地下油气管网建设中的若干地震安全问题浅析——以平陆城区为例

张龙飞，董 斌

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)



·工程抗震·

地下油气管网建设中的若干地震安全问题浅析
——以平陆城区为例

张龙飞1，2，董 斌1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

随着我国经济的快速发展，全国各地正在进行大规模的城市地下油气管网建设，我国是一个地震多发的国家，一旦城市地区发生强烈地震，很容易引起城市地下油气管道破裂失效，从而造成极其严重的后果。文章以1815年平陆6级地震为背景，结合平陆地区的地震构造及地震活动环境，针对平陆城区地下输气管网建设的现状，论述了地震工作对城市未来发展规划的重要性，从地震及非地震诱发角度提出一些降低管道破裂失效风险的建议。

1 平陆地区地震构造及地震活动环境

(2) 平陆地区位于灵宝断陷盆地内部，该单元处在中条山强烈隆起区南侧，新生代的始新世—渐新世，灵宝盆地作为汾渭断陷带的一部分断陷沉降，到晚第三纪的中新世时期，灵宝盆地由前期的断陷沉降转为抬升，直到上新世又转为断陷沉降。因此，盆地内缺失中新统地层而上新统不整合堆积于下第三系地层之上。上新世的断陷沉降一直延续到第四纪的早、中更新世，堆积了上新统和下、中更新统的河湖相沉积，晚更新世以来以黄土堆积为主，其沉积特征基本不反映盆地的构造沉降状态。第四纪时期，灵宝盆地第四纪最大断陷幅度在灵宝一带约500 m，平陆一带为300 m。据地貌、岩性、地层等又划分为潼关凹陷、灵宝凹陷、淹底凹陷和野鹿凹陷4个次级构造单元，其中以灵宝凹陷面积最大，断陷最深，是灵宝盆地的主体。灵宝凹陷第三纪断陷深度3 000 m，地貌为坡度向南倾的黄土台地区，地层主要为早更新世至中更新世的湖积物、冲洪积物和晚更新世的黄土。

(3) 平陆所在的潜在震源区是灵宝盆地内的一个凹陷区，也是山西南部地壳变薄的延伸带，盆地内NEE、NNW、NW向隐伏断裂发育。1556年陕西华县8级强震，对平陆地区的影响烈度为Ⅷ度；1815年平陆6级强震，震中烈度为Ⅸ度[2]。因此，震级上限定为7.0级。

图1 平陆6级地震等震线图Fig.1 Isoseismic map of the Pinglu M 6 earthquake

地震构造和地震活动性资料均表明，位于灵宝断陷盆地内部的平陆地区差异活动明显，新构造运动强烈，是地震活动较强烈的地区。

2 平陆城区天然气管网的建设与城市的规划发展现状

平陆城区地下天然气管网主要包括平陆县城管网输配系统及其配套设施，根据道路规划和目前道路的情况，应结合城市建设布局、发展以及居民用户、商业用户的分布来统筹布置输配管网。老城区输配管网采取支状布置，新区采取环状布置。从平陆门站出中压管道209国道到县城，从太阳路往老城区和新城区供气，其管网布置如第29页图2所示。

由图2看出，地下输气管线基本沿城市规划道路和现状道路布置，在居民区和商业区输配管网尤其密集，基本也反映出当前各大城市的地下管网现状。如果不同的地下管线都如此布设，势必造成不同用途的管线同处于一个密闭的地下空间内，在人员密集区，不同管线之间的交叉、并行越为严重，一旦其中任意一个管道泄露，在地下密封的条件下是否会对其他的管道造成相应的影响，后果如何，值得深思。地下油气管道在地下密闭空间下发生泄露，如果处置不当会带来非常严重的后果。2013年11月22日在青岛发生的输油管道爆炸事件共造成62人遇难，136人受伤，直接经济损失7.5亿元。事故的起因是由于输油管道泄露，后进入市政管网的排水暗渠，在封闭的地下空间构成安全隐患后，人为又用常规开挖手段操作从而引发闪爆。这次事故损失惨重，突出的问题是：油气输送管道与城市排水管网之间布置不合理，对油气管道疏于管理，管道老旧问题突出。可以假设，一旦平陆地区在未来再发生6级以上地震，城市地下油气管网很容易发生泄露，在人口和商业密集区，其造成的损失无法估量。

3 地震工作对城市未来发展规划的重要性

在城市地下油气管网愈发密集的今天如何做好预防工作，确保地震发生后，地下油气管网泄露引起的爆炸之类的事故发生几率降至最低，认为需做好以下工作。

(1) 地震部门应在城市规划的初始阶段介入，给出城市地区不同超越概率水平的峰加速度区划图和峰速度区划图，不同超越概率水平对应不同类型的管道抗震设计，这对整个城市的定位和规划起着至关重要的作用。以平陆地区为例，分别给出该区50年超越概率10%、50年超越概率5%、50年超越概率2%的峰加速度区划图和峰速度区划图。其中，50年超越概率10%的结果适用于一般管道工程抗震设计，50年超越概率5%的结果适用于重工区段管道抗震设计，50年超越概率2%的适用于大型跨越及埋深小于30 m的大型穿越管道抗震设计(见第30页图3)。

