油气管道穿越工程勘察技术

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1、油气管道穿越工程勘察技术油气管道穿越工程勘察技术周周 亮亮 臣臣近年来，我国油气管道建设面临着有史以来的最佳时期。继西气东输管道、西部原油管道相继投产之后，目前，兰州郑州长沙成品油管道正在紧锣密鼓地开展勘察工作。与此同时，又有两项宏伟工程将要面世，即是干线加支线长度近8000km的西气东输二线和全长2372km的中缅原油管道正在启动。此外，还有中俄原油管道、哈萨克斯坦中国原油管道（二期）和沿海天然气管道也在酝酿建设之中。看来管道建设方兴未艾。可以预计，我国输油气管道横贯东西、纵穿南北、交织成网呈现在神州大地上将指日可待。面对如此大好形势，我国石油、石化部门以及相关行业，都在积极地为油气管道建设

2、做各方面的准备工作（包括技术储备），以适应管道建设又一个高潮的到来。管道建大地，安危在地基。任何工程建设、包括油气管道建设都离不开地基。要确保油气管道建设安全，必须做好管道沿线工程勘察工作，选择适宜管道建设的有利地段通过，避开危险地段，如果必要时从不利地段通过，则需采取有效的防治措施。本文拟就管道穿越工程，隧道工程和活动断裂区通过管道等几个重点项目的工程勘察技术，予以阐述。一、管道穿越工程勘察一、管道穿越工程勘察1、穿越河段的选择油气管道需要通过江河湖海（湾）时，从安全出发，大都采取穿越方式通过，很少采取跨越方式。西气东输在中卫通过黄河，采取跨越方式，曾经是当地一道风景线，日前听说要改用隧道穿

3、越方式以确保安全。1穿越河段应选在河道顺直、河床及两岸均稳定的河段。宜避开下列河段：（1）河道弯曲、经常改道的河段；（2）河床冲淤变幅大的河段；（3）岸坡区岩石松软、不良地质现象发育且对穿越工程稳定性有直接危害或潜在威胁的河段；（4）断层河谷或靠近发震断裂的河段。2、工程勘察工作1（1）初步勘察：钻探点布置在拟定穿越位置的上游 15m 处，钻探点间距为 100200m，每一个方案应至少布置 4 个钻探点。钻探深度应根据设计要求确定，无设计要求时，钻探深度为1520m。（2）详细勘察1）钻探点的布置。视穿越方式分别确定：对于沟埋敷设方式，钻探点应布置在确定的穿越中线上。对于非开挖穿越方式（如定向

4、钻），钻探点应在中线两侧1530m 各布置一条勘探线，两条勘探线上的钻探点交错布置。钻探点的间距为 30100m。当采取长距离顶管及盾构等方案需要设置沉井时，应在沉井处布置钻探点 34 个。2）钻探深度对于沟埋敷设方式，应钻至河床最大冲刷深度以下 35m。无冲刷深度资料时，应视河床地层条件而定。对于粉细砂土河床，钻探深度 1015m；对于中、粗、砾砂河床，钻探深度812m；对于卵（砾）石河床，钻探深2度 68m；对于基岩，应钻穿强风化层，当强风化层很厚时，最大深度以10m 为限。对于定向钻穿越方式，钻探深度为设计深度以下 35m。对于顶管和盾构方式，钻探深度根据设计要求确定。3、穿越方式的选择

5、（1 1）定向钻穿越）定向钻穿越定向钻是近 20 年来引进的先进的、非开挖穿越新技术，具有安全（确保管道埋深）、工期短、造价相对较低、有利于环境保护、节约工程材料（不需要加重层及复壁管等设备）和应用范围广（包括河流、海湾、山丘、铁路、公路和环境保护区）等突出优点，越来越受到建设单位的重视和广泛应用。中石油管道局自从1985 年从美国引进定向钻以来，在国内外已成功穿越 300 多条河流。近年来，定向钻技术发展很快，在穿越地段长度、岩层硬度以及卵石近年来，定向钻技术发展很快，在穿越地段长度、岩层硬度以及卵石层厚度等方面均有所突破。层厚度等方面均有所突破。穿越段长度。穿越段长度。1010 年前定向钻

