《油气输送管道线路工程抗震技术规范》2016征求意见稿条文说明

'GB50×××-2017油气输送管道线路工程抗震规范GB50×××-2017条文说明中华人民共和国国家标准99 GB50×××-2017修订说明《油气输送管道线路工程抗震技术规范》GB50470-201x经住房和城乡建设部201x年XX月XX日以第XX号公告批准发布。本规范是在《油气输送管道线路工程抗震技术规范》GB50470-2008的基础上修订而成，上一版的主编单位是中国石油天然气管道局，参编单位是中国海洋大学、中国石油天然气股份有限公司管道分公司、中国石油天然气管道工程有限公司、中国地震局工程力学研究所、中国地震局地球物理研究所、中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司、中油朗威监理有限责任公司、中油中州工程监理有限公司。主要起草人是：马骅、冯启民、高泽涛、王锦生、张怀法、刘根友、刘爱文、于尔捷、王玉洲、何莉娟、吴建中、佟雷、孟国忠、杨晓秋、胡道华、高惠英、续理、郭恩栋、戚雪疆、鲍宇、蔡晓悦。本规范在修订过程中，编写组根据国内外管道抗震技术的最新成果，参照其他行业先进的抗震思想，结合近年来的科研成果和工程实践，对原版本进行了重新梳理，使之系统化，体现了具有管道特点的抗震理念和方法，同时兼顾与国家相关法律法规、标准规范的协调，如《中华人民共和国防震减灾法》、《中国地震动参数区划图》GB18306、《工程场地地震安全性评价》GB17741、《建筑抗震设计规范》GB50011、《输气管道工程设计规范》GB50251、《输油管道工程设计规范》GB50253等。为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定，《油气输送管道线路工程抗震技术规范》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行过程中需注意的有关事项进行了说明，还着重对强制性条文的强制性理由作了解释。但是条文说明不具备与标准正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。99 GB50×××-2017目次1总则42术语63一般规定74抗震设防要求84.1抗震设防标准84.2地震安全性评价85工程勘察及场地划分95.1工程勘察95.2管道场地类别划分和地震动参数调整116管道抗震设计126.1一般埋地管道抗震设计126.2通过活动断层的埋地管道抗震设计186.3液化区埋地管道抗震设计306.4震陷区埋地管道抗震设计316.5管道穿越工程抗震设计316.6管道跨越工程抗震设计337管道的抗震措施347.1通用抗震措施347.2专项抗震措施358管道抗震施工378.1一般规定378.2材料检查与验收378.3管道的焊接安装与试压378.4埋地管道抗震施工388.5穿跨越管道抗震施工389管道工程抗震交工3899 GB50×××-20171总则1.0.1油气输送管道遍布我国大地,它是我国经济建设和社会发展的能源大动脉，是重要的生命线工程。我国是世界上地震灾害最重的国家之一，在我们国土上，每年都会有多次六、七级地震发生。油气输送管道常常受到地震的威胁，保障油气输送管线工程的抗震安全，是非常重要的。在制定本规范时，我们不仅考虑到油气输送管道线路工程的功能要求，经济适用，而且着重考虑了保障其抗震安全性。特别把线路工程分成重要区段和一般区段。对重要区段给出了明确的定义，写入术语中，定义为：水域大中型穿跨越段、输气干线管道经过的四级地区，输油干线管道经过的人口密集区。对位于重要区段的管线工程的抗震设计，提高了设防标准，从而，延长重要区段管道的使用年限；减少维修量和维修成本；保障人民生命财产的安全；保护环境。另外，根据历次大地震的管道震害经验，位于不良地震地质区的管道最易遭受破坏。因此，本规范给出了管道通过活动断层、液化区以及不良地质区段的抗震设计方法，以便保障这些薄弱环节的安全性。1.0.2根据《中华人民共和国防震减灾法》第三十五条的规定，新建、扩建和改建工程都要进行抗震设计，达到抗震设防要求，因此，标准的适用范围规定为陆上新建、扩建和改建工程。本规范中的油气管道线路工程与其他工程的界面执行现行国家标准《输气管道工程设计规范》GB50251和《输油管道工程设计规范》GB50253的规定。原条文根据GB18306的设防参数范围、各组成部分的抗震动校核起始值要求，将适用范围限定在0.05g-0.4g，容易造成设计者理解不一致，因为后续的校核方法、准则、抗震措施等与设防参数的获得没有直接相关；对于重大管线工程一般都有地震安全评价，即使超出0.4g也会在评价报告中给出各个管段的地震设防参数（即专项评价），只是对没有开展地震安全评价的项目才会有此限制；管道不同组成部分的抗震要求可以体现在相应部分的设计和校核、措施要求中；目前欧美、前苏联的管道抗震指南或相关标准中均没有采用设防参数的取值范围作为标准的适用范围。故取消以设防参数的取值范围来限制标准的适用范围的规定内容。1.0.3管道输送的主要特点有：1）管道输送的介质多为高压、易燃介质。一旦泄漏或破裂，往往导致重大的人员伤亡、环境破坏或财产损失；2）管道输送介质为工业或民用的主要原料，与国民经济和社会生活紧密相关，需要震后尽快恢复功能；3）管道为线性工程，可能经过各种地段，包括活动断层、其他地震地质灾害等区段，如滑坡、液化、震陷等；不仅要考虑地震动的作用，而且还要考虑地质灾害位移的作用；4）管道为钢质材料，具有良好的强度和韧性，连接形式为焊接，抗震能力强；5）管道大部分地段埋地敷设，局部通过结构提供敷设空间进行地面或架空敷设；不仅要考虑管道自身的抗震设计，而且还要考虑结构的抗震设计；6）不同管段的失效后果不同，需要根据后果大小，区分不同的管段；不同管段失效后维修成本相差很大，需要提高维修难度大的地段的设防要求。地震对管道线路工程的作用分为直接作用和间接作用。直接作用为地震波的振动作用，间接作用为地震地质灾害引起的位移作用。根据以往的地震灾害分析结果，不同地段、不同敷设方式的管道对地震直接作用的响应不同。埋地管道对地震直接作用的响应小，而地面或架空敷设的管道和结构对地震直接作用的响应大；地震地质灾害位移作用的效果与之相反，位移作用对埋地管道破坏力大，而对地面或架空敷设的管道破坏力小。因此需要分类确定设防要求。根据管道的特点以及震害分析可知，管道抗震设计的性能要求有两类：1）震后基本不用维修，就可以正常运行，继续使用；2）不要发生破裂，从而避免重大的次生灾害。对于地表稳定的埋地管道而言，在基本地震动作用下应该避免发生类似墨西哥城地震的周期性局部屈曲，否则维修量大、投资高，因此管道在设计地震动作用下要达到基本不用维修就可以正常运行的性能要求。