油气管道通过活动断层抗震设防安全性探讨

2016-03-13邓乔予中国石油天然气管道工程有限公司河北廊坊065000

化工管理 2016年10期

邓乔予（中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

油气管道通过活动断层抗震设防安全性探讨

邓乔予（中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊 065000）

油气管道一般涉及的范围较广，距离较长，这就使油气管道在建成后运营的过程中容易出现问题，因此，要对油气管道进行压缩塑性变形实验和拉伸实验，测验油气管道的抗震性、压缩性和拉伸性。本文就从油气管道通过活动断层抗震设防安全性方面分析探讨，希望能够对油气管道通过活动断层抗震设防安全性实施提供可行性的建议。

油气管道；活动断层；抗震设防；安全性

0 引言

我国的冻土面积非常大，占到全国土地面积的90%以上，如果在冬季进行油气管道铺设，可能会导致油气管道被冻土所挤压，如果此时再发生地震，就会出现难以预计的后果，造成巨大的经济损失。因此，对油气管道通过活动断层的设计一定要具备较强的抗震效果。

1 我国活动断层地带的状况简述

我国处于环太平洋地震带和喜马拉雅--地中海地震带上，板块活动非常频繁，因此，我国也是一个地震多发的国家。根据我国对地震频率的统计情况来看，20世纪我国陆地地震次数平均为5级以上的地震，每年发生20次。平均6级以上的地震每年发生4次。平均为7级以上的地震每年发生2次。由此可以看出，我国也是一个地震灾害多发的国家［1］。活动断层按照形态分布，可以分为三类，即逆断层、正断层、走滑断层。世界上的绝大多数地震灾害，都发生在活动断层上，地震产生的地表新断层与之前的活动断层的走向一致，活动断层地区再次发生地震的几率就会大大提升。就我国来说，西部的活动断层分布广、规模大、活跃性强，东部的活动断层活跃性相对较低。

2 我国冻土分布状况简述

我国的冻土分布非常广，占到我国陆地总面积的90%。冻土具体是指土壤在0℃以下时，其中参杂有含冰的各类岩石的土壤［2］。按照冻土的冻结状态，以及冻结时间来分类，把冻土分为短时冻土、季节性冻土、多年冻土等。多年冻土具体指的是数年以及一万年以上的冻土。

3 油气管道通过活动断层抗震设防安全性的应对措施

在油气管道的设计中，通过活动断层的管道设计是最困难的。由于活动断层地区属于地壳活动最频繁的地段，地震等地质灾害频发，对油气管道会造成严重的破坏和损失。因此，在活动断层地区，对油气管道的设计必须加入抗震设防安全措施，保证油气管道的运行安全。

应对油气管道通过活动断层抗震设防安全性的措施，主要有以下几点。

3.1 油气管道在活动断层的运行现状

世界上的重大地震，对各国的油气管道都造成了严重的破坏。我国也是地震等地质灾害多发的国家之一。国内的很多地区都处在活动断层上，因此，在油气管道建设过程中，一定要对活动断层高度

重视。我国现在和中东地区之间达成了油气输送的共识，全面铺设油气输送管道，但是，油气管道必须要经过活动断层地区，加强对这一地区油气管道的抗震设计显得尤为重要。我国的西气东输工程也已经部分建成，油气管道经过的地带，通过了数十个断层区，西气东输的二期工程建设中，管道的建设经过了十四个断层。由于油气管道的距离长，在油气管道的建设中，三大活动断层都已经涉及［3］。

3.2 油气管道在活动断层地区的抗震安全性能设计

目前，我国在对油气管道活动断层地区的抗震安全性能设计中，最常用的设计方法有三种：一是以应力为基础的抗震设计；二是以应变为基础的抗震设计；三是以性能为基础的抗震设计。GB 50470-2008《油气输送管道线路工程抗震技术规范》中规定，对油气管道的抗震安全性设计必须要通过对活动断层的油气管道施加一定的压力，对油气管道进行抗拉伸，以及抗压缩的实验。对于通过活动断层的油气管道设计抗震值的加速度必须大于0.3g。通过人口密集区，以及水源保护区时，油气管道在受压的情况下，通过逆冲断层处的交角，一定要大于90°，这样可以有效地对油气管道进行抗震。在活动断层的位错量最小的部分，以及活动断层处会导致油气管道出现受拉的现象，这种情况下，一定要对油气管道的抗震进行严格的设计，可以按照Newmark-Hall的方法对油气管道进行抗震安全性计算，通过对油气管道的轴向最大拉伸应变，以及油气管道的容变拉伸进行抗震实验，Newmark-Hall的方法具体是指通过简化埋地管道在地震断层的作用，承受的压力而导致管道变形的现象，而且以边界做假设值，从而得出的运算公式。Newmark-Hall的方法在对埋地管道的地震断层计算中具有合理性，而且运算简便，已经得到了多国采用。

3.3 油气管道在冻土地区的抗震安全性能设计

我国的冻土主要分布在大小兴安岭、喜马拉雅山等地区，冻土的分布面积大约为215×104。其断层地带也分布着大面积的冻土，我国的油气管道铺设，大部分位于这些地区，因此，如果冻土和活动断层同时存在，就会对油气管道造成毁灭性的破坏。要提高油气管道的抗震安全性，就要从以下几个方面进行研究：首先，要设计出更加精确的抗震数据计算仪器；其次，对断层活动引起的沙土液化、滑坡等现象，要考虑到抗震安全性中来；最后，要对土体进行变形实验。

3.4 针对油气管道的先进抗震措施

通过我国专家学者的不断研究，在通过断层埋地管道的抗震措施方面已经有了巨大成就，要保证油气管道的安全性和抗震性，就需要从建设管道方面着手，对于新建的管道项目，我们在抗震方面要做的工作主要分为以下步骤：首先，考虑选择合适的断层的位置，方便管道穿越，对管沟进行特殊处理，减小油气管道和土壤之间的摩擦；其次，选择合适的管材，根据实际情况确定管道埋设深度；最后，选择管道的埋设深度后，最好使用口径较大的套管进行保护，采用大曲率半径弹性敷设方式进行建设。对已建管道的抗震改造，则需要从管道和土壤之间摩擦方面入手。比如，回填土是否松散，减少使用摩擦系数较大的外防腐层，使用摩擦系数较小的外防腐层或者使用光滑的管套，利用管沟敷设的方法进行施工等。这些措施也适用于通过断层的油气管道的抗震改造。