6、穿越地段长度一般不超过年前定向钻穿越地段长度一般不超过 1300m1300m，近年来，近年来已大有突坡。已大有突坡。20072007 年年 3 3 月月 6 6 日，管道局穿越公司承接的杭甬天然气管道工日，管道局穿越公司承接的杭甬天然气管道工程钱塘江穿越，采用对接技术穿越成功，创造了一项世界之最程钱塘江穿越，采用对接技术穿越成功，创造了一项世界之最 水平定水平定向钻穿越长度向钻穿越长度 2454m2454m管径管径 813mm813mm 世界新纪录。世界新纪录。岩石层硬度。岩石层硬度。19981998 年以前，采用定向钻穿越河床地层局限于细颗粒地年以前，采用定向钻穿越河床地层局限于细颗粒地层（

7、粘性土、粉土、砂土等）层（粘性土、粉土、砂土等）。19981998 年年 1212 月，石油管道局承接苏丹输油管月，石油管道局承接苏丹输油管道尼罗河穿越，道尼罗河穿越，开创了岩石地层中采用定向钻的先河。开创了岩石地层中采用定向钻的先河。穿越河段长达穿越河段长达 867m867m，全为岩石地层（砂岩）全为岩石地层（砂岩），极限抗压强度近，极限抗压强度近 10MPa10MPa，经过多次失败的经验总，经过多次失败的经验总结，历时结，历时 4 4 个月，终于穿越成功。近年来，在突破硬岩层方面又有重大突个月，终于穿越成功。近年来，在突破硬岩层方面又有重大突3破，破，20052005 年年 5 5 月月

8、5 5 日，长吉线松花江穿越，在抗压强度达到日，长吉线松花江穿越，在抗压强度达到 100MPa100MPa 的花的花岗岩中采用定向钻穿越取得成功。岗岩中采用定向钻穿越取得成功。卵石层厚度。以往在卵石层中穿越一直是个难题。主要因为卵石颗粒卵石层厚度。以往在卵石层中穿越一直是个难题。主要因为卵石颗粒粗，泥浆难以携带出来，而且卵石层容易坍塌，常卡钻。随着技术的进步，粗，泥浆难以携带出来，而且卵石层容易坍塌，常卡钻。随着技术的进步，近年来，在钻进卵石层方面又取得重大突破。即采用打套管的方式通过卵近年来，在钻进卵石层方面又取得重大突破。即采用打套管的方式通过卵石层。石层。即沿管道穿越的入土角即沿管道穿越

9、的入土角（一般为（一般为 1010）方向把套管顺设计的穿越线打方向把套管顺设计的穿越线打穿卵石层，然后用一台主钻机将定向钻的钻具从打好的套管中进入到卵石穿卵石层，然后用一台主钻机将定向钻的钻具从打好的套管中进入到卵石层以下的岩层钻进。在出土端一般采用开挖卵石层，或者同样采用打套管层以下的岩层钻进。在出土端一般采用开挖卵石层，或者同样采用打套管的方式，用副钻机将钻具从套管中进入到卵石层以下的岩层中钻进，与主的方式，用副钻机将钻具从套管中进入到卵石层以下的岩层中钻进，与主钻机的钻头对接。而后主钻机的钻具再向前从副钻机的钻孔中和套管中出钻机的钻头对接。而后主钻机的钻具再向前从副钻机的钻孔中和套管中出

10、土。打入套管的长度可达到土。打入套管的长度可达到 100100120m120m。只要河流表层卵石层厚度不超过。只要河流表层卵石层厚度不超过10m10m 可以采用定向钻，已在松花江、黄河穿越中取得成功。但是卵石层如可以采用定向钻，已在松花江、黄河穿越中取得成功。但是卵石层如果分布在果分布在 10m10m 以下，而且厚度较大，则不适宜采用定向钻。以下，而且厚度较大，则不适宜采用定向钻。在定向钻穿越工程勘察中，需要重点查清以下问题：1）河床的地层情况。包括粘性土、砂土、卵石层的颗粒组成，卵石层的分布范围及其厚度；有无淤泥质软土、松散砂土，在定向钻出土点附近如有这类软弱土层分布，定向钻的钻头往往抬不起