99 GB50×××-2017对于弯头由于应变集中，将发生较大变形，可能影响正常运行，但是不能发生破裂；考虑到埋地管道破裂会产生重大的次生灾害，因此要求进行罕遇地震动作用下的校核，并要求管道达到不破裂的性能要求。对于通过活动断层、地震诱发的地面位移地段的埋地管道，由于地震动作用与位移作用一般不是同时的，而且在地震动作用下管道响应与在地面位移作用下的管道响应相比，要小的多，所以只考虑位移作用。与稳定地段相比，地面位移地段相对较短，而且管道的变形大，如果要求不维修就可以正常运行，设防的技术难度大，需要增加大量的投资，因此要求不发生破裂，允许发生变形，并根据变形的情况适当修复后，管道很快就能恢复输送。对于活动断层中既有水平向又有竖向位移的情况，其设防位移分为水平向和竖向。任何一个方向或两个方向同时超出设防位移，都认为是超过设防位移。对于用于支撑管道的结构，其抗震性能目标一般不低于管道，即在设计地震动作用下结构主体不发生损伤，附属结构可能发生损伤，但经过简单修复后就可以正常使用。对于跨越结构主体，如果发生倒塌，敷设在结构上的管道往往会发生破裂，后果严重，所以，要求跨越主体结构达到罕遇地震作用下不能倒塌的性能目标。由于不同管道或管道构成部分的重要性不同，其性能要求亦有所差别。为了体现管道或其构成部分的特殊要求，允许采用基于性能的抗震设计方法，以便明确其设防要求，并采用相应的设计和校核方法。本条中的设计地震动指的是管道抗震设计使用的地震动水平，对于一般区段采用基本地震动，对于重要区段采用1.3倍的基本地震动。1.0.4为了防御和减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，国务院地震工作主管部门制定全国地震动参数区划图，是管道抗震设计的重要依据，因此一般情况下应根据现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306规定的参数进行抗震设计和校核。但是全国区划的地震动峰值加速度上限为0.40g，没有给出大于0.40g的区划范围，而且该区划图是区域地震动参数的综合值，对于地震动作用敏感的大型跨越管段，或失效后果严重的管段，应该进行地震安全性评价，并根据审定的评价结论进行抗震设计和校核。这样可以兼顾国家对工程场地地震安全性评价工作的规定要求，又可以体现距离很长的管线工程沿线场地不可能处处都做工程场地地震安全性评价工作的特点，达到安全和经济的目的。99 GB50×××-20172术语2.1.1管道敷设呈带状，其场地范围应为管道轴线两侧各200m的带状区域。2.1.2为了区分管道结构，进行了此定义。穿跨越工程结构，不包括管道结构，其作用是支撑、保护管道，或为管道敷设提供空间，包括：水域隧道的顶管结构和盾构结构、水下钻爆隧道衬砌结构、竖井结构；河流岸坡结构；山岭隧道衬砌结构，洞门、洞口边坡和仰坡；隧道或竖井内的管道支墩或支架；固定墩；跨越管桥等。2.1.3为了区分定向钻、开挖等直埋穿越管道，进行了此定义。定义中的隧道主要包括山体隧道、水下隧道、盾构隧道、顶管隧道，也包括穿越公路、铁路套管，穿越公路、铁路箱涵等。2.1.4对于输油管道而言，重要区段的划分主要考虑环境保护的要求。原油管道的泄漏会污染所经的河流、湖泊、水库等水域；在人口密集区则会破坏居住环境，并可能聚集在密闭空间中成为安全隐患，所以将这些区段划为重要区段。对于输气管道而言，重要区段的划分主要考虑气体可能泄露或爆炸等安全因素。输气管道工程设计规范从安全角度，将输气管道工程通过的地区根据沿线居民数和建筑物密集程度，划分为四个地区等级，其中四级地区建筑为楼房、人口密集，交通频繁和地下设施多，容易发生事故，且后果严重，应划为重要区段。无论对于输油和输气管道，水域大中型穿跨越工程具有事故后果严重，维护困难，修复工期长等特点，因此将其划为重要区段。原条文规定“经过河流、湖泊、水库设置的管道两端截断阀之间的输油气干线管道区段”为重要区段，以提高其设防标准，降低其在地震工况下失效的概率。执行中存在的问题：一是不能完全体现经过河流、湖泊、水库穿跨越工程的难度；二是容易扩大设防范围，因为无论是专门针对穿跨越设置的截断阀，还是按照线路设计规范设置的截断阀，河流、湖泊、水库的两端都会有截断阀，所以导致只要有河流、湖泊、水库穿跨越就是重要区段，但实际上穿跨越段的长度很短（几公里），而截断阀之间的长度很长（几十公里）。本次修订中的油气管道穿跨越工程，统一执行国家现行标准《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423和《油气输送管道跨越工程设计规范》GB50459的规定。上述规范将河流、湖泊、水库均称为水域，此外，水域还包括沼泽、水塘、养殖塘、水渠等，并对水域穿跨越工程进行等级划分，工程等级划分标准中考虑了穿跨越对象的重要性、工程实施难度等属性，其中大中型穿跨越工程指的是水文条件复杂、工程实施困难、运行维护难度大的情况，与抗震设计考虑管道失效后果严重程度的思想是一致的，而且在管道行业内已有共识，便于执行。对于重要区段不能涵盖，但是抗震上有特殊要求的区段，可以采用基于性能设计方法。原来定义中的“人口密集区设置的两端截断阀室之间的输油气干线管道区段”，包含了输气管道四级地区，有重复部分，所以为了更加明确，将油气管道分开描述。阀室设置是根据场地的具体情况，执行设计规范来设置的，局部人口密集区两侧不一定都有阀室，按原来定义将扩大设防范围，本次修订取消阀室的限制，允许根据场地的具体情况来确定重要设防区段。2.1.6管道抗震设计中的活动断层目前的共识为全新世以来发生过活动的断层。为了与现行国家标准《工程场地地震安全性评价》（GB17741）的规定一致，将地质年代延伸到晚第四纪。将活动断层的年代扩展到晚第四纪，提高了抗震水准，有利于管道安全，由此增加的活动断层的数量有限，经济上可以承受，所以本次进行了修订，并在术语中增加了此定义，给予强调。另外，应注意的是活动断层只是设防的前提之一，活动断层对工程的影响还需要专业人员评价，以明确在工程使用年限内是否会继续活动，如果会继续活动，则应该设防；如果不会继续活动，则不用设防。2.1.8~2.1.1099 GB50×××-2017为了方便描述，并与设防标准对应，修订了原来术语2.1.5，将其分为2.1.8和2.1.9，新增2.1.10和2.1.11。2.1.12管道与断层交角是穿越断层管道设计中很重要的概念。为了充分利用钢材良好的抗拉伸能力，在设计中一般要调整管道与断层的交角，使管道轴向处于拉伸状态。因此首先要明确断层的位移方向，然后进行位移分解，即将位移按三个方向分解：沿着管道轴向和垂直管道的水平位移，以及与水平面垂直的垂直位移。如果断层位移使得管道轴向伸长，则管道轴向处于拉伸状态；否则，管道处于压缩状态。根据断层位移方向来定义交角，比较直观，便于使用。