1. 引言

西部管道公司下辖的1.3万多公里原油、 成品油和天然气管道， 包括西气东输一线、 二线， 乌兰原油成品油线、 涩宁兰一线、 复线， 轮吐线等线路， 地跨新疆、 甘肃、 青海等行政区划， 跨越的大型地貌单元有天山北麓、 天山东段、 河西走廊及黄土高原西部， 位于我国地形地貌单元的第二阶梯。 作为典型的长距离线性工程， 西部管道公司所辖的上述管道受板块构造运动的影响， 所辖管道沿线地震多发， 断裂带分布广泛， 在不同程度上对管道安全运营构成威胁。

2. 研究地震断裂带的意义

为切实保障长输管线长期、 安全、 经济的运行， 必须充分认识地震断裂带对管道危害的严重性， 同时有必要掌握管道沿线的地震断裂带的分布及特征， 查明地震断裂带与管线的空间位置关系/地震断裂带的活跃程度， 逐步构建科学的管道地质灾害风险管理系统， 实时掌控地震作用下管道变形状态， 及时发现管道变化， 做到防患于未然。 研究地震断裂带的分布范围、 主要特征， 对保障西气东输管道的安全运营具有重要意义。

3. 地震断裂带对管道的危害

1） 国内外已发生地震断裂带造成管线破坏的实例

地震断裂带是危害管道安全运营的重要地质灾害类型之一。 此前地震断裂带对管道的影响并没有得到足够的重视， 直至1971年圣费尔南多地震中加利福尼亚圣安德烈斯断层Sylmar段一带的地下数起管道遭受了严重破坏， 地震断裂带对管道的严重危害才开始走入人们的视野。 历史上曾经发生过很多地震断裂带损坏管道的事件， 危害严重（见表1） 。

地震断裂带造成管线破坏的实例还有很多，一个共同的结果都是造成了管线严重损坏， 经济损失巨大。 一旦管体受力状况发生改变， 极有可能导致管体局部应力急剧增大， 严重时可造成管道应力或应变失效， 导致油气泄漏、 管线停输，还有可能引发火灾、 爆炸等事故， 对生命财产、自然环境和社会安定带来严重后果和恶劣影响。国内外多年的长输油气管道运行经验表明， 对地面移动条件下的管道变形问题如不给予足够重视， 不能及时掌握管道的变形信息， 是造成不良后果和经济损失的直接因素。

2） 地震断裂带造成管线破坏主要危害类型地震时， 管线的敷设方式不同， 则相应的破坏也有所不同。 管线本身的破坏形式可分为两种： 一种是强度破坏， 另一种是失稳破坏。大量震害表明： 地震时管线不仅出现强度破坏， 还会出现失稳破坏。 失稳破坏主要分为两种形式： 一种是梁型失稳， 一种是壳型失稳。地 震 对 地 下 管 道 的 危 害 作 用 主 要 有 以 下表现：

（1） 构造性地震运动， 像地壳构造的上升与下陷， 断层错动等。

1923年日本地震， 1971年圣费尔南多地震，1976年唐山地震， 1999年台湾地震， 大量的管道因跨越断层或断层附近由于受拉、 受压或屈曲发生破坏。 大量的震害调查认为， 只有高强度和韧性的钢管一般能抗拒强烈地震的地面运动， 却不能抵御断层作用和地面破坏所产生的永久地面变形。 唐山地震时， 唐山城南至丰南断层垂直变位.08米， 水平为1.53米， 管道自然要受到破坏。

（2） 地震动引起的土壤液化， 滑坡等场地失效。

土壤液化后承载力降低， 一般说来将导致管道变形。 液化后土壤形成粘稠状液体， 有时还喷冒， 管体在这个时候是在粘稠状液体中运动。1964年日本新泻地震时， 大面积土壤液化和液化流动， 许多管道遭受破坏， 埋地钢管出现屈曲。1971年美国圣费尔南多地震， 圣诺曼水库附近由于液化， 输水管道破坏严重， 11条穿过大位移区的主要管道和支线都遭受破坏。 1976年唐山地震塘沽和汉沽地区由于土壤液化， 其管道破坏比震中11度区还要严重。