11、来，易造成事故。如河床为岩石层，应查清岩层的单轴极限抗压强度，岩性是否均一，有无软弱夹层，是否存在断层破碎带（可采用物探方法查清）。在滠水河定向钻穿越中，曾经出现过由于断层角砾岩卡住了钻头，造成钻杆折断重大事故。2）河床两岸是否有适宜摆放定向钻机的开阔场地。3）河床两岸是否有不适宜穿越的防洪大堤，定向钻应距离大堤有足够的安全距离（与水利部门协商确定）。4（2 2）大开挖穿越）大开挖穿越不带水开挖穿越施工方法是：导流疏干开挖施工。带水开挖穿越施工常用的方法是：爆破成沟，管子同时下沟。这种大开挖施工的缺点有这种大开挖施工的缺点有两个：一是难以达到预定的埋设深度，洪水期间常将管子冲出甚至冲断，两个：

12、一是难以达到预定的埋设深度，洪水期间常将管子冲出甚至冲断，大都要返工；二是大开挖施工对环境形成较大的破坏，大都要返工；二是大开挖施工对环境形成较大的破坏，与当前中石油提出的“安全第一，环保优先，以人为本，和谐发展”的企业精神不相符。所以，近年来这种方法在大中型河流穿越中已不常用，只在一些小型穿越工程中应用。（3 3）隧道穿越）隧道穿越近年来，油气管道在穿越山区和河流时，常采用隧道方式通过。以隧道方式通过山区，具有以下优点：1）使线路取直，减少线路长度；2）避开地质灾害（如滑坡、塌方），保证了安全；3）降低管道标高，使管道落差减小，后段管道压力降低，减少管道壁厚，节省管材；4）减少对山区植被的破

13、坏，有利环保；5）方便运营管理。兰成渝成品油管道通过秦巴山区，地形地质条件很复杂，全线开凿隧兰成渝成品油管道通过秦巴山区，地形地质条件很复杂，全线开凿隧道道 2828 条，总长度达条，总长度达 21.39km21.39km。在隧道工程勘察中，需要采取工程钻探与物探方法相结合，以查清隧在隧道工程勘察中，需要采取工程钻探与物探方法相结合，以查清隧道轴线及两侧的地层、地质构造和水文地质条件。初步勘察钻探点的间距道轴线及两侧的地层、地质构造和水文地质条件。初步勘察钻探点的间距为为 400400600m600m，且每条隧道不少于，且每条隧道不少于 3 3 个钻孔。详细勘察钻探点的间距为个钻孔。详细勘察钻

14、探点的间距为100100200m200m。钻孔深度应超过隧道底板。钻孔深度应超过隧道底板 3 35m5m（水下隧道应超过隧道底板（水下隧道应超过隧道底板5101020m20m）。常用的物探方法有：浅层地震剖面法、高密度电法、瞬变电磁。常用的物探方法有：浅层地震剖面法、高密度电法、瞬变电磁波法和地震波法和地震 CTCT 技术，根据现场地形地质条件选用物探方法。物探方法的技术，根据现场地形地质条件选用物探方法。物探方法的优势是：测出的地层剖面是连续的，可以显示断层破碎和软弱夹层。对物优势是：测出的地层剖面是连续的，可以显示断层破碎和软弱夹层。对物探成果应用钻探验证。探成果应用钻探验证。隧道施工方法

15、有：隧道施工方法有：1 1）钻爆法）钻爆法。即传统的采用钻眼放炮进行开挖，又称矿山法。对于倾斜岩层、有软弱夹层和断裂破碎带的岩层中施工时，常出现岩层滑移和大面积坍塌事故。在这种情况下应采用“弱爆破、短进尺、早支护弱爆破、短进尺、早支护”的施工工艺的施工工艺措施，以保证安全。2 2）盾构法盾构法。这是近十年来开发的隧道施工高新技术，它集切削岩层出碴支护于一体。工艺很先进。目前在油气管道穿越工程中，凡是不适宜定向钻穿越的，大都采用盾构机打隧道。忠武线长江红花套穿越。忠武线长江红花套穿越。主要由管道局四公司施工，采用从德国引进的泥水平衡式盾构掘进机，穿越隧道直径 2.4m，隧道长度 1400m，地层

