的影响，如此一来可以保证在地震来临之时，管道不至于破坏的过于严重难以修复，对灾区人民的生活供水造成困难的影响。

3.4 选材方面。埋地供水管道中的铸铁管一般可分为灰口铸铁管和球墨铸铁管，根据地震留下的已有资料，灰口铸铁管的震损比率低于球墨铸铁管。所以尽可能的选用灰口铸铁管，也是增强埋地供水管道的抗震性的良法之一。

3.5 使用年限。根据已有地震资料显示，由于老化、腐蚀等原因，会导致埋地供水管道的延展性和刚性程度大打折扣，其抗震性能也会随之变差，因此即使更换管道，注意使用年限，则可以在一定程度上增加管道的抗震性。

4 合理建议

本文根据已有的破坏案例进行了综合系统的分析与研究，并且通过不同的试验手法来模拟受损情况，并给与详细的分析，但受制于条件的限制，未能考虑到更多情况下的应对措施。本文根据现有地震资料以及实验结果，我们应当了解并掌握埋地供水管道的管材、以及相应的连接方式，和不同地质条件下应采取何种管材、管径、连接方式，来增强供水管道的供水性能，并且在满足使用安全性能的情况下，增强自身的防震性能，提高埋地供水管的使用寿命，根据不同的条件，予以不同的解决措施，制定相应的合理、安全、经济的布局规划，来进行更有效的、更加时间的应用性内容，这才是我们真正的实验目的，也是我们进行防震抗震的意义所在。

参考文献

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