99 GB50×××-20173一般规定3.0.1本规范要求在工程设计文件中，说明地震动设计参数取值的依据和标准，例如，取自《中国地震动参数区划图》GB18306的某某章节的规定。或者取自某某《工程场地地震安全性评价报告》的审定结果，将审定的结论摘抄下来，等等。3.0.6根据震后管道事故调查结果，地震对埋地管道的破坏主要是由地表位移引起的，其中通过活动断层段的破坏尤为严重，故这里强调对于穿越活动断层，要按规范要求进行设计。当管道与活动断层并行时，要考虑断层破裂对其的影响，由于断层地表破裂的范围受地震级别、覆盖土层厚度、断层活动类型等因素有关，所以应根据具体情况来确定并行距离，将管道布置在其破裂影响范围外，以避免断层破裂引起管道的破坏。99 GB50×××-20174抗震设防要求4.1抗震设防标准4.1.1抗震设防标准的确定需要兼顾安全与造价，参考国内外管道以及其他建构筑物的设防标准，本次修订的设防标准采用两个水准。第一水准：一般区段的设防标准延续上版规范规定的50年超越概率10%，即按基本地震动参数进行抗震设计，并满足震后能正常使用的性能要求。重要区段需要适当提高设防标准，该设防标准延续上版规范规定的50年超越概率5%。50年超越概率5%对应的地震动参数可根据国家地震局最新的研究成果确定，约为1.3倍的50年超越概率10%的地震动参数，即1.3倍的基本地震动参数。第二水准：所有区段的埋地管道都要按50年超越概率2%的水准进行校核，即在罕遇地震动参数作用下管道不破裂。这与日本油气管道抗震设计的做法是一致的，1995年日本阪神地震之后，日本管道协会对规范进行了修订，将埋地油气管道按照两级地震动水平设计，其第二级地震动水平GML2规定为一直接发生在管道场地的M6.8地震，相当于阪神地震那种情况。欧美国家针对重要建构筑物，如核电站管道、海洋平台等，也都按两个水准进行校核。应该注意的是，对于基本地震动峰值加速度0.4g的区段，现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306没有进一步划分，所以必须进行地震安全性评价以获得可靠的设计和校核地震动参数。上版标准规定重要区段中的大型跨越和埋深小于30m的大型穿越的设防标准采用到50年超越概率2%，其设防目标是不破裂。本次修订规定重要区段的管道设防标准采用50年超越概率5%的水准设计，其设防目标是可继续使用，50年超越概率2%的水准校核，其设防目标是不破裂。上版采用的设计标准与本次修订的校核水准，以及设防目标完全一致。因此，本次修订的设防标准延续了上版规范，而且更加完备。4.1.2穿跨越工程结构的抗震设防标准一般不低于管道，其设防标准规定为50年超越概率10%。对于大型穿跨越结构，考虑到投资高、震后修复困难，所以必须进一步提高其抗震设防的水准，按50年超越概率5%的地震动参数进行抗震设计，约为1.3倍的基本地震动参数。穿跨越结构大部分设置在重要的江河、水域或冲沟地段，这些特殊的部位的结构发生破坏可能危及管道，特别是跨越主体结构，因此要求穿跨越结构提高等级来采取抗震措施，同时要进行防倒塌校核，即使发生罕遇地震水准的地震，结构不发生倒塌。由于穿跨越结构抗震设计参考的是建筑、公路、铁路等类似工程的标准，而这些标准的适用范围为0.4g，故规定当基本地震动参数大于0.4g时应专题研究。4.1.3本条规定了穿越和并行活动断层的要求。第1款依据的是国内研究资料的主要结论：当地震动峰值加速度为0.10g—0.3g且地表土层厚度至基岩土大于等于60米或地震动峰值加速度大于0.3g以上且地表土层厚度至基岩大于等于90米时，由于土壤吸收地震波能的原理，活动断裂对地面的破坏影响不大，将不会对地表管道设施产生破坏，故可以不用设防。第2款考虑到需要设防的活动断层短则几公里，长则几十或几百公里。当发生地震时，每处的地表破裂情况并不相同。在设计时一般都会在一定的地质资料基础上合理选择通过位置，所以一般地段的设防位移取预测的平均位移，但是对于重要区段，考虑到事故后果严重，所以提高设防标准，采用预测的最大位移进行设防。第3款是参考现行《建筑抗震设计规范》（GB50011）中应避开主断裂带距离的规定制定的。考虑到管道抗震性能明显优于建筑结构，按相当于丙类建筑规定距离的一半选用。受地形地质条件限制，确实难以满足时，应对断层进行详细勘察，明确破裂范围后减小距离。根据以往的震后调查，断层破裂范围一般在20m以内，所以这里规定最小的距离不能小于20m。99 GB50×××-20174.2地震安全性评价4.2.1本条规定了地震安全性评价应给定的1—5款内容，是依据《工程场地地震安全性评价》（GB17741）和本规范第6章管道抗震设计的需要而确定的。根据《工程场地地震安全性评价》（GB17741），管道沿线的地震动参数（峰值加速度或者峰值速度）分区属于地震安全性评价的Ⅲ级工作；管线重要工程场地的地震动反应谱和加速度时程属于地震安全性评价的Ⅱ级工作；当管道线路工程通过活动断层时，还应给出本规范第4.2.2条规定的内容和参数，类似于地震安全性评价I级工作中的能动断层鉴定。鉴于活动断层对管道的危害性，管道沿线近场区主要断层活动性的鉴定及对工程场地的影响性评价是地震安全性评价工作的重要内容之一。对于通过地震动峰值加速度大于0.10g以上区段的管道建设工程，提出地震地质灾害评价和损失评估的目的，是因管道沿线场地的地震地质灾害，是由于地震动或断层错动可能影响到管道场地的失效。震害经验表明：具不良地质条件的场地，常诱发产生各种地质灾害。地震地质灾害主要包括三大类：①由于地震动作用导致的对工程有直接影响的工程地基基础失效，包括饱和砂土液化、软土震陷等；②由于地震动作用导致的对工程有可能间接影响的工程场地失效，包括岩体崩塌、岩体开裂、岩土滑坡等；③由地震断层作用导致的地表错动、地裂缝与地面变形等地质灾害。通过进行地震地质灾害进行评估，可对管道沿线场分别标明给定概率水平地震作用下的不同类型地质灾害程度指标，勾画出严重、中等、轻微和无变化四种不同等级灾害的分区界限，如地震地质灾害图上所表示的砂土液化、软土震陷、地震断层等都在一幅图中表示出来。也可以是单一类型的地震地质灾害小区划图，如砂土液化分布图等。地震安全性评价工作宜在可行性阶段进行，可为管道线路选线和抗震设防提供科学依据，也为初步设计提供决策依据，同时为项目进行社会和经济效益分析提供基础依据。4.2.2对于需要设防的活动断层应评价活动断层对所建设管道的影响，并按照本条款规定，给出相应的数据和结论，以便于为管道抗震设计提供理论依据。要求通过给出第1款的内容和参数的目的是为了更准确和详细的了解沿线的地震地质情况，特被是通过了解破裂带的宽度和长度，当勘察选址是可考虑否通过此地段，若避让不开，则为设计提供了采取措施的依据。本条第2款要求给出断层与管道交汇的位置和交角，或断层与管道的距离，因断层位移的大小和断裂带宽度，在处于一条断层时上并不相同，由于断层线附近地表运动十分复杂，形成宽度不一的错乱地带，因而管道铺设方向不得与断层线并行，当明确断层位移和断裂带宽度后，设计选线时可通过最小的地方埋设管道，同时也为采取抗震措施提供基础依据。