第 28 卷第 11期 � � � � � � � � � � � � � � � � 油 � 气 � 储 � 运
线路工程
地震灾害对长输油气管道的危害*
� � � � � � � � � � � � � 郝建 斌**
(西南石油大学) � � � � � � � 刘建平(中国石油管道研究中心)
张 � 杰
(西北石油管道公司地质灾害防治分公司) � 荆宏远 � 韩 � 冰 � 吴 张中(中国石油管道研究中心)
郝建斌 � 刘建平等: 地震灾害对长输油气管道的危害, 油气储运, 2009, 28( 11) 27~ 30。
� � 摘 � 要 � 介绍了地震灾害对长输油气管道三种危害方式,指出永久地面变形是造成管道失效
的主要形式。列举了 1971~ 2002年国内外地震灾害造成管道失效的典型
案例
全员育人导师制案例信息技术应用案例心得信息技术教学案例综合实践活动案例我余额宝案例
,特别是阿拉斯加管
道在穿越断层处采用立式支撑架的抗震设计取得了成功。分析了汶川大地震对兰成渝管道的危害
形式及程度,认为滑坡和崩塌是此次地震对兰成渝造成威胁的主要灾害形式。
� � 主题词 � 兰成渝成品油管道 � � 地震 � � 滑坡 � � 崩塌 � � 危害 � � 分析
一、前 � 言
� � 地震是地壳岩层能量突然释放导致周围物质运
动的一种形式, 地震灾害则是一种对人类生命财产
破坏最为严重的自然灾害之一。管道遭受地震破坏
可以追溯到 1906 年的旧金山大地震, 但直到
1971年的圣费尔南多地震中加利福尼亚圣安德烈
斯断层 Sylmar 段一带的地下输气管道遭受了严重
破坏,才使人们认识到地震对长输油气管道的危害,
并在管道设计和运营阶段考虑抗震措施。
大量的管道地震灾害实例表明, 地震灾害是威
胁管道安全的一种最为严重的自然灾害形式。我国
是一个地震多发国家, 管道运营里程已超过
6 � 104 km ,对地震灾害进行研究, 有助于深入认识
地震灾害对管道的危害规律, 更好地开展管道地震
灾害的防治工作。
二、地震灾害对管道的危害
地震灾害对埋地管道主要有三种破坏方式, 即
地震波的传播效应、永久地面变形和次生灾害 [ 1, 2]。
1、� 地震波的传播效应
� � 地震波的传播效应是指地震发生时地震波在土
壤中传播,引起土壤变形,使埋在其中的管道产生过
大的变形而造成一定的损坏。这种土壤变形不是永
久变形, 土壤也未失去整体性和连续性。与铸铁质
的输水管道不同, 自重较小、抗屈服能力强且弹性良
好的钢质输油气管道一般能经受住地震波的考验。
地震波效应对焊接良好的钢质管道破坏较小,
大量文献都没有它对输油气管道造成影响的报道,
只有一篇对输水管道造成危害的资料。1985 年
9月 19日,在墨西哥的 M ichoacan 地震中, 管径为
1 067 mm的 Ciudad N ezahualcoyot l钢质输水管道
(材质 X42, 壁厚 7. 9 mm)由于地震波效应发生压缩
屈曲破坏。除了地震波影响外, 管道的腐蚀或环焊
缝缺陷也是这条管道遭受破坏的重要诱因 [ 3]。
2、� 永久地面变形
永久地面变形, 主要是断层错动引起的地表开
裂或砂土液化引起的侧向位移、滑坡、崩塌等地质灾
害。永久地面变形可发生在地震中, 也可能发生在
地震后。断层错动所致的永久地面位移可能高达数
十米,管道一般难以抵御这种永久地面位移。永久
地面变形是造成管道破坏的最主要因素, 包括断层
错动、砂土液化、滑坡等三种主要形式。
( 1)断层错动 � 地震中大部分管道破坏发生在
