1、地震对市政管道的影响及其抗震处理城市的供水、供气、热力、排污等地下管网系统是现代城市生存和发展的命脉。城市的规模越大,现代化建设程度越高,对此管网系统的依赖性越强。同时在自然灾害,特别是在强烈地震袭击下,此管网系统的破坏和由此造成的生命财产损失也越严重。例如,2008年汶川8级大地震以及1976年的唐山7.8级地震,220 km给水管道全部瘫痪,给人民生活带来极大困难,甚至只能靠河沟和汽车运水及其他城市支援的消防用水临时供应,地下主线经近两个月的抢修才基本恢复。而从目前全国范围来讲,大多数市政管网,没经过正规的抗震设计,包括我们唐山在内的不少大中城市有着遭受中强地震影响的背景,潜伏着发生上述灾
2、害的危机。因此对市政管道抗震措施的研究,应该要越来越引起人们的重视。大量的地震震害经验表明：地震对地下管道的破坏作用主要源于地面变形和地面运动。地面变形主要包括断层错动、土壤液化、河岸滑坡、地表塌陷等。而地震震害调查结果表明：多数地下管道的破坏是由于地震波的传播效应造成的。非均匀地质或软弱场地区，管道破坏明显加重。长期以来人们认为在地震中断层、液化、滑坡等引起的永久地面变形造成了地下生命线最严重的破坏。例如: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，多条穿过大位移区的主要干管和支管都遭破坏。19
3、76 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。地面运动主要指地震波的传播效应，行进中的波可导致管道发生过量变形而破坏。多数地下管道的破坏是由于地震波的传播效应造成的。非均匀地质或软弱场地区，管道破坏明显加重。并且，实际的地震观测表明：对于相同的加速度量级，面波引起的管道应变大于体波应变。一般来说，对于断层、滑坡和土壤液化等永久地面变形造成的管道破坏属于难以抗阻的因素，因此，多采用避开这类地段铺设管道的措施或者专门研究特殊的抗震措施。而对于地震波传播效应造成的地下管道的破坏则认为是可以控制的。市政管道破坏主要类型：（1）管道接口破坏：承插式管道接口填料松动，插头脱
4、出或承口破坏；连续式钢管在焊缝连接处开裂，法兰螺栓松动等。（2）管体破坏：管体纵向或斜向裂缝，通过断层的管体或小口径管、锈蚀严重体的折断等。（3）连接破坏：在三通弯头、阀门以及管道与地下构筑物连接处的破坏。在上述三类基本破坏形式中，其中以管道接口破坏最为常见。例如，在日本冲绳地震中，接头拔出破坏占，破坏总数的75%。以我国唐山地震为例，接头拔出破坏占，破坏总数的79%。但在液化区或断层附近，第二类破坏也较为突出。影响管道破坏的主要因素：1) 工程地质条件:沿管线走向的工程地质条件是影响管道破坏的最主要因素。如唐山地震中,唐山市小山东街吉祥路,有一条管线处于两类土质条件,同样是300mm铸铁管,
5、在填土地段,铅接口破坏严重,而在坚实土质处,虽为灰接口,破坏却较轻;塘沽和汉沽的场地条件比天津差,同样的地震影响下,其破坏严重得多。2) 管道的接头形式:管道的接头型式是影响管道抗震性能的另一个重要因素。与管道本身的强度相比较，管道接口是地下管道抗震的薄弱环节。按照构造做法，管道接口一般分为刚性接口和柔性接口两种。其中刚性接口有焊接、丝扣连接，采用青铅、自应力水泥、石棉水泥作为填料的连接等形式。而柔性接口多采用橡胶圈的承插式接口或法兰连接接口等。震害经验表明：由于柔性接口可以吸收较多的变形，具有较好的延性，其震害率明显低于刚性接口。3) 管道的材质:地下管道的按管材分通常有钢管、铸铁管、石棉水
6、泥管、塑料管（如PVC管）、预应力钢筋混凝土管等多种。一般来说，预应力钢筋混凝土管性能最好，钢管的抗震性能较好，其强度高、延性好，但是其破坏与腐蚀程度关系较大，因而震害表现出明显的波动性。延性铸铁管和球墨铸铁管仅次于钢管，灰口铸铁管强度较差，再次石棉水泥管。塑料管尤其是近年发展起来的高强度的PVC 管，由于较少经受地震考验，因此其抗震性能尚不能确切评价。但是大口径管道的破坏率小于小口径管道,说明管道的刚度可抑制周围土壤的变形。市政管道的抗震措施:对于管道的抗震性能,主要可从三个方面来提升，一是优化管道定线;二是合理选择管材管径;三是优选管道接口。管线经过地区的地质条件是影响管道破坏程度的最主要
7、因素。对于同一条件的管道，在杂土回填、土质疏松的地段，受损严重，而在土质坚实、不易液化的地段，受损较轻。因此，在地震多发区管道定线应优先选择土质坚实、不易液化的地段。在给定断层运动的情况下，要增加管线的抗震能力，则管线应具有较大的刀角（与断层的交角），较浅的埋深多，较小的管线摩擦角。管材类别对管道的抗震性能具有决定性影响，在管材选择上要求整体性好，强度高，延性良好，才能适应较大的变形量而不致破坏。对国内外近年来几个城市地震调查资料的分析表明，一般球墨铸铁管、钢管、预应力钢筋混凝土管（PC- CP）和柔性接口预应力钢筋混凝土管比灰铁管、石棉水泥管、塑料管的抗震性能要好。1999 年我国台湾地区9
8、21大地震中预应力钢筋混凝土管、钢管、灰口铸铁管、塑料管的破坏率分别为0.03%、0.11%、0.45%、68.4%，可见塑料管的被破坏率是相当惊人的。还有就是管径的影响，一般说来，管道直径小比管道直径大震损多，支管比干管震害发生的频次多。管道大口径比小口径抗震能力强是因为大口径管道的刚性强，且它与土壤接触的摩擦力大，故在同等条件下大口径管的抗震性能强。总之，埋地供水管线是城市公用设施，也是城市生命线，通过对地震作用下埋地管道损坏的特点，提出了一些防震的措施，但是影响埋地管道破坏的因素还有很多，我们必须通过理论和实践相结合，在设计与施工中，尽量全面的考虑每个环节，为了埋地管道的正常、安全运行提供更多、更好、更有效的防护措施。总结下来有以下几点： 1) 管道铺设尽量避开不规则场地、土壤易液化区、地壳易下陷断层地带,而布置在均匀土质中。2) 如管道不可避免地要铺设在不均匀土质区及场地条件差异较大的交界区,要采取特殊防震措施。如增加柔性接头,采用抗震性能好的管材。3) 管道接口用胶圈柔性接口,而不用刚性接口。4) 小口径管尽量使用厚壁管。5) 在管道分支点、转弯(三通、弯头) 等处,闸阀、管道与构筑物的连接处,应设置柔性接头。6) 直管段上柔性接头间距不超过100m。7) 优先选用抗震性能好的管材,试验及震害调查证明,在抗震性能上,钢管大于预应力混凝土管和铸铁管。