正确选择断层与管道的夹角，使管线在断层运动时受拉，避免受压，这是因为管材的耐拉伸性能优于耐压缩性能。要求给出第3款内容的目的是，当明确出了断层的覆盖土层厚度，将为设计是否考虑断层潜在地表断错的影响提供基础依据，要求给出的断层两侧和破裂带的土体粘聚力、内摩擦角和平均剪切波速，当计算地震动作用下的最大轴向应时，土壤作用在管道上的单位长度摩擦力时涉及到管道与土壤之间的内摩擦角。经国内研究结果表明，对于隐伏正断层，地表破裂带位错量峰值随埋深线性递减，在其他参数不变的情况下，隐伏正断层倾角越小，地表破裂带越偏向下盘，并且，地表破裂带的宽度也变小。而隐伏走滑断层，地表位移差随埋深衰减更快，随着隐伏活断层断面上位错量的增加，地表破裂带宽度会显著变宽，位错量也随之增大。当确给出第4款后，即断层的地表最大水平和竖向位错量以及错动方向，根据本规范的第6.2节经过分析计算可以得到管道在断层位移引起的管道最大拉伸应变、最大压缩应变，从而进一步验算是否超过管道的容许拉伸应变和轴向容许压缩应变，为管道跨断层的抗震设防和采取相应的抗震措施提供了基础依据。原条文的第1款是设防的前提，所以放在4.1.3中。99 GB50×××-20175工程勘察及场地参数5.1工程勘察5.1.1为满足设计需要，对于管道线路场地应在初步勘察和详细勘察阶段开展地震及地震效应、活动断层的勘察评价工作，其工作深度和精度可按勘察阶段逐步加深。一般可研阶段项目将进行地震安全评估工作，勘察可依据此资料及搜集其它相关资料，必要时开展工程地质测绘和调查、遥感解译等工作进行地震及地震效应、活动断层的评价；初步勘察阶段应根据前期成果资料，开展工程地质测绘与调查工作，必要时采用勘探手段验证；详细勘察阶段应在前期工作成果基础上视情况开展勘探和测试工作，精度应满足下列条款的要求。5.1.2钢质管道所通过各区段有关地震地质、地震活动性、工程地质、水文地质等状况差异很大。管道应选择地震活动性弱、地震地质条件好的地区建设。在同样的地震活动性和地震地质条件的地区，应选择场地条件好的场址。一般来说，场地条件包括地形地貌、地震地质灾害(崩塌、滑坡、塌陷、液化、断裂等)，以及地下土层的性质及特性。这三条特性是相互关联、相互影响的。地形地貌条件对震害的影响主要是指地表形态不同对震害有不同的影响。如突出的山脊、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡及河岸的高边坡、土堤等地段。这些地段对地震波均有放大效应，因此加剧了表面的振动，甚至会产生陡坎崩塌。多次震害调查也证实了局部地形变化对震害有明显的影响。凡是在孤立、突出的山包、山梁部位，其山顶的振动加速度大于山底与山脚的振动加速度；山顶的振动持续时间也较长，幅值显著增大。发震断层是工程建设应该避开的危险地段。对于埋地管道无法绕过的断层，就必须进行详细抗震研究设计并采取相应措施。在河道两岸边坡地带，大多是新近沉积物组成，常含有饱和砂土、粉土层或软弱黏性土层。在地震时，往往由于饱和砂土或粉土产生液化，或抗剪强度大为削弱，导致两岸土体失稳向河心滑移或产生较大较长的裂缝，致使管道破坏。这方面的震害实例在海城、唐山等地震中均有记录。在含有淤泥、草炭、泥炭、盐渍土、有机土和地势低平的河流新近沉积区、河流故道以及被掩埋河、湖、沟、坑等地区，受震时易产生显著沉陷，导致工程设施严重震害，应作为抗震的不利地段。不同埋深以及软、硬程度不同的地表地层，地震波传播速度不同，地震波的放大作用不同，产生的地表地应变和位移值均不同。强震观测结果及理论分析说明：硬场地，地震波的传播速度大，加速度放大作用大，位移幅值小，地应变小；软场地，地震波传播速度小，加速度放大作用小，位移幅值大，地应变大。位于软场地的管道地震反应大，破坏也较重。应该调查和收集各方面的资料进行综合研究分析，划分出对管道抗震有利、不利和危险地段，以便在工程设计时尽量选择对工程抗震有利的地段，避开危险地段进行建设。5.1.3此条规定的勘探点间距与现行国家标准《油气田及管道岩土工程勘察规范》（GB50568）中线路岩土工程勘察等级为甲级的勘探点间距一致。勘探深度主要从确定场地类别的角度来考虑的。5.1.4地震地质灾害是指在地震作用下地质体变形或破坏所引起的次生地质灾害。地震地质灾害类型主要有：地基土液化、软土震陷、崩塌、滑坡、地裂缝、地面塌陷和泥石流等。管道线路通过地段如果有可能发生地震地质灾害，应按设计地震动参数进行地基和地质灾害体的稳定性验算，并评价其对管道线路工程的影响。5.1.5关于管道沿线地基土液化判别，是引用现行国家标准《油气田及管道岩土工程勘察规范》（GB50568）的判别方法。对地震峰值加速度等于或大于0.1g并存在可液化土的区段，应根据初判条件进行初判，对初步判定可能液化土层，应再进一步判别，并评价对管道的危害。在斜坡地段，还应根据液化层的空间位置，如埋深、厚度、沿管道的长度、坡度等，以及覆土类型等参数，判定是否发生侧向位移，给出预测的位移量。99 GB50×××-20175.1.6震陷是指地震作用下软弱土层塑性区的扩大或强度降低而使地面产生的附加下沉。在地震动加速度值为0.10～0.15g时可不考虑震陷问题，当满足下表中任一条件时，也可不考虑震陷影响，否则应采取必要的抗震措施。表1不考虑软土震陷影响的条件地震动峰值加速度地基承载力特征值（kPa）软弱土层厚度（m）等效剪切波速（m/s）0.2g（0.3g）≥80≤10≥1200.4g≥100≤2≥1505.1.7本文规定了管道线路段活动断裂勘察内容及要求。根据国内外已发生的地震破坏情况统计分析资料，地震地表破裂带宽度在活动断裂带两侧一般不超过500m,地表破裂带宽度主要取决于震级、断层性质和覆盖层厚度等因素，一般正断层和走滑断层的破裂带宽度较小，逆推断层破裂带宽度较大，覆盖层厚度越大，地表破裂带宽度越小，所以本规范规定管道线路段活动断裂勘察范围不小于500m。活动断裂所在场地的工程地质测绘和调查内容除按《岩土工程勘察规范》（GB50021）相关内容执行外，还包括：1地形地貌特征：山区或高原不断上升剥蚀或长距离的平滑分界线；非岩性影响的陡坡、峭壁，深切的直线形河谷，一系列滑坡、崩塌和山前叠置的洪积扇；定向断续分布的残丘、洼地、沼泽、芦苇地、盐碱地、湖泊、跌水、泉、温泉等；水系定向展布或同向扭曲错动等；2地质特征：近期断裂活动留下的第四系错动，地下水和植被特征；断裂带的破碎和胶结特征；断裂最新的活动时代等；3地震特征：与地震有关的断层、地裂缝、崩塌、滑坡、地震湖、河流改道和砂土液化等。5.2管道场地类别划分和地震动参数调整5.2.1当有充分依据时，允许使用插入方法确定边界线附近（指相差15%的范围）的Tg值。图1给出了一种连续化插入方案，可将原有场地分类及修订方案进行比较。