断层错动附近。1971 年美国加利福尼亚圣费尔南
多地震,使圣费尔南多山谷的埋地输气管道遭受了
� * 中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发资助项目( 070104)。
� ** 065000,河北省廊坊市金光道 51号;电话: (0316) 2075837。
�27�
重大损失,共发生了 450处埋地管道断裂,破坏频率
为 24处/ km。
在断层带的沿线管道破坏尤其集中,一条管径
为 406 mm、长度为 10 km 的输气钢质管道上有
52处损坏, 其中包括管道受压缩而失稳的屈曲破
坏。1976年我国唐山大地震中,秦京管道遭受 4处
地震损坏,其中 3处管道损坏是由活动断层直接引
起的。河北省香河段的皱折破坏,发生在该管道与
夏垫断裂带相交的部位, 此处产生一个皱折, 使管径
减少了 2/ 5, 并在皱折部位产生裂缝 2处,长度分别
为100 mm 和 200 mm, 裂缝最宽处为 40 mm。天津
宝坻以西 6 km 处的震害, 发生于该管道与沧东断
裂带相交的部位。此处管道呈 10�水平弯曲, 曲率
半径为 500 m, 管道内侧发现 4 条皱折, 皱折间距
为 30 mm, 皱折最深处达 80 mm,裂口长 40 mm ,宽
度很小。昌黎站内管道的震害, 则发生于该管道与
昌黎 � 蓟县东西向活动断裂带相交的部位[ 4]。
管道破裂很多是由于场地断裂位移引起的压缩
褶皱造成的。1988年 1月 22 日发生在澳大利亚北
部滕南特克里克附近的 3 次地震 (震级分别为
6. 3级、6. 4级、6. 7级) , 由于地表断裂造成了煤气
田的管道被轴向压缩了近 1 m (后来更换了约100 m
长管道,所用的管道比原管道短了 0. 97 m )。据估
计,沿该断层的滑动位移在 0. 8~ 1. 25 m 之间, 且
大部分是逆冲断裂, 对埋地管道破坏很大。
1999年 9年 21 日, 在发生于我国台湾地区的
集集地震(震级 7. 6级)中, 有 4 条穿越断层的管道
被错动切断,断层水平错距 12 m,垂直错距 4 m[ 5]。
2001年 11月 14日,青海省和新疆维吾尔自治
区交界处的昆仑山南麓发生 8. 1级地震。在格拉管
道的昆仑山口泵站上行 8 km 处, 由于套管内主管
道垂直穿越青藏公路段, 正好位于断裂带上, 致使
10. 5 m 主管道扭曲, 3. 2 m 主管道被拉断。由于当
时处于停输期间,未造成重大损失[ 6] 。
另外,也有成功防治断层错动对管道造成灾害
的实例。2002年 11月 3 日, 阿拉斯加菲尔班克斯
发生 7. 9级地震,震中的 Denali走滑断层产生水平
位移约 5 m, 竖直位移 0. 76 m, 使从地面架空穿过
该断层的阿拉斯加管道受压, 但是管道系统仅受到
轻微损坏。经过研究,管道在 40 m in后停输。成功
避免强地震灾害,归功于阿拉斯加管道在穿越断层
处采用 VSM (立式支撑架)支撑管道,并做了特殊的
抗震设计,使管道在该处能抵抗 8. 5级地震, 对应的
水平位移约 6 m ,竖直移动 1. 5 m[ 7, 8]。
( 2)砂土液化 � 砂土液化引起的地面侧向移动
也是导致管道破坏的原因之一。目前文献资料报道
的砂土液化事故并不多, 对管道的危害也不太大。
唐山大地震时,秦京输油管道经过 7度、8度、9度烈
度区的管道长度分别为 140 km、50 km 及 25 km。
这些地段的砂土出现过液化和喷水冒砂现象,但未
发现管道由于液化上浮而产生破裂事故。意大利