16、主要为灰岩，局部有卵石层和砂土层。出发井深48.4m，到达井深 22.4m。施工周期 15 个月。施工中曾经出现一次大事故，快到南岸时，盾构机忽然停机不运转，反复找原因，发现是木头堵住了排污管。分析其原因：岩石能破碎，对于木头，不软不硬，有韧性，难以破碎。此次事故停工三天，吸取的教训是：勘察时对地层及其包含物一定要查清，岩土描述要仔细。西气东输南京三江口长江盾构穿越工程。西气东输南京三江口长江盾构穿越工程。由台湾中鼎公司施工，采用泥水平衡式盾构掘进机。隧道全长 1992m，隧道直径 4.4m，净内径 2.8m。南岩出发井（断面 157.5m）井深 15.19m，北岸到达井（断面 157.5m）

17、井深 21.64m，地层主要为卵石层（夹粘土）、钙质粉、细砂岩。施工中发现6地质勘察资料同实际情况相距甚大，地质资料描述的砾石直径多为2060mm，实际上发现局部有直径达 160345mm 的大卵石和漂石，异常坚硬，严重影响了掘进速度，由每天8m 左右降至每天不足 1m。施工周期长达21个月。吸取的教训也是对地质勘察工作要十分重视，不可掉以轻心。单纯依靠钻孔不行，还必需挖掘探井，采取原状试样或下入井中认真观察，方可察看清楚。3 3）顶管法）顶管法。目前常用的方法为千斤顶顶管穿越施工和螺旋钻机顶管穿越施工，适宜于砂土、粘性土和软质岩层河床。西气东输在郑州西穿越黄西气东输在郑州西穿越黄河，河，由于

18、河谷很宽，北岸和南岸均采用定向钻穿越施工，河床中部一段（长约 3000 余米）采用顶管穿越施工。由北向南共设置5 个顶井（井径20m），前 4 个顶井都顺利施工，在5 号井出了事故，设备沉到20m，即沉不下去，遇到胶结坚硬的 砂砾石层，耽误了工期。后来更换设备才穿越成功。二、超前地质预报二、超前地质预报在隧道施工中，常出现的事故有：岩层破碎导致大面积塌方、大量涌水、瓦斯爆炸。一旦发生这类事故，常造成设备损坏和人员伤亡。必须采取有效措施，杜绝这类事故发生。目前国内外采取的有效措施是：在隧道施工过程中应进行施工勘察和超前地质预报。国标岩土工程勘察规范2（GB50021-2001）条文说明中4.2.

19、13 条郑重指出：“地下洞室勘察，凭工程地质测绘、工程物探和少量钻探工作，其精度是难以满足施工要求的，尚需依靠施工勘察和超前地质预报加以补充和修正。这是关系到地下洞室掘进速度和施工安全，可以起到指导设计和施工的作用。”1、超前地质预报的目的3（1）通过采用有效的超前探测方法，对隧道掘进掌子面前方岩体的形7态规模、发育程度、涌水状况、涌水压力等水文地质条件进行较准确的预报，对地表勘探成果进行校核，从而明察前方地质情况。（2）探测隧道开挖轮廓线内的地质异常体，评估其对隧道施工安全的危害程度，为施工治理提供必要的依据，做到“有的放矢，有所防、有所备”，并采取有效施工对策，达到安全施工、确保隧道结构及

20、后期运营安全的目的。2、超前地质预报的内容。主要包括下列五方面：（1）断裂、破碎带和风化囊的预报；（2）不稳定块体的预报；（3）地下水活动情况的预报；（4）地应力状况的预报；（5）隧道附近未被揭露的隐伏地质异常体分布情况的预报。3、各种预报周期采用的地质预报手段（1）长期超前地质预测预报的手段：地面地质调查法、TSP 探测法、超前深孔钻探法等，超前地质预报距离50m 以上。（2）中期超前地质预测预报：超前探孔（小口径，2050m）、钻孔地质雷达等，超前地质预报距离 2050m。（3）短期超前地质预 测预报：掌子面地质素描法、普通地质雷达、红外线超前探水、短距离小口径钻孔探测法、超前炮眼探测法等