（3） 地震波的传播效应

前两种作用对地下管道的破坏是灾难性的，管线的铺设应尽量避开可能发生这样地震效应的场地， 否则， 应采取特殊的防震措施和进行专门的研究； 第三种作用是地下管道破坏的最普遍原因， 其在理论和试验上的研究也比较深入。 国内外多次地震的调查表明， 地震波传播本身对位于均匀坚硬土层的地下管道的破坏影响相对较小，但是影响所涉及的区域都是相当大的。 大多数地下管道的破坏是由于地震波的波动造成的， 当场地土松软或不均匀时， 尤其在场地条件差异较大的交界处， 破坏将加重。 震害调查发现， 主要受损管线的走向与地震波传播方向一致， 由于地震行波沿管道轴向产生的拉力作用而引起管道的破坏， 而且大多数损坏发生在主干线和支线的连接部位。

（4） 次生灾害， 地震引发的洪水、 火灾等灾害， 也会对管道造成严重破坏。

4. 西部管道公司所辖管道沿线活动地震断裂带的现状统计

2012年西部管道公司实地勘察的活动地震断裂带共8条， 其中新疆境内5条， 甘肃境内3条（见表2） ； 与在役管道交叉的6条， 500米内并行的一条（与西三线交叉， 与二线并行） ； 另一条冷龙岭断裂带与管道不相关。 另外公司通过文献搜集整理的活动地震断裂带共14条， 其中新疆境内4条， 甘肃境内10条（见表3） 。

5. 管道通过地震断裂带的应对措施

1） 依据《油气输送管道线路工程抗震技术规范》 （GB-50470-2008） ， “位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.2g地区的管道， 应进行抗拉伸和抗压缩校核”（6.1.1） ；

与管道相交或者平行（500m之内） 的全新世活动断层， “对通过活动断层的管道应进行抗拉伸和抗压缩校核”（6.2.1） ；

当大中型穿越管道“位于设计地震动峰值加速度大于或等于0.1g地区时， 应进行抗拉伸和抗压缩校核”（6.5.1） 。

2） 除进行抗拉伸和抗压缩校核， 还可采取相应的工程措施。 这些措施包括： ①采用松散砂土回填； ②开挖管沟的宽度以不影响侧向移动为原则； ③优化管道与断层交角； ④采用大变形钢管； ⑤适当加大管道壁厚。 以上抗震措施的采用可使管道的安全性得以提高。 但震害发生后， 管道对地震断裂灾害的敏感性无从得知。 掌握地震发生后穿越断裂带处管道的变形和受力状态， 有助于管理者及时采取工程弥补措施消减管道风险， 因此， 有必要建立管线地震灾害损伤评估系统。

3） 管线地震灾害损伤评估系统以应变监测技术和基于应变的管道安全评价技术为主要技术手段， 通过观测地震发生后管道的实际变形程度，并与设计允许的拉伸（或压缩） 应变进行比较，来评估震害对管道的损伤， 以此作为是否采取消减措施的依据。

另外也可通过有限元分析的手段来对管道的损伤进行评估。 采用有限元分析需以掌握断裂带位移数据为前提， 取得断裂带两端相对位移量是采用这一技术手段的基础。 GPS定位测量技术具备常规测量所不具备的优越性， 诸如： 不要求视线通视、 不受测区环境限制、 效率高等优势， 因此推荐采用该种技术手段对断裂带两端位移进行观测。

还可以根据地震断裂带的活跃程度、 对管道可能造成的危害程度大小开展震后管道变形观测或GPS位移测量。 建议对与管道相交的活动地震断裂带， 如博阿断裂、 阿尔金断裂等要重点进行观测， 可以同时采取震后管道变形观测和GPS两端位移测量的方法； 对与管道平行的活动地震断裂带可以选取典型的采用震后管道变形观测的方法， 以监测管体的受力和变形， 掌握地震断裂对平行敷设的管道的影响。

6. 结语

在各类应对措施中， 针对那些风险等级较高的管道地震断裂带灾害隐患， 为控制和减轻风险而采取必要的长期监测， 特别是针对管道本体的监测， 有益于及时发现问题、 判断风险程度并采取合理的治理措施。 ◢

作者简介： 汪鹏飞，1976年生，男，助理工程师，毕业于华东石油大学石油工程专业，现主要从事管道维护管理工作。

《管道保护》2013 第 1 期（总第 8 期）