该图在场地覆盖层厚度dov和等效剪切波速Vse平面上用等步长和按线性规则改变步长的方案进行连续插入，相邻等值线的Tg值均相差0.01s。图1在dov-Vse平面上的Tg等值线图注：用于设计特征周期一区，图中相邻Tg等值线的差值均为0.01s99 GB50×××-2017本条中规定的场地分类方法主要适用于剪切波速随深度呈递增趋势的一般场地，对于有较厚软夹层的场地土层，由于其对短周期地震动具有抑制作用，可以根据分析结果适当调整场地类别和设计地震动参数。参照建筑抗震规范（GB50011-2010）相关内容，修订表5.2.1内容。5.2.2为了和现行有关规范的统一，场地的类别划分进一步考虑了覆盖层厚度的影响，从而形成了以平均剪切波速和覆盖层厚度作为评定指标的双参数分类方法。土的类型系表层土刚度（软硬）的表征。对于重要地段提出进行剪切波速的实测；对其他地段，无条件实测剪切波速、且无法收集到邻近地点实测数据的情况时，可根据岩土名称和性状按表5.2.2估算剪切波速。参照建筑抗震规范（GB50011-2010）相关内容，修订表5.2.2内容。5.2.3覆盖层厚度的确定分两种情况，一是当某层面以下各土层的剪切波速皆大于500m/s，则覆盖层厚度按地面至该层顶面的距离确定，薄的硬夹层和孤石应包括在覆盖层之内；二是当地下某一下卧土层的剪切波速大于或等于400m/s且不小于相邻的上土层的剪切波速的2.5倍时，覆盖层厚度可按地面至该下卧层顶面的距离取值的规定，需要指出的是，第二种情况只适用于当下卧层硬土层顶面的埋深大于5m时的情况。5.2.4土层剪切波速的平均值采用更富有物理意义的等效剪切波速的公式计算，即：（1）式中，d0为场地评定用的计算深度（m），取覆盖层厚度和20m两者中的较小值；t为剪切波在地表与计算深度之间传播的时间（s）。5.2.5场地的地震动参数与场地类型、设防标准等有关，需要根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2015规定了各类场地和设防标准下的场地地震动参数进行调整。99 GB50×××-20176管道抗震设计6.1一般埋地管道抗震设计6.1.1根据大量震害统计资料，一般场地的地下直埋管道地震动峰值加速度大于或等于0.3g时才开始破坏。为了安全起见，地震动峰值加速度大于或等于0.2g时，直埋管道应进行地震振动抗拉伸和抗压缩的验算。6.1.2～6.1.3应变组合和容许值1因为地震波引起的随机震动，没有破坏土壤的完整性和连续性。地震时，管道仍处于土壤的嵌固状态，操作状态下的全部荷载仍由管道来承受。故地震波引起的拉、压应变应与操作条件下（内压、温差）引起的管道轴向应变组合。2管道的基本性质及抗震容许应变输油输气管道的特点是：作为母材的管子具有高强度、高抗挠刚度、高耐冲击性，并且采用优良的焊接技术将管子焊接成整体结构，因此具有良好的抗震性。钢结构的破坏，一般分为屈服点以下的破坏和屈服点以上的塑性破坏。屈服点以下的破坏还可细分为弹性整体屈服破坏、脆性破坏及疲劳破坏。埋地管道，由于周围土层对它有足够的约束，因此，弹性整体屈曲不可能产生。另外，脆性破坏需要有龟裂或有裂纹缺陷或在钢管脆转温度以下才能发生，通过控制钢管质量和施工焊接质量，可予以避免。疲劳破坏是材料在循环荷载作用累积损伤的结果。材料抗疲劳破坏能力通常采用循环荷载的幅值与循环次数的关系来体现。当应力或应变幅较小时，材料处于弹性状态，累积损伤小，可以抵抗循环次数多，其疲劳破坏往往要经107次以上的反复作用才能发生；而当应力或应变幅较大时，材料进入塑性状态，每次循环都有较大的累积损伤，很多就会导致破坏。地震荷载是典型的循环荷载，但是作用过程是短期的，日本根据19次强烈地震记录得到的振动反复次数为10～100次。为了保证在设防地震下管道能正常服役，要求不能有较大的累积损伤，所以地震导致的应变应在屈服强度对应的应变范围以内，而对于罕遇地震，管道可能发生较大的应变，甚至超出屈服应变，所以为了保证管道不发生破裂，需要根据地震的循环次数来控制应变幅值。应变幅与循环次数的关系，采用ASME（美国机械工程师协会）锅炉和压力容器第Ⅲ部分规定的设计疲劳曲线如图2所示。图2设计疲劳曲线99 GB50×××-2017考虑已埋地管段不是独立的压力容器，而是连续组焊的管段，我们取相当于设计疲劳曲线应变循环总数为40～50次的应变值为管段在地震中的容许应变，见式（2）：或=0.8%～1.0%（2）此外，由于埋地直管段在地震中所产生的应变是全截面均匀地拉伸或压缩，当发生罕遇地震时，在管子的局部区域可能产生轴向压缩屈曲。因此，对直管段管道还应该进行局部屈曲校核。压缩屈曲开始的应变如式（3）所示：（3）式中——压缩屈曲应变；——硬化参数，L450（X65）及以下钢级取0.11，L485（X70）及以上钢级取0.09；——管道壁厚（m）；D——管道外径（m）。采用安全系数为1.25时，压缩屈曲的容许应变值见式（4）：（4）在设防地震下，为了满足正常服役的要求，直管段管道必须避免发生上述的局部屈服，故需要在式（4）的基础上提高安全系数，即式（4）的值乘以0.8来确定容许应变值。埋地弯头在地震作用下，除了承受与直管段管道一样的荷载外，还要承受附加弯矩的作用，应变更大，可能发生局部屈曲，从而影响正常运行，但是不能发生破裂，其容许应变值与罕遇地震的容许应变值相同。6.1.4该条适用于土壤嵌固的地下直埋管道在地震波作用下所产生的最大轴向应变的计算。目前，对地下管道在地震波作用下产生的应力应变分析的方法大致有三种观点：第一种观点认为剪切波是产生埋地管道最大轴向应变的主要波，我国陈冠卿教授持这一观点；第二种观点认为不可能预见哪一种地震波将起主要作用，应对各种形式的波进行单独分析，然后再综合考虑，美国的《油气管道地震设计指南》就分别计算了剪切波、膨胀波和雷利波产生的轴向应变，然后按照这三种波产生的应力组合综合考虑；第三种观点认为虽然不可能预见哪一种地震波将起主要作用，应对各种形式的波进行单独分析，但是两种波并不同时发生作用，应单独考虑各自的影响，这种观点得到了Newmark和Rosenblueth的认同，他们通过对剪切雷利波的地震记录观察得出这样的结论：“在破坏性地震的加速度记录中，因为与雷利波相关的加速度通常很小，雷利波通常被剪切波的后部所掩盖”。不管是哪种地震波，在计算管道应变时都要考虑地震动参数的大小以及场地的类型，有的场地地震波衰减快，周期短；有的场地地震波衰减慢，周期长；有的场地会明显放大地震波参数。此外，还要考虑管土作用，当管道周围土壤对管道约束强时，会带动管道一起振动；而土壤约束弱时，土体与管道会发生滑移，管道变形滞后土体变形。为了简化计算，国内外学者做出了如下的假定：1土壤是线弹性的，是均质的；2除周围土壤之外，管道没有任何其他外部支撑；3当地震波作用时，管道相对于周围土壤没有滑动，即管道的轴向应变等于土壤的轴向应变。