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第33卷

OILANDGASTRANSPORTATIONAND

第5期

STORAGE|油气储运01

爆炸地震波作用下埋地油气管道动力响应研究

谌贵宇纪冲2王棠昱1汤建平1

1.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都610041;

2.解放军理工大学野战工程学院，江苏南京210007

摘要：针对炸药库发生意外爆炸后地震波的传播及埋地油气管道动力响应振动过程进行了三维动态数值模拟计算分析，获得了管道的振动速度响应特性。考虑不同炸药库当量、场地介质特性、埋地管道材料及尺寸等影响因素，根据大量不同工况下的计算结果，结合振动安全判据量化分析，得到了各工况条件下埋地管道安全距离。该研究成果对于保证管道的安全可靠运行具有理论指导意义和工程应用价值。

关键词：油气管道；爆炸地震波；动力响应；数值模拟DOI:10.3969/j.issn.1006-5539.2015.05.001

0前言

加强油气输送管道建设，形成管道运输网是我国实施能源战略的重要组成部分，对国民经济的持续发展具有重要的战略意义1。但是，油气管道一旦发生运行事故，除了管道系统自身损坏造成的直接损失外，还可能引发严重的次生灾害，造成土壤和地下水的污染，导致巨大的经济损失、甚至人员伤亡，严重危及社会生产与人民生活安全。如何确保地下生命线工程安全可靠运行，成为当前工程设计和管理部门迫切需要解决的重要课题[2]。

近年来国内外相关文献与事故统计资料表明：除地震、滑坡等自然灾害外，与人类活动密切相关的事件因素(诸如战争、恐怖袭击、爆破施工等)已成为油气管道失效破坏的重要原因。为满足经济建设广泛应用炸药的需求，在炸药生产、加工、应用过程中都需要对炸药进行一定时间的储存。国内外大量触目惊心的炸药库爆炸事件警戒我们，保管储存措施不当会引起严重爆炸事故，造成重大财产损失和人员伤亡。典型案例如2009年4月湖南郴州永兴县、2009年7月湖南湘潭市及2010年7月山西临汾翼城县发生的炸药库爆炸事件等。值得特

别注意的是，当埋地油气管道受到炸药库爆炸地震波荷载作用时，突然产生的诸如振动等现象可使结构降低承载能力，甚至发生整体变形或局部破坏失效，将对管道正常运行构成严重威胁3]。近年的油气管道建设，由于路由通道的限制，涉及管道与炸药库之间的安全距离问题越来越凸显，但现有的法律、法规及技术标准规范在此方面都无明确要求。因此，油气管道与炸药库安全距离研究是涉及公共结构设施安全的重要课题，也是石油工业、防灾减灾等领域迫切需要研究和解决的问题。

本文针对5t药量炸药库发生意外爆炸后地震波的传播及埋地管道动力响应振动过程进行三维动态数值模拟计算分析，获得管道振动响应特性参量。最后结合振动安全判据量化分析得到埋地管道安全距离的确定方法。

1数值计算方案

影响爆炸地震波传播的因素是多方面的，概括起来有爆源及传播介质两大方面。因此需首先对相关影响因素进行分析以此确定本文的数值计算方案。

收稿日期：2015-05-11

基金项目：国家自然科学基金项目

作者简介：谌贵宇(1963-),男，四川三台人，高级工程师，学士，主要从事油气储运设计研究工作。

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2015年10月天然气与石油

2015年10月

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1.1爆源

爆炸地震波在传播过程中表现出来的性质，其根本都是在爆源特性的基础上演化而来，而影响爆炸地震波的主要爆源有爆源药量、装药性质、装药结构等。本文以炸药质量作为数值计算所考虑的主要爆源因素，质量为5t(根据GA838-2009《小型民用爆炸物品储存库安全规范》、GB50089-2007《民用爆破器材工程设计安全规范》等标准规范及相关法律法规，对小型民用爆炸物品地面储存库而言，炸药储量不大于5t。考虑到确保管道安全，本文数值计算中的炸药质量取最上限，即5t)。同时，鉴于实际炸药库储存的炸药及制品种类众多(包括乳化炸药、铵油类炸药、硝化甘油炸药、水胶炸药等),为不失一般性且转化方便考虑，数值计算选择最具普遍性的乳化类炸药作为爆源炸药种类。

1.2岩土场地介质

爆炸地震波在岩土介质中的传播特征主要由场地介质特征所决定。考虑到实际工程建设过程中，油气管道可能敷设在不同特性的岩土介质中，数值计算时需考虑岩土场地介质因素。实际数值计算时选取3种代表性岩石介质，即中粒花岗岩(硬岩)、坚密的石灰岩(中硬岩)、中等坚实的泥灰岩(软岩);选取2种代表性土介质，即密实的硬化黄土(硬土)、亚黏土(普通土)。

1.3