21、，超前地质预报距离 20m 以内。4、超前地质预报程序首先，在地质勘探调查的基础上，应用 TSP 预测预报系统进行长距离探测，实现长期超前地质预报；其后，根据 TSP 系统的预报结果，用超前8小口径深孔地质钻探进行前方围岩、地下水变化情况的中距离探测和验证，实现中期超前地质预报；然后，在中长期超前地质预报的基础上，应用地质雷达和红外线探测仪，进行短距离地质探测，实现短期地质预报；最后，在严重不良地质带，利用炮眼探测前方，实现临近地质预报。可以弥补其它探测方式存在的盲区，提高超前预测预报的精确度。5、工程实例宜万铁路工程十六标段的隧道工程包含，野三关隧道出口段的一线正洞 6896m，一线平导 6

22、892m，和施工斜井 1845m；大支坪隧道进口段的一线正洞 4438m，一线平导 4434m。隧道穿越岩溶和煤系地层，断层、溶洞和暗河发育，地下水丰富，可能发生突泥突水等地质灾害；隧道埋深大，围岩存在硬岩岩爆和软岩变形的问题。为确保隧道安全快速施工，避开隧道地质风险，采用了综合地质预测预报技术。配置了 TSP 探测仪、地质雷达和红外线探水仪各 1 套，地质钻机 5 台。进行 TSP 探测 52 次，地质雷达探测 347 次，红外线探水仪探测437 次，超前小口径地质钻孔 15760m。由于及时根据超前地质预报获得的资料，调整了隧道方案，安全快速地通过了最大涌水量 2500m3d-1大型暗河1

23、 个，最大涌水量 3000m3d-1以上岩溶区和断层裂隙带 37 个，规模超过 100m3的涌泥涌砂 7 次。没有漏报任何一个可能造成地质灾害的不良地质体，保证了隧道施工安全。三、油气管道线路工程抗震技术三、油气管道线路工程抗震技术331、抗震设防标准与地震安全性评价油气管道线路通过抗震设防烈度为 7 度至 9 度地区，需要进行抗震设计，对设防烈度高于 9 度或有特殊要求的管道线路工程，以及具有地震地9质灾害背景地区的大型穿跨越管道工程，应进行专门研究。由于长距离输油气管道系重要生命线工程，按照有关规定需要委托中国地震局对全线进行地震安全性评价，其主要内容：（1）查清沿线地震地质条件；（2）查

24、清沿线发震构造，进行地震危险性分析；（3）查清沿线分布的主要断裂及其活动性评价；（4）进行沿线地震区划的划分，确定各地段设防烈度和地震动参数；（5）提出防震减灾对策建议。2、管道建设场地划分及工程地质勘察管道工程的场地选择，应根据地震活动性，地震地质调查、工程地质勘察、地震危险性、地震地质灾害评价、场地条件等进行综合评价、选择对管道工程有利的地段，避开危险地段进行建设。（1）管道场地地段划分选择管道场地时，应按表1 划分对管道抗震有利、不利和危险的地段。表表 1 1地段的划分地段的划分地段划分有利地段地质、地形、地貌一般是指无全新世活动断裂、边坡稳定条件较好、场地土属于坚硬场地土或密实均匀的中

25、硬场地土等地段一般是指地质构造比较复杂，有第四纪全新世以来活动性断裂、场地土属于软弱场地土、液化土、条状突出的山脊、高耸孤立的山丘、不利地段非岩质（其中包括胶结不良的第三系沉积）的陡坡，采空区、河岸和边坡边缘、场地土在平面分布上软硬不均（如故河道、断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷及半填半挖地基等）等地段危险地段一般是指地质构造复杂，有第四纪全新世活动性断裂及地震时可能发生断裂、滑坡、崩塌、地陷、地裂等地段。10管道场地土可分为坚硬场地土、中等场地土和软弱场地土。场地土特征参数可按表 2 取值。表表 2 2场地土特征参数场地土特征参数场地土类型剪切波速（m/s）特征周期（s）坚硬场地土5000.2中等