根据上述假定，当地震波通过土壤时，将产生土壤质点运动，通常可用一位移矢量表示，该矢量的特性将随其位置和时间而变化。如果我们只考虑一维运动，设地震波为剪切谐和波，其波动方程见式（5）：99 GB50×××-2017（5）式中——地震波的振幅（m）；——地震动反应谱特征周期，查《中国地震动参数区划图》GB18306获取（s）；——地震波的波长（m）；——地震波的传播速度，取场地剪切波速（m/s）；——时间（s）；——地震波传播方向的位移（m）。倾斜的剪切波对管道轴线方向波动的影响如图3所示，视波长为，剪切波的位移使管道在轴线方向产生纵向位移及横向位移，分别为见式（6）和式（7）：（6）（7）一些中外学者认为直埋管道地震时产生的弯曲应变远小于轴向应变，因此我们只考虑剪切波对直埋管道的轴向应变。管道轴线方向应变见式（8）：（8）管道最大轴线方向应变见式（9）：（9）（10）（11）图3倾斜的剪切波对管道轴线方向波动的影响将式（10）和式（11）带入式（9）得：99 GB50×××-2017（12）其它更多关于地震波作用下直管道的响应可参见科学出版社出版的《生命线工程抗震-基础理论及应用》和ASCE出版的《Seismicdesignofpipelinesystems》。最后，按照上述同步变形假设，对于变形较小的地震动，结果与实际基本吻合，但是变形较大时，计算结果过于保守，因此为了更加切合实际，鼓励采用其他合理的计算模型，但是必须经过充分论证。6.1.5该条适用于地下直埋刚性弯头在地震波作用下的最大轴向应变的计算。本条所采用分析方法是由Shah和Chu在1974年提出来，Iqbal和Goodling于1975年又对该方法进行了论证。本条中计算公式采用的基本假设包括：（1）管道敷设在均匀土质的场地上，管道与土体间相互作用满足弹性地基梁假设；（2）弯管视为理想刚体节点，可传递弯管两侧管道内力，但忽略弯管本身的几何形状及变形；（3）地震波动沿纵向支管方向传播，弯管角度为90度，且两侧支管具有足够长度（大于，是模量系数）；（4）在远离弯管位置管道与土体同步变形，无相对滑动，在纵向支管虚拟锚固点附近土体与管道应变取极值。主要推导过程如下。图4表示地震动作用下弯管附近管道受力简图。L为摩擦力作用在纵向支管上的有效长度，为L长度范围内土体的变形量，为L长度范围内管道的拉伸长度，为弯管的相对位移挠度，为弯管处横向支管的剪力，也是纵向支管在弯管处的轴力，为弯管处纵向支管的剪力，也是横向支管在弯管处的轴向力，M为弯管处得弯矩。图4弯管附近管道受力简图根据纵向支管受力平衡条件，存在关系式（13）：（13）根据纵向支管变形和土体变形的几何关系，存在关系式（14）：（14）其中：（15）（16）99 GB50×××-2017根据弹性地基梁理论，该弯管结构中挠度与轴力之间存在关系式（17）：（17）联立方程（13）、（14）和（17），可得过渡段长度L：（18）以下对关系式（17）进行简要论证。首先，假设横向支管在弯管处与纵向支管断开，弯管处管道的挠度为，转角为φ，对于横向支管，根据半无限长弹性地基梁理论，横向支管管端处弯矩和剪力应该为：（19）（20）对于纵向支管，弯管处管道横向挠度相对于横向支管挠度为高阶小量，忽略不计，弯管处管道转角为φ，同样根据半无限长弹性地基梁理论，纵向支管管端处弯矩应该为：（21）联立公式（19）和公式（21）可得挠度与转角φ之间关系：（22）将公式（22）代入公式（20）可得：（23）即关系式（17）。联立公式（21）、（22）、（23）得：（24）弯头处的应变为纵向支管的轴向力S1和弯矩M产生的应变之和。纵向支管的轴向力S1产生的应变根据公式（13）的两边同时除以AE得，即：（25）弯矩M产生的应变，根据公式（24）得到：（26）由上述分析可知，本条计算方法不能反映的一些因素包括（1）将弯管假设为节点，不能反映弯管几何尺寸对对校核结果的影响，包括不同的曲率半径，弯管壁厚等；（2）将弯管假设为刚体，不能反映弯管柔性影响，包括制管椭圆度及弯曲椭圆化等；（3）假设弯管角度为90度，不能反映角度对校核结果的影响。尽管本计算方法存在上述诸多不能反映的因素，目前规范中仍推荐此方法，主要原因如下：（1）相对而言，该计算方法所需的输入信息较少，而计算结果总体上偏于保守，从简单实用的角度考虑，推荐此方法。保守的原因是分析中输入的最大应变为地震99 GB50×××-2017波作用下管道可能产生的最大应变，实际管道与土体相对滑动情况下，其应变值会大幅降低；分析中未考虑弯管柔性，实际弯管柔性的存在，会大幅降低弯管附近应力应变水平。当弯管的角度不是90度时，有些弯管角度的计算应变水平可能有所增高，但考虑到上述的保守因素，总体而言此方法还是偏保守。（2）Goodling在随后的修正方法中考虑了弯管的柔性、椭圆化等影响因素，可以更精确反映地震波作用下弯管力学响应，但相对而言计算步骤更加复杂。如要综合考虑弯管的几何尺寸、弯管柔性、两支管道长度、管道内压、材料塑性等因素的影响，则必须采用数值分析方法才能解决，设计者可以根据需要选用合适的分析方法。（3）在具体的设计过程，可以将本方法作为地震波作用下弯管受力的初步条件。当计算结果满足规范要求时，可以不再进一步核算。如果计算结果不能满足规范要求，或者某工程对弯管分析提出更高的精确要求，可考虑采用其它分析方法。6.2通过活动断层的埋地管道抗震设计6.2.1本条要求对通过活动断层管道进行断层位移作用下的验算，以满足不破裂的性能要求，避免发生重大安全事故。由于在断层位移作用下，管道的应变较大，往往都会超出屈服应变（0.5%），所以应采用应变设计方法。强烈地表震动是造成地面结构和城市工程中承插式埋地管道破坏的主要原因，但不是埋地油气管道(焊接钢管)招致破坏的主要原因。根据大量震害统计资料，埋地油气管道地震破坏一般发生在活动断层。例如我国秦京输油管道在唐山地震中Ⅵ～Ⅸ度地震烈度区内的4处破坏，均发生于埋地管道与活动断层相交的部位，如河北省香河段的皱折破坏，发生于该管道与夏垫断裂带相交的部位。天津宝坻县以西6km处的震害，发生于该管道与沧东断裂带相交的部位。昌黎站内管道的震害，则发生于该管道与昌黎～蓟县东西向活动断裂带相交的部位。跨越滦河大桥的管段，因该公路桥倒塌，使固定于桥上的管段破坏成锯齿形，该处也有多条断裂带纵横交叉，如唐山～山海关断裂，双松门～南堡断裂，赵店子～姜各庄断裂等。又如1971年美国圣费尔南多(SanFernando)地震，使通过或接近沿美国太平洋西海岸圣费尔南多大断层的管道有25％遭到了破坏。而在该次地震中出现地面断裂的面积仅为受强烈地面震动面积的0.5％。故断层错动仅使一小部分地面结构遭受破坏，说明埋地管道在地震中因断层错动所造成的震害比例超过了地面结构，表现出埋地管道对断层错动的敏感性。1999年我国台湾集集地震，车笼埔断层位错引起的地表破裂绵延105公里，最大的垂直方向断层位错达8米。