SNAM 公司一条直径为 1 016 mm的输气管道在遭
受强烈地震后,砂土发生喷冒,但是埋地管道未受到
任何损坏。砂土液化对管道造成了危害的著名案例
是 1964年日本新瀉地震, 砂土液化致使管径为
100~ 300 mm的管道均发生破坏, 破坏的频率
是 0. 97次/ km。
( 3)滑坡灾害 � 山区发生地震时往往诱滑坡发
生。1987年 3月 5日,厄瓜多尔发生里氏6. 9级地
震,地震引发的巨型滑坡(规模1. 1 � 108 m3 )摧毁了
横贯厄瓜多尔的原油管道(管径为 660 mm) , 损毁
管道长达 40 km 且是地面架空管道, 经济损失达
8. 5 � 108 美元[ 9] ,这是迄今为止最严重的管道地震
灾害事故。在 1971 年美国圣费尔南多地震中,
11条输气管道受到了砂土液化或砂土液化引起的
滑坡的影响,其中 5条管道断裂。在阿拉斯加管道
修建以前( 1973年) , 1964年 3月 27日,美国阿拉斯
加南部的安克雷奇发生 8. 6级地震, 地震使断层处
的多条输气管道破坏, 但更多的管道破坏是由滑坡
和次生地裂缝引起的。
3、� 次生灾害
次生灾害,包括地震引发的洪水、火灾等, 也会
对管道造成严重破坏。
在 1976年唐山大地震中,秦京管道有 4处遭受
地震损坏,最为严重的一处是由于桥梁坍塌引起的。
在距首站约 95 km 的跨越滦河处, 管道悬挂于京榆
公路滦河大桥上, 地震中此桥 23 个桥孔倒塌,桥面
坍塌呈锯齿状起伏,管道被拉断,原油外溢。因地震
引发的水库大坝溃堤、堰塞湖溃堤带来的洪水也会
对长输管道安全造成严重的威胁。在汶川大地震
中,北川唐家山堰塞湖、紫坪坝水库均有较高的溃坝
风险,所幸最后均化险为夷。
三、汶川大地震对兰成渝管道的影响
1、� 兰成渝管道所经的烈度分布区
2008年 5月 12日发生的里氏 8. 0级汶川大地
震是由东北向西南延伸的龙门山断裂发生逆冲�走
�28� 油 � 气 � 储 � 运 � � 2009 年 �
滑运动引起的, 该断层长 300 km, 起点为阿坝州理
县,终点为广元市青川县。西南成品油供给的生命
线兰成渝管道, 在四川北部也呈东北- 西南走向, 大
体与该断裂带平行。
兰成渝管道经过了汶川大地震的 6 度、7 度和
8度三个烈度分布区,其中处于 6度烈度区以上的
管段长约 1 090 km (管道里程 K0100~ K1190) , 处
于7度烈度区以上的管段长约 578 km (管道里程
K332~ K910) ,处于 8度烈度区的管段长约 315 km
(管道里程 K440~ K755)。2008年 5 月 12 日主震
时,管道沿线震感强烈。但是,地震发生后管道未发
生泄漏和明显压力降,基本运行正常,仅停输两次约
46 h,表明兰成渝管道具有较好的设计、施工及运行
管理质量。然而,兰成渝管道毕竟经过了汶川大地
震的严重影响区。一定程度上受到地震波、永久地
面位移及次生灾害的影响。
2、� 地震波的影响
地震波在土壤中传播,引起土壤变形,致使兰成
渝管道站场、阀室出现不同程度的损坏。震后兰成
渝管道公司组织了对整条管道的调查, 结果表明, 成
县站、广元站、成都站和灾区沿线其他站场、阀室的
建筑围墙、设备基础均有不同程度的损毁, 部分供
电、通讯设备损坏, 成都站过滤器发生泄漏, 白龙江
跨越工程变形。
地震波可能导致管道在焊缝和弯头处产生明显
的附加应力,但因为地震波引起的土体变形并非永
久变形,因此它对管道的损伤不易被觉察。
3、� 地面永久位移的影响
兰成渝管道沿线是地质灾害多发区,此次地震