26、场地土5001400.20.65软弱场地土1400.65管道场地土在不同设防烈度下地面水平速度应按表 3 取值。表表 3 3管道场地土在不同设防烈度下的地面水平速度值管道场地土在不同设防烈度下的地面水平速度值设防烈度（度）地面水平速度（m/s）70.1380.2590.50(2)管道线路工程地质勘察11）初步勘察。通过搜集资料、踏勘与工程地质调查。工程地质调查以利用天然和人工露头进行地质测绘和描述为主，对重要的地质现象，宜在现场绘制素描图或摄影。在地质条件复杂，露头不好的地段，必要可使用简便的勘探手段，了解其地层、岩性、构造等情况，对拟选线路的岩土工程条件作出初步评价，并提供初步设计所需的工程

27、地质资料。2）详细勘察。应详细查明沿线的工程地质，水文地质条件，提供施工图设计所需的有关岩土工程勘察资料。详细勘察的勘探点间距，视岩土工程勘察等级而定：甲级：200300m；乙级：300500m；丙级：5001000m。详细勘察的勘探深度：应达到管沟底面以下 1m。11对重要区段，应有代表性地布置钻孔（数量不少于3 个），钻孔深度应达到 15m 或至坚硬土层顶面，并测出剪切波速和给出特征周期。对于线路经过抗震设防烈度等于或大于 7 度地段，当管道沿线 7.0m 深度内有饱和砂土和粉土时，应通过钻探、试验进行饱和土的地震液化判别。3、全新活动断裂与发震断裂2全新活动断裂为在全新地质时期（一万年）

28、内有过地震活动或近期正在活动，在今后一百年可能继续活动的断裂；全新活动断裂中、近期（近500 年来）发生过地震震级 M5 级的断裂，或在今后 100 年内，可能发生M5 级的断裂，可定为发震断裂。根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）4.1.7 条，对符合下列规定之一时，可忽略发震断裂对地面建筑的影响：1）抗震设防烈度小于 8 度；2）抗震设防烈度为8 度和 9 度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于 60m 和 90m。4 4、地震及活动断裂对埋地油气管道造成的危害、地震及活动断裂对埋地油气管道造成的危害（1）唐山地震中秦皇岛到北京输油管道的破坏情况秦皇岛到北京输油管道（

29、以下简称秦京管道），全长约为350km。管道外径为 529mm，壁厚 7mm,管道除跨越外，全部采用地下敷设，管顶覆土1.2m 左右，一般处于冻土层以下，地下水位以上。管道经过唐山地震中7，8，9 度地震烈度区的总长度分别为 140km，50km 及 25km。在唐山地震中共有四处损坏，均发生于管道与活动断层相交的部位。第一处为距首站约 95km 的管道跨越滦河处。此处的管道是支撑在滦河公路桥墩上。地震时该桥倒塌 23 孔，桥面呈锯齿状起伏，管道拉断，原油流出，12污染了河流。该处为9 度烈度区，管道跨越长度约850m。第二处为第一加热站站内管道。该处直线段出现一处漏油。第三处为第二泵站与第三

30、加热站之间的直线管段，此处产生一个皱折，使管子直径减少2/5，并在皱折部位产生裂缝 2 处，长度分别为100mm 和 200mm，裂缝最宽为40mm。第四处在第二泵站以西 6km。此处管道作 10 水平弯曲，曲率半径 500m。地震时在内侧发现 4 条皱折，皱折间距 30mm，皱折最深 80mm，裂口长 40mm，宽度很少，以上的第二、三及四处破坏均处于唐山地震中7 度地震烈度区。（2 2）美国圣费尔南多地震）美国圣费尔南多地震1971 年美国圣费尔南多（San Fernando）地震，这次地震使加里福尼亚州圣费尔南多山谷的埋地输气管道和给排水管道遭受重大损坏，共发生了450 处埋地管道的断裂