从北到南该断层经过豐原市、太平市、雾峰乡、草屯镇、竹山镇等大小城镇，造成大量的埋地管道破坏，再次证明了管道受活动断层的影响显著，是抗震设计的重点内容之一。6.2.2本条规定了应变验算需要的基础资料。应变设计是在位移控制为主或部分以位移控制为主的状态下，为了保证管道在塑性变形下（应变大于0.5%）能够满足特定目标而进行的设计，适合于强震区、活动断裂带、砂土液化引起的侧向位移、采空沉陷区、冻土地区等地段。应变设计的准则是当管道计算应变大于容许应变时，失效；而管道计算应变小于容许应变时，安全。在进行管道应变计算中，涉及地层变形预测模型，管土作用模型，材料强化能力等方面。在确定管道容许中，要考虑管材的性能（屈强比、硬化指数、均匀延伸率等），管道的几何尺寸（D/t、椭圆度、壁厚公差等），焊接接头性能（高强匹配），焊缝容许缺陷大小(CTOD,宽板拉伸试验等)，温度引起的应变时效等方面。总的来说，需要4个方面的基础资料：1管材的性能参数，其中应力应变曲线是材料强化能力的体现，会影响计算应变和容许应变的确定，所以予以强调。附录C是根据国内已建管道的管材统计数据，在上个版本的基础上进行完善和补充的结果，可参考使用。99 GB50×××-20172断层位移参数，其准确性直接影响计算应变的大小，是应变验算的重要输入。国内的做法是依据地震安评的结论，所以要求按4.2.2的内容提供给设计人员计算。3防腐层参数，防腐层的表面粗糙程度会影响计算应变，其涂敷条件会影响管材性能，同时在容许应变下涂层要适应，不能发生龟裂、剥离等不良效果，因此，在计算中要明确防腐层类型及其涂敷条件，以及性能要求。4焊接接头性能参数，焊接接头的几何尺寸、强度、韧性、缺陷大小都会影响管道容许应变的确定，所以在验算前必须明确。6.2.3本条规定了通过活动断层的管道抗震计算应遵照的要求。断层位移作用下管道会产生拉伸或压缩。管道受拉伸超过极限，管道就会破坏；而当管道受压缩时，则会由于薄壳失稳而造成屈曲破坏。为了均衡管道的拉伸和压缩应变，需要调整管道与断层的合理交角。埋地管道与断层位错方向的交角一般应小于90度。根据管道的重要性和断层位错性质，本节采用不同的方法进行管道的抗震计算。在断层位错量较小且断层位错使管道受拉的情况下，可按6.2.4条对通过活动断层的管道进行抗震计算。由于6.2.4条采用的方法忽略了横向土压对管道的作用，为了保证管道的安全，对于重要区段输油气管道、位于设计地震动峰值加速度大于等于0.3g地区的一般区段管道以及受压情况下的一般区段管道，应采用有限元方法对通过活动断层的管道进行抗震计算。内压对应管道的计算应变和容许应变都有影响。相对于有内工况，当无内压时，计算的管道拉伸应变减小、压缩应变会增大；与之相反，当有内压时，计算的管道拉伸应变增大、压缩应变会减小。在容许应变上，有无内压，其计算值明显不同，所以要求分别对有、无内压两种工况都进行验算。6.2.4本条规定了管道容许应变的计算要求。1本款规定延续上版的计算模型，来源于CSAZ662-2007标准。尽管目前ExxonMobile和CRES都提出了新的计算模型。ExxonMobile模型验证试验的结果一直没有公开，无法评估其适用性；CRES模型验证试验较少，其中错边、壁厚等影响拉伸应变的主要因素没有通过试验验证，所以本版规范没有采纳，仍然采用上版的模型，但是与这些新的模型相比上版模型明显趋于保守，所以针对无内压工况下安全系数取0.9，并将原来对模型的条文说明，放入附录D中。2压缩极限应变计算模型来源于CRES于IPC2014公布的模型。该模型通过数值模拟，考虑了更多的影响压缩应变的参数，并根据收集到的公开发表的实物弯曲试验结果61组进行验证。实物试验的参数范围：管径从168mm到1219mm，壁厚从3.2mm到23.7mm，压力从0MPa到17.2MPa，钢级从X52到X100，基本能涵盖目前的设计工况。为了比较常用Alberta大学Dorey模型、CRES模型、CSAZ662-07版模型以及上版国标的模型，编写组根据上述同样的试验参数，采用4种模型计算极限应变，并采用不用的安全系数来确定的容许应变，其结果如图6所示。从图6可得，上版标准给出的容许应变保守程度最大，其次是CSAZ662-07标准的结果。Dorey模型和CRES模型预测的趋势基本是一致的，Dorey模型的离散都相对大一些，为了保证预测结果都小于实物试验的结果，需要更大的安全系数。因此，最后选用CRES模型计算极限应变，并取安全系数0.6。99 GB50×××-2017图6常用压缩容许应变确定模型与实物试验结果的对比情况6.2.5本条通过活动断层的管道抗震计算的方法与《输油（气）埋地钢质管道抗震设计规范》（SY/T0450）的方法在原理上相同的，即采用的都是Newmark-Hall在1975年提出的分析在断层作用下管道变形反应的方法。SY/T0450通过比较断层错动引起管道的长度变化与管道最大容许的长度变化，也即校核在断层的错动作用下管道的长度变化，判断是否需要采取抗震措施。本规范的方法与原规范SY/T0450的方法有两点不同：（1）管道校核的方式改为直接校核由断层错动引起的管道最大应变，与管材的容许应变进行比较，这样与目前管道的应变设计理念更一致；（2）因为Newmark-Hall方法没有考虑横向土压的作用，该方法得到的管道应变结果比实际的管道应变值小，因此从安全设计的角度考虑必须进行修正，即将Newmark-Hall结果的2倍作为断层错动引起的管道最大应变反应值，再与管材的容许拉伸应变进行比较。其实由于管道埋设场地土的不确定性，即使用2倍的方法修正Newmark-Hall结果也不一定能够保证设计的管道安全。另外Newmark-Hall方法还存在其他的局限性。因此，对于重要区段的管道和位于强震区的一般区段管道，本规范规定应使用有限元方法进行管道的抗震校核。Newmark-Hall方法的基本假设包括：经过断层的管段，在地震前是被土壤嵌固着的。无地震时，管子中的轴向应力为由操作温度与回填时温度之差而引起的温度应力和由于内压引起的波桑应力之代数和；地震时，管子在断层处产生较大的位移，原先管子中的轴向应力由于管子变形而得到释放，该处管子成了新的自由端。在断层处由于地震产生的管子应变和应力均为最大值，从断层到两侧锚固点之间的管段(每侧长度为LA)则为地震时管子新产生的过渡段。由于断层运动，管子在断层两侧过渡段长度内相对于周围土壤作纵向运动，管子和土壤间的纵向摩擦力则阻止这种运动，假设该摩擦力在过渡段上保持为常量，管子的纵向位移由断层处的最大值逐渐被土壤与管子间的摩擦力所抵消，到锚固点处纵向位移为零。所谓锚固点，不一定有实际的锚固物体，而是指管子的纵向位移为零处。不论地表断裂的宽度如何，将断层运动近似地考虑为两个平面的错动，忽略了断层带的宽度。1管道的滑动和管土间的摩擦力由于断层运动使管道相对周围土壤作纵向位移运动，周围土壤与管道间的摩擦力则阻止这种运动，摩擦力与土压力成正比关系。