引发了大量滑坡和崩塌, 对管道安全造成了威胁。
代表性的滑坡有广元市羊木镇两个滑坡和江油市的
二郎庙滑坡。羊木镇 K565+ 800 m 滑坡为浅表层
的覆盖层滑坡, 震发后滑坡的后缘裂缝贯通。
2008年5月 30日进行的管体应力水平测试发现, 该
处滑坡造成的管体轴向附加应力达 50 MPa, 为管体
屈服强度的 12% , 说明滑坡对管体造成了显著影
响。羊木镇 K569+ 60 m 滑坡是地震诱发的深层基
岩滑坡,具有一定的危险性,在滑坡处安装了截断阀
室和其他抢险设备。江油市的二郎庙特大型滑坡受
地震影响,在浅部 10~ 15 m 深度处发育明显滑面,
最大位移达 68 mm, 但对管体应力的影响尚不显
著,目前正在对其进行实时自动监测。
崩塌是另一种对管道影响较大的地面永久位
移。兰成渝管道牛头山至安乐河段 K511+ 750 m
处塌方,落石将该处光缆砸断。在康县阳坝段, 地震
诱发一系列崩塌和危岩群, 对管道安全影响较大,目
前已对管道做了防护。滑坡、崩塌等地质灾害还导
致管道沿线数处水工保护工程损毁。
次生地裂缝对管道的影响主要表现在管道伴行
路出现裂缝,初次调查结果显示,汶川大地震造成兰
成渝管道沿线伴行路裂缝多达 12处,其中较严重裂
缝长 60 m、宽 30 mm。
在汶川大地震中, 地表破裂既有向上的运动,又
有向东北方向的运动, 最大垂直错距和水平错距分
别达到 6. 0 m 和 6. 5 m, 断层错动非常强烈�10�。所
幸兰成渝管道距离断层带尚有一定距离, 不存在断
层错动造成的灾害。
4、� 次生灾害的影响
此次地震次生灾害对管道的影响主要是唐家山
堰塞湖的威胁。兰成渝涪江穿越处管道距堰塞湖下
游仅 60 km, 被迫停输约 24 h。经过多方努力,
2008年6 月 10日唐家山堰塞湖成功泄流, 威胁解
除。泄流时通过兰成渝管道涪江穿越的最大洪峰为
3 000 m
3
/ s ,已达到了设计流量的 50%。如果堰塞
湖溃堤,对兰成渝涪江段的影响将非常巨大。
兰成渝管道虽然在地震过程中保持了其完整
性,但是,地震波、永久地面变形对管道造成的影响
具有一定的隐蔽性,管体有可能存在局部塑性区,需
要进一步加强检测和监测。滑坡和崩塌是此次地震
对兰成渝造成威胁的主要灾害形式, 应详细调查和
评价滑坡崩塌灾害风险,加强灾害监测预报,对重要
灾害点进行治理。
四、结束语
� � 在管道工业的历史上,各种类型的地震灾害均
对管道造成过严重影响。但这些影响各不相同, 地
震波的影响较小, 这些次生灾害并不总是发生, 永久
地面变形造成的管道断裂事故最多。
我国是地震多发国家,境内分布有上千条不同
规模的活断层。在管道的设计、施工、运营、维护等
各个阶段,均要做好防震减灾工作。
参 � 考 � 文 � 献
1, � Felix Y Yok el, Rob ert G Mathey: Earth qu ak e Resistant
Const ruction of Gas and Liquid Fuel Pipelin e Sys tems Servin g,
or Regulated by the Federal Government , Buildin g and Fire
Research Laboratory of Nation al In st itute of Standards an d
T echn ology, Prepared for Feder al Emergency Management
Agen cy, March, 1992.
