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地下生命线的抗震设计
发布日期:2018-04-12 来源:中国铁道科学研究院协会 作者:骆文海 浏览次数: 字号:【

  我国地处环太平洋地震带。近十年来地震不断。2008年以来,汶川、玉树、盈江、芦山等一次次破坏性地震夺去数万同胞的生命。而同属环太平洋地震带的地区,6.5级大地震也多发。仅2016年,就有:2月6日台湾高雄6.7级地震;4月10日阿富汗7.1级地震;4月13日缅甸7.2级地震;4月14日日本熊本县6.5级地震;4月17日厄瓜多尔7.8级地震等。另外,2018年2月6日,台湾花莲县附近海域又发生6.5级地震。
  据地震专家说,我国大陆进入地震相对活跃状态。由于现在的科学技术还不能准确预报地震,对所发生的一切只能接受及积极应对。北京地处华北、山西和张家口、渤海三个地震带的交汇处,是全国21个地震重点监视防御区之一。北京是按地震烈度8度设防的城市。
  一.地下生命线的耐震设计
  城市中的上下水道、煤气管道、输油管道、热力管道以及输电线、通信线路等不停地为人们输送物资、能量和信息,是维护城市机能的“血管”和“神经”系统。故在国外被称为“地下生命线”。它们在地震中也会破坏已是不争的事实。“地下生命线”在地震时一旦失去其功能,将导致严重的次生灾害,城市各种活动几近瘫痪,并极大的影响震后修复工作。若燃气或油管因地震导致爆裂而漏气或漏油而引起火灾,其次生灾害还会导致人们的生命财产更大损失。在北京,这些“地下生命线”大多埋在软弱的第4纪土层中,其比埋在岩石中的管线更易受到震害,应引起我们足够的重视。例如,日本的阪神地震,除造成大量房屋、桥梁倒塌及人伤亡外,部分隧道和市政供水、污水管道也不同程度遭到震害。
  对地下管线的抗震特性研究表明,在非均匀场地土中埋设的管线,其破坏率明显高于均匀场地土中埋设的管线。地下管线的震害主要由两种原因造成:一是地表破环或场地破坏造成的,例如地表断裂、滑坡、不均匀沉陷、隆起等。二是由较强的地震波的传播造成的。地下管线地震时工作状态可分为三种:
  1.基本完好----管体结构基本完好无损,刚性接头处于弹性工作状态,管道轴向拉力小于接头开裂极限拉力,接头相对位移小于接头允许开裂位移极限。
  2.轻微破坏----管道轴向拉力大于接头开裂极限拉力,刚性接口接头相对位移超出允许开裂位移极限,进入弹塑性工作状态;柔性接口,胶圈和管子间产生滑动,会产生轻微渗漏。
  3.严重破坏----接头相对位移超出渗漏允许位移极限,填料松动,胶圈扭曲,渗漏严重,管线压力下降,甚至爆裂。
  为此,对地下管线进行抗震设计和抗震加固很有必要。
  北京这么大的一个城市,已埋入地下的各类管线和工程逐一进行耐震评估是不可能的,但对新建工程则必须考虑抗震设防。对地下管线的抗震研究表明,地下管线地震时出现的问题主要是在管的接口部份。对于地下直埋铸铁管、钢管、或其刚性接头的接口构造和布置,应根据剪切波作用下管道所产生的轴向变形确定接头应符合的允许拉伸、抗压变形设计值。为此,在管道抗震措施方面,对下列情况的管道,应采取柔性连接:
  (1)地层土质特变处;
  (2)穿越铁路或其它重要交通干线路基的两端;
  (3)过河倒虹吸管式架空管的弯头两侧。
  (4)地上各种油、气储灌管线转入地下管线的连接处;
  (5)在各种建设工程施工中应加强对既有地下管线的保护
  二.地下生命线的地震预警
  据我国博燃网报道:运输管道的震害,中、美、苏、日等国都有报道。国内首套燃气管道地震应急自动处置系统已在唐山采用。唐山已有几个社区安装了燃气管道地震应急自动处置系统。该系统由地震烈度确定预警域值,在接收到预警信息后,通过可控电源立即切断燃气管道,以减少燃气泄漏可能造成的危害。
  地震预警系统的建立是很困难的。因为某区域发生地震时先期到达的是微震P波,过几秒后强震S波就到达。地震预警系统就是要一旦发现P波应及时分析出震源位置及地震的规模,通过一系列讯号传输技术,让受控设备在受到强烈震动的S主波到达之前让管线尽快停止运行,从而减少燃气泄漏可能造成的危害。
  利用这一原理,2017年中国铁道科学研究院主持研究的《车载地震紧急处置装置》通过了中国铁路总公司技术评审。其中的技术架构、分级处理、安装适应性、处置提示等为国内领先,达到国际先进水平。它是我国高铁地震预警技术的重大突破。它具有与各铁路局相应中心系统进行信息交互、语音及显示报警等功能。其通过一系列讯号传输技术,让高速运行的列车在受到强烈震动的主波(S波,)到达之前尽快停车,以防止车毁人亡的事故发生。
  三.城市内应建立管廊系统
  在谈到地下管线问题时,建议在城市应尽早考虑建立地下综合管廊(在国外称共同沟)系统。很多年前,不少发达国家如英、法、前苏联、日本和我国台湾省都逐步引出了在城市中修建地下管网共同沟(地下综合管廊)的工程概念。就是将地下供水、煤气、电力、电信热力等管线及其附属设施集中铺设在一个有相当空间的地下管沟内。管沟内有共同的检查维修廊道,有集中安全监控设施,有统一的进出通道等。其最重要的好处有两点:
  1.利于城市土建工程施工中地下管线的保护及对地下管线的平时养护维修;
  2.利于平时地下管线的抢险救灾,特别是利于安设地震预警系统及进行震后的抢险救灾。对于高烈度地震区,建设这样的共同沟系统更有必要。
  李克强总理2015年7月27日主持召开的国务院常务会议上,部署推进城市地下综合“管廊”建设。会议指出,针对我国长期存在的城市地下基础设施落后的突出问题,要从我国国情出发,借鉴国际先进经验,在城市建造用于集中敷设电力、通信、广电、给排水、热力、燃气等市政管线的地下“管廊”,作为国家重点支持的民生工程。这是创新城市基础设施建设的重要举措,不仅可以逐步消除“马路拉链”、“空中蜘蛛网”等问题,用好地下资源,提升新型城镇化发展质量,打造经济发展新动力。之后,我国多地都在建设“管廊”。据报道,北京城市副中心建设中就已采用了“管廊”系统。
  四.结语
  由于现在的科学技术还不能准确预报地震,故对待地震,应采取以防为主,防抗救相结合的方针:坚持常态减灾和非常态救灾相结合,努力实现从灾后救助向注重灾前预防转变,从应对单一灾种向综合减灾转变,从减少灾害损失向减轻灾害风险转变,全面提升全社会抵御自然灾害的综合防治能力。
  中国铁道科学研究院老科技工作者协会
  骆文海研究员
  2018年4月

 

 

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