地震大位移作用下的管道隔震技術

湯愛平,蓋麗華,鐘儒宏

(哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院,黑龍江哈爾濱 150090)

歷次地震災害均表明,地震作用下管道系統(tǒng)破壞的最危險因素是地震引起的地表大位移。這種大位移包括了如地表斷裂、滑坡、沙土液化、震陷等形式,目前,管道抵御這種大變形作用可以概括為兩類方法:其一,場地的選擇和場地土的處理,這類方法的出發(fā)點是認為管道系統(tǒng)的破壞主要是由于場地土的地震反應大且將這種大變形通過與土-管道系統(tǒng)的相互作用傳遞到管道系統(tǒng)中,從而引起管道系統(tǒng)的破壞,目前該類方法比較成功的做法是土體的加固方法(如液化土層的抗液化處理、管道周圍土體的替換)和大位移發(fā)生區(qū)場地的選擇(如最小距離穿越、管道與最大位移發(fā)生區(qū)最佳布設方向、最佳埋深等)。另一類方法是管道系統(tǒng)自身的抗震隔震方法,這類方法認為只有管道系統(tǒng)有足夠的抗震能力就足可以抵御地震引起的大位移。這類方法目前廣泛應用的技術有管道薄弱環(huán)節(jié)的抗震和隔震設計和管道新型結構設計,前者主要有高延性管材、厚壁管、多重套管設計、接頭的隔震閥等手段,后者主要有共同溝管道設計和管土界面間隔震層設計。

本文利用實驗和數(shù)值模擬技術相結合的手段,在分析了管道系統(tǒng)在斷層和液化兩種大位移作用下的管道系統(tǒng)反應及其影響因素的基礎上,探討了管道接頭或管身場地土發(fā)生位移和沒有位移界面處的主動隔震裝置設計和共同溝技術對提高管道地震安全性的可行性。研究結果表明,在綜合考慮大位移發(fā)生的機制、位移大小和管道穿越大位移場的方向性等的情形下,在大位移場邊界處的一定位置采用鉛芯橡膠隔震的隔震裝置可以使管道系統(tǒng)的地震反應降低30～50%;大位移區(qū)段共同溝內(nèi)管道系統(tǒng)的地震反應比相同條件下非共同溝內(nèi)管道系統(tǒng)的地震反應降低70%左右。

圖1 大位移場下管道隔震裝置和隔震效果