�29�第 28 卷第 11期 � � � � � � � � � � � � � 郝建斌等:地震灾害对长输油气管道的危害 �
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 油 � 气 � 储 � 运 � � 2009 年 �
川气东送管道安庆长江隧道穿越的施工监测
李骁 晔*
(中国石化管道储运公司华东管道设计研究院) � 王 � 璐(中国石化管道储运公司新闻中心)
周家俊
(中国石化管道储运公司鲁宁输油处泗县站)
李骁晔 � 王 � 璐等: 川气东送管道安庆长江隧道穿越的施工监测,油气储运, 2009, 28( 11) 30~ 34。
� � 摘 � 要 � 从接收井和始发井的围护结构、地质剖面及水文地质条件等方面介绍了安庆长江穿
越隧道的工程概况, 分析了盾构法隧道的掘进原理以及水文地质条件对施工、地表、堤坝沉降等方
面的影响。结合工程实际,提出了盾构法隧道施工监测的原则、内容、方法、技术要点、监测精度要
求以及地层沉降控制方法。施工实践表明,采用盾构法隧道施工监测技术,使川气东送管道安庆长
江穿越隧道工程达到了有效控制地层变形的目的。
� � 主题词 � 管道 � � 盾构法 � � 长江 � � 隧道穿越工程 � � 监测技术 � � 地表 � � 沉降控制
一、前 � 言
� � 随着我国大口径输油气管道规模化的发展, 为
了节约土地、施工安全以及管道运行后的维护,采用
盾构法掘进长江穿越隧道的工程越来越多。由于盾
构法掘进长江隧道是在粉细砂流动性地层施工, 因
此必须及时监测、分析以下相关信息。
( 1)周边环境、始发井和接收井围护结构、围护
体系位移(变形)以及土体位移等方面的安全信息。
( 2)长江大堤和沿途地表及民房的沉降、位移。
( 3)盾构沿着设计中心轴线推进的偏移距离。
( 4)始发井、接收井预留洞门中心横向和垂向的
偏差距离。
( 5)地层与隧道结构相互作用使隧道管片位移,
地中土体分层沉降、地中土体水平位移等。
根据监测分析结果,完善原设计和施工
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
,以
达到安全且经济的目的。通过监测信息掌握工程的
安全性,可及时针对施工过程中的缺失加以改进,防
止突发性、灾难性盾构法掘进隧道和始发井、接收井
深基坑工程事故发生, 确保工程顺利实施。
二、工程概况
� � 1、� 接收井和始发井
中国石化川气东送安庆长江穿越隧道工程的始
2, � M ichael J O 'Rou rke , Xuejie Liu : Response of Buried Pipelin es
S ubject to Earthquake Ef fect s, Mu lt idiscipl inary Cen ter for
E arthquake E ngineering Research of Bu ffalo Un iversi ty, 1999.
3, � O ' Rour ke , M ichael J Ayala , Gus tava : Seismic Damage to
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Vol . 116, No. 2, Am erican Society of Civil Engineers,
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4, � SY/ T 0450 � 2004,输油(气)钢质管道抗震
设计规范
民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计
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5, � 刘爱文:基于壳模型的埋地管线抗震分析(博士论文) ,中国地震
局地球物理研究所, 2002。
6, � 姚志祥:格拉管道一次地震断裂分析及防范措施,管道技术与设
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7, � L othar Griess er, Mart in W ieland, Roberto Walder: Earth quak e
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Wast ing and Socioeconomic Ef fect s, Nat ion al Academies
Pres s, Jan uary 1, 1991.