31、，平均每公里有 24 处破坏。一条直径 406mm（16英寸）10km 长的输气钢管道上有 52 处破坏，其中包括管子受压缩而失稳的屈曲破坏。地震引起次生灾害：根据国外震灾资料，1980 年美国旧金山地区发生 8.3 级地震时，地震引起全市 50 多处起火，无法急救，大火烧了三天三夜。导致 10 多平方公里的市区、521 条街道被烧毁，火灾造成的损失比地震直接破坏高达三倍。1923 年日本关东地区发生 7.9 级大地震时，使东京、横滨几乎被地震带来的火灾烧光。东京煤气公司 4 个营业所、12 个分所和 11 万户煤气设备因煤气外喷引起火灾被烧毁；新泻地震时，12 口天然气井全部毁坏，引起火灾。

32、1933 年美国加利福尼亚朗皮切地震，由于煤气管道破坏造成 7 起火灾。1952年加利福尼亚寇恩地震时，由于炼油厂高压油管断裂引起爆炸，波及两个球形乙烷储罐，发生爆炸导致大火。1975 年我国辽南海城地震，营口市震13后火灾高达一天 36 次。由上述可见，地震对油气管道造成的破坏极为严重。5 5、通过活动断裂带的抗震措施、通过活动断裂带的抗震措施55通过调研和收集资料，管道通过活动断裂带的抗震工程措施如下。（1）管道采取支架架空敷设、铺设滑轨进行地面敷设措施来实现管道的抗震。美国阿拉斯加管道在设计时应用了这些抗震措施，使其经受住了2002 年 11 月 3 日在管道经过区域发生的 7.9 级地

33、震，管道没有发生破损、漏油的事故。（2）选择合适穿越位置，使管道避让断裂带。（3）在干线管道上设置旁接口作为事故时接临时备用线（多为 PE 管），施工方便快捷，投资少，在国外输水管线常采用此方法。（4）管道通过断裂带时用膨胀节等柔性连接，允许管道有较大的变形。（5）加大活动断裂带两侧一定范围内的管沟断面尺寸，并回填疏松至中等密度的无粘性土，或在管道通过影响区范围内加设大口径钢筋混凝土套管、加大管沟断面或钢套管，使管道与断层运动隔离。（6）在可能的情况下，调整管道与活动断裂的夹角，使管道尽可能适应地震的位错方式和可能造成的位移置，以满足安全要求。（7）对经过地震断裂带的管道，在过渡段长度范围内采

34、取地面“S”字形敷设，使之在遭遇地震时具有一定的伸缩余地。（8）穿越断裂带影响区范围内增加管道壁厚度，增强其抗震性能。根据地震勘察得到的数据进行计算，局部增加管道的壁厚。（9）对通过断层两侧一定范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，以增加管道柔性。14（10）结合全线阀室设置的需要，在活动断裂两侧的管道适当位置设置线路截断阀室，降低管道事故发生破裂后的天然气损失和造成其它次生灾害。6、工程实例5西气东输冀宁管道工程，北接陕京二线河北安平分输站，南接西气东输青山分输站，线路全长910km。管道穿越的断裂18 条，根据中国地震局做出的地震安全性评价，有两条全新世活动断裂：即，

35、苍山 尼山断裂和郯庐断裂带中氵 斤 沭断裂的新氵 斤 泗洪断裂与管道相交。郯庐大断裂是我国东部最大的活动断裂，曾于1668 年发生了我国最大的一次大地震，震级达到 8.5 级，为确保管道安全，慎重进行管道通过活动断裂带的设计，采取严格的抗震措施。（1）苍山尼山断裂。位于山东省曲阜市防山乡以东的幸福庄附近。断错方式以正断为主，断裂破碎带宽度525m。据地震安全性评价结果：不排除未来 100 年内发生 7 级左右地震的危险性，可能遭受的最大地震水平位错约 2.534.83m，垂直位错约 0.420.81m，按照这一预测结果进行抗震设防，采用如下工程抗震措施：1）选择较厚的管道通过断裂，即采用 18