图2 平陆天然气管线分布图Fig.2 Distribution of natural gas pipeline in Pinglu

(2) 地震部门和其他政府部门在地下油气管网项目的选址阶段也应介入，对建设单位进行相应的监管，油气管道规划建设必须符合相关要求，要与土地利用整体规划、城乡规划相协调，与城市地下管网、地下轨道交通等各类地下空间和设施相衔接。油气管道的选址应该避开不同的地震地质灾害发生区，如活动断层、崩塌、滑坡、泥石流、砂土液化等，以防管道破裂，从一定程度上减少经济损失。

(3) 地震部门应在每个地区建立监测网点，对各个危险源逐一进行排查，一旦将其定位为地震安全隐患点，就必须对其进行长期的监测。当发生地震时，地震部门能够快速做出判断和应急处置。当前，地震部门应依托国家地震烈度速报与预警工程项目，建立突发事件预警平台，如遇突发地震时，能够及时有效地为社会公众、行业企业提供紧急地震信息服务，使得地下管网管理企业第一时间做出快速反应，及时关闭输气闸门，制定相应的排气方案，最大限度地降低相关企业的经济损失，减轻由于输气管网发生泄漏爆炸而造成的次生灾害。

(4) 当前，大多数城市地下管网纵横交错，地下管道不只是在发生地震时才发生破裂，很多情况是由于非地震因素引发的管道破裂失效，仅靠地震部门提供的地震动参数来进行抗震设计是无法解决城市地下管网破裂失效这个难题。研究表明，在造成油气管道失效的所有非地震因素中，人为破坏、腐蚀、材料和施工

图3 平陆地区50年不同超越概率峰值加速度和峰值速度区划图Fig.3 Peak acceleration and peak velocity zoning map of different exceedance probabilities in 50 years in Pinglu

缺陷是造成地下油气管道失效最主要的原因[4-5]，因此，对油气管道建设方企业和维护运营方企业提出了更高的要求。管道建成后，在后续运营过程中面临不断变化的外在因素，尤其是自然环境的变换带来的外部干扰，会使油气管道发生破裂失效，因此要加强定期对管道进行检测与检验，进行风险识别、风险评价，加强油气管道相关的安全技术研究，同时采取相关措施减轻风险，以减少和预防管道破裂失效事故的发生[6]。

4 结语

在油气管道工业的历史上，各种类型的地震灾害均对管道造成过严重影响，其中地面变形造成的管道断裂事故最多[7]。如何确保油气管道在未来地震作用下安全可靠地运行，是一直需要解决的问题。日本研制的水池地震预警关闭系统和煤气预警系统等，在地震应急时期与震后恢复重建期发挥出重要作用，值得我们借鉴[8]。我国是一个多地震的国家，每个城市都分布有不同活动时代、不同规模的活动断层，强烈地震引起的输油气管道破裂失效，后果极其严重。因此在管道的设计、施工、运营、维护等各个阶段，均要做好避震防震工作。

针对非地震因素引起的油气管道破裂失效问题，应通过监测、检测、检验等各种方式，对油气管道运行中面临的风险因素进行识别和评价。同时加强各项非地震干扰因素的研究力度，建立动态数据库，有效降低管道所面临的失效风险。

[1] 国家地震局震害防御司.中国历史强震目录[M].北京：地震出版社，1995：327-328.

[2] 史双双，赵 强，董 斌，等.山西平陆黄河沿岸震积层特征研究[J].山西地震，2016(1):1-3.

[3] 山西省地震工程勘察研究院.山西地震等震线图集[M].北京：地震出版社，2009：64-66.

[4] 叶洪.重大输油气管线地震安全工作[C].北京：中国地质学会，2005：295-297.

[5] 栾 辉.油气管道事故案例分析与对策研究[C].北京：中国石油和化工自动化年会，2012：254-258.

[6] 赵庆华.输油管道存在问题及对策[J].管道技术与设备，2002(2)：7-9.

[7] 郝建斌，刘建平，张 杰，等.地震灾害对长输油气管道的维护[J].油气储运，2009，28(11)：27-30.

[8] 刘红丽.长输油气管线工程抗震综合研究[D].哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2004：1-2.

Some Seismic Safety Problems in Construction of Underground Oil and Gas Pipelines-Taking Pinglu City as an Example

ZHANG Long-fei1,2, DONG Bin1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan Shanxi 030021, China;2.Stake Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan Shanxi 030025, China)

1000-6265(2016)04-0027-05

2016-03-17

张龙飞(1982— )，男，山西省定襄县人。2007年毕业于吉林大学，硕士研究生，工程师。

P315.91

A