10, � 李 � 勇 � 周荣军等:汶川地震的地表破裂与逆冲�走滑作用, 成
都理工大学学报(自然科学版) , 2008, 35( 4)。
(收稿日期: 2008�07�21)
� * 221008,江苏省徐州市翟山;电话: ( 0516) 83454971。
�30�
作 � 者 � 介 � 绍
崔红升 � 高级工程师, 1965年生, 1987年毕业于江汉石油学院采油工程专业,现任中国石油天然气与管道分
公司科技与信息处处长, 中国石油大学(北京)油气储运工程系在读博士生。
宇 � 波 � 教授, 博士生导师, 1972年生, 1999年博士毕业于西安交通大学工程热物理专业, 现在中国石油大
学(北京)油气储运工程系从事原油管道长距离输送技术的研究和教学工作。
饶 � 心 � 助理工程师, 1980年生, 2008年硕士毕业于中国石油大学(华东)油气储运工程专业,现在中国石油
天然气股份有限公司西部管道分公司科技服务中心工作。
黄维秋 � 教授, 硕士研究生导师, 1965年生, 2004年博士毕业于南京理工大学应用化学专业,现在江苏工业
学院油气储运工程系从事油气污染控制等方向的科研和教学工作。
李 � 奎 � 注册咨询工程师、注册设备监理师, 1966年生, 1986年毕业于四川农机校机械制造专业, 现在中国
石油西南油气田公司川东北气矿从事天然气开发利用和管道设备工程研究。
郝建斌 � 高级工程师, 1973年生, 1997年毕业于西南石油学院石油与天然气储运工程专业,现任中国石油管
道研究中心科研管理办公室主任。
李骁晔 � 工程师, 1980年生, 2008年硕士毕业于中国矿业大学建筑工程学院建筑设计及其理论专业,现在中
国石化管道储运公司华东管道设计研究院土建室从事石油石化站场设计工作。
李伟林 � 高级工程师, 1955年生, 1980年毕业于重庆科技学院输气工艺专业,现在中国石油管道公司从事工
程技术管理工作。
姜和圣 � 工程师, 1965年生, 1997年毕业于中国矿业大学企业管理专业毕业,现任徐州金桥石化管道输送技
术有限公司副经理。
孟祥谦 � 1983年生, 2006年毕业于大庆石油学院电子信息科学与技术专业, 现为辽宁石油化工大学储运与
建筑工程学院油气储运专业在读硕士研究生。
冯庆善 � 高级工程师, 1974年生,毕业于北京航空航天大学腐蚀与防护专业,现任中国石油管道研究中心副
主任, 主要从事管道完整性技术研究及应用工作。
陈 � 崑 � 副教授, 1968年生, 2008年博士毕业于四川大学机械制造及自动化专业,现在四川大学制造科学与
工程学院从事机械电子方面的教学与研究工作。
刘春阳 � 高级工程师, 1956年生, 1978年毕业于华东石油学院石油储运专业,现在中国石油管道研究中心工
作。
裴召华 � 工程师, 1976年生, 2002年毕业于中国石油大学(华东)机械制造工艺与装备专业和法学专业, 现在
中油辽河工程有限公司机械工程所从事压力容器及非标设备的设计工作。
赵 � 雄 � 工程师, 1971年生, 1992年毕业于重庆石油学校石油及天然气开发采油专业, 现在中国石油塔里
木油田分公司销售事业部生产协调科从事油气储运管理。
王帅华 � 见本刊 2009年第 10期作者介绍。
台 � 闯 � 工程师, 1976年生, 2008年硕士毕业于东北大学控制理论与控制工程专业,现在中国科学院金属研
究所材料环境腐蚀研究中心从事腐蚀监测方向的研究工作。
宋建河 � 高级工程师, 1972年生, 1996年毕业于西南石油学院油气储运专业,现在中国石油管道公司秦皇岛
输油气分公司主要从事长输油气管道运行管理工作。
杜景水 � 高级工程师, 1963年生, 1986年毕业于石油管道学院石油储运专业,现为西南石油大学石油工程学
院硕士研究生。
牛迎战 � 助理工程师, 1969年生, 1996年毕业于抚顺石油学院石油加工专业,现在中石油东北炼化工程有限
公司抚顺工程建设分公司三公司储运项目经理部从事技术管理工作。
周 � 俊 � 高级工程师, 1966年生, 1989年毕业于西南石油学院石油天然气储运专业,现在中国石化管道储运
分公司潍坊输油处从事工艺管理及输油运行管理工作。
余红伟 � 工程师, 1974年生, 1998年毕业于西南石油学院机械设计与制造专业获硕士学位,现在中国石油天
然气管道局华南分公司从事石油天然气管道施工技术研究工作。
刘玉玲 � 高级工程师, 1970年生, 1992年毕业于大庆石油学院机械系,现在大庆油田建设集团工程设计研究
院从事油田地面施工技术研究工作。
�81�第 28 卷第 11期 � � � � � � � � � � � � � � � � � 油 � 气 � 储 � 运