36、.4mm 壁厚规格的管道；2）开挖特殊断面的管沟的方案。按照地震局的地震安全性评价报告，苍尼断裂主要对发生垂直错位进行设防，根据分析，北盘上升，南盘下降，为此本方案用斜坡管沟进行敷设，具体敷设断面见图 1。15注：本图尺寸单位为 mm图图 1 1管道穿越断裂带立面图管道穿越断裂带立面图3）对通过断层两侧一定范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，以增加管道柔性。4）结合全线阀室设置，在活动断裂北侧利用曲阜分输站，南侧设有线路截断阀室实现在事故状态下的管道截断，降低管道事故发生破裂后的天16然气损失和造成其它次生灾害。（5）通过断裂带的管道焊缝 100%X 射线检查。（6）管

37、道采用防腐性能好、光滑、与土壤间磨擦系数小的3PE 加强级防腐,降低管道与回填土之间的摩擦，使管道在断裂活动时能充分发生变形。（2）新氵 斤 泗洪断裂。位于江苏省宿迁以南的三棵树乡和埠子乡之间。断错方式以逆右旋走滑为主，断裂破碎带宽度2050m。根据地震局地震安全性评价，未来 100 年内该断裂有发生强地震的可能性。设计按其可能遭遇的最大地震水平位错约2.534.83m，垂直位错约0.420.81m 来设防。为保证管道安全，使管道最大可能地抵御和降低断裂带活动变形的影响，设计采用如下工程抗震措施。1）管沟底部应仔细夯实、平整。2）开挖特殊断面的管沟的方案。通过强度计算和分析，管道在各种不利的工

38、况条件下是安全的，为保证管道更安全，设计考虑斜坡管沟进行敷设的方案，具体敷设断面见图2。注：本图尺寸单位为 mm图图 2 2管道穿越断裂带立面图管道穿越断裂带立面图3）穿越断裂带影响区（活动断裂带两侧各800m）管道壁厚采用18.4mm，17增强其抗震性能。4）对通过断面两侧各 800m 范围内的管道采取弹性敷设来处理管道的变向，严禁使用热煨弯头，以增加管道柔性。5）结合全线阀室设置，在活动断裂东侧设有宿迁分输站，在西侧3km的杨圩设有线路截断阀室，以降低管道事故发生破裂后的天然气损失和造成其它次生灾害。6）通过断裂带的管道焊缝 100%X 射线检查。7）管道采用防腐性良好、光滑、与土壤间磨擦

39、系数小的3PE 加强级防腐，降低管道与回填土之间的磨擦，使管道在断裂活动时能充分发生变形。（3）管道经过区域的地震监测冀宁管道工程地震监测与报警系统基于强震动观测台网的地震应急控制系统，以实现强地震发生时输气管线供应中断与应急处理的综合决策与遥控实施。在邳州、宿迁、曲阜、枣庄等四个分输站布设数字强震动仪，对分输站结构及其设施进行地震动监测，并依据地震动水平进行报警，为应急决策部门提供决策依据或直接与输气阀门自动关闭系统连接实现其自动关闭。此外，地震监测系统平时可用于分输站结构及其设施的环境、运行、检修振动监测。为了提高系统的监测能力，扩大监测范围，系统建设拟与输气管道沿线附近的十五数字强震动台

40、网中的固定子台结合，加强对氵 斤沭断裂带及荷泽、辛集地震多发区的监测，并在局部监测区组成地震动强度（烈度）速报子系统。子系统以 GIS 软件为开发平台，建立地震动强度（烈度）速报发布系统。当地震动强度（烈度）速报子系统监控范围内发生 5 级以上地震时，可在 10 分钟内对地震影响场进行地震动强度（烈度）速报，为破坏性地震时输气管线工程的震害快速评估和应急决策提供依据。18参参考考文文献献1国家发展和改革委员会.油气田及管道岩土工程勘察规范(SY/T0053-2004).北京:石油工业出版社.2004.2中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范(GB50021-2001).北京:中国建筑工业出版社.2002.3黄忆龙.浅谈隧道综合超前地质预报.北京:岩土工程界.2007.(3):46-48.4中国石油天然气集团公司.输油(气)埋地钢质管道抗震设计规范(SY/T0450-2004).北京:石油工业出版社.2004.5西气东输冀宁管道工程通过活动断层管道分析及设计技术研讨会文件汇编(内部资料).2005 年.19