土压力沿管壁的分布大致如图7（a）所示，为方便计算，通常按图7（b）简化。（a）（b）99 GB50×××-2017图7土压力分布及简化计算图土壤与管道外表面之间单位长度上的纵向摩擦力可按下式来计算：（27）为简化计算，式（27）可写为如下形式：（28）式中—纵向摩擦力，；—土壤与管道外表面之间的摩擦系数；与管壁粗糙情况和土壤种类及其湿度有关，应按实测值或经验确定—管道上表面至管沟上表面之间的土壤单位长度上的重力，；—管道和内部介质的自重，；—土壤的密度，；—管道材料的密度，；—管内介质的密度，；—管道外径，m；—管顶埋深，m；—管道壁厚，m；—重力加速度，；2由断层错动引起的管道几何伸长设走滑断层运动如图8所示，管道与断层间的夹角为β。断层的水平错动总位移为△H。将其分解为两个分量。β△H/2断层管道△Y/2△X/2LtfsAB图8断层位移对管道的影响平行与管轴线的位移分量：99 GB50×××-2017（29）垂直于管轴的位移分量:（30）△X使管子产生轴向应变，平均应变量为：（31）式中:Lt──断层一侧过渡段的管长，m。横向断层运动，即垂直于管轴的位移分量△Y和△Z，除了引起管子弯曲外，也会使管子产生纵向应变，管子在断层两侧过渡段内由于横向断层运动引起的平均轴向应变εb近似为：（32）过渡段管子总的平均轴向应变为：（33）由于断层错动引起管道的长度变化为：（34）在管道与断层相交的A点，设管道内的应变为，根据管材的应力应变关系，其应力为：（35）由管道的力学平衡方程，可以得到计算断层错动引起的管道几何伸长的公式：（36）3管道内轴向应变引起的物理伸长假设A点管道内的应变，整个管道处于弹性状态，则管道内轴向应变引起的物理伸长为：（37）假设A点管道内的应变，则部分管道处于弹性状态，其余管道处于弹素性状态，管道内轴向应变引起的物理伸长为：（38）6.2.6由于地震中断层错动引起了土壤和管道的大位移，管道和土壤都可能进入弹塑性或者塑性状态，因此应采用能够分析几何大变形和材料非线性的有限元方法。99 GB50×××-2017采用有限元方法进行通过活动断层的管道抗震计算时，应合理确定有限单元的类型和数目，以保证有限元分析结果的精度。根据工程实际要求，管道可采用梁单元、管单元或者壳单元建立有限元模型，无论采用哪种单元模型，要求对可能发生大变形的管道部分管道单元的长度不应大于管道的直径。建立分析在断层错动作用下的管道有限元模型应注意管道两端边界的处理。目前有两种处理方式：（1）当采用固定边界时，应注意模型分析管道的长度足够长，满足管道在两个固定端的应变为0的要求，如果分析的管道不够长，则会造成分析结果的误差；（2）当采用等效边界时，要求模型分析的管道长度必须能够包括断层附近土壤和管道发生较大位移的部分。根据埋地管道跨断层的抗震实验结果，管道可以分成两部分：靠近断层的管土大变形段和远离断层的管土小变形段。Kennedy曾经指出：在断层作用下管土之间存在较大相对位移的范围为十几米到三十米。为了保证结果的可靠性，要求模型分析管道的长度不少于60倍管径。在断层的错动作用下，管道和周围场地土之间存在相互作用。一般采用三个方向的土弹簧进行模拟：管轴方向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧。管轴方向的土弹簧描述的是沿管轴方向土对管道的摩擦阻力，其参数主要由管沟内的回填土决定。水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧描述的是管道在管轴横向受到的周围土压。垂直方向土弹簧又可分为垂直向上土弹簧和垂直向下土弹簧，其参数主要由断层附近的场地土决定。土弹簧参数的确定比较复杂，可以参照本规范埋地管道通过活动断层带的抗震计算例题进行初步确定，宜根据土的力学特性通过现场试验确定。随着计算机技术的发展，目前越来越多的学者采用实体单元来模拟土壤，并通过接触单元与管体作用，这样能体现土弹簧模型无法模拟的管土脱离等问题，所以规范鼓励采用别的土壤模型，但是在使用前，必须经过充分的验证。例：一条材料为进口钢材X60的钢管通过活动断层带（断层为正断层，预测的最大错动量为：水平向=2m，垂直向=0.5m，错动总量为2.062米），管道与断层错动方向的交角为=30°（如图9所示）。管顶至地表的埋深为2米。断层带覆盖土层为密实的干粘土，土的密度=1800kg/m3，内摩擦角=20°；粘聚力c=10Kpa。计算该管道是否需要抗震加固，并分别采用本规范第6.2.5条和第6.2.6条两种方法进行验算。断层带管道=30°图9断层带与管道在平面上的相对位置1按本规范6.2.5条的方法1）计算沿管轴方向的单位长度管土间摩擦力：=1800×0.529×2×9.81=18682(N/m)=2827(N/m)=0.6×(2×18682+2827)=24115(N/m)2）由断层错动引起的管道几何伸长：99 GB50×××-2017=2×cos30°=1.732(m)=2×sin30°=1(m)(m)查附录C的表C.0.3得X60的E1=2.1´1011Pa，E2=1.611´109Pa，e1=0.00223）管道内轴向应变引起的物理伸长：4）因为管道的物理伸长等于断层位错引起的几何伸长，应变可采用迭代法求解变形协调方程得到：用迭代的方法求解上面的方程，例如利用办公软件EXCEL的“单变量求解”工具，得到=0.0445。5）如上文所述，考虑到Newmark-Hall方法的局限性，需要对其结果进行修正，在断层错动作用下管道的最大应变为：6）结论：因为（管材的容许拉伸应变一般小于0.02），故需要采取抗震措施。2按本规范第6.2.6条的有限元方法与上述方法比较，有限元方法要求输入更多有关断层附近场地土的参数，包括场地土的平均密度、粘聚力和内摩擦角等，因此需要对管道穿越的断层附近进行细致详细的地震地质勘探。场地土参数可以通过在断层附近钻孔取得土样，进行三轴剪切试验或者其他试验方法得到。对于无粘性土（砂土），粘聚力c=0kPa，内摩擦角φ=20°～45°（从松砂到密砂）；对于粘土，粘聚力c=10kPa～100kPa甚至更高，内摩擦角φ=0°～30°。99 GB50×××-20171）三个方向土弹簧参数的确定在断层的错动作用下，管道和周围场地土之间存在相互作用，一般采用三个方向的土弹簧进行模拟：管轴方向土弹簧、水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧。管轴方向的土弹簧描述的是沿管轴方向土对管道的摩擦阻力，其参数主要由管沟内的回填土决定。水平横向土弹簧和垂直方向土弹簧描述的是管道在管轴横向受到的周围土压，又分为水平方向和垂直方向（垂直向上/垂直向下），其参数主要由断层附近的场地土决定，如图10所示。在本规范附录E中给出了确定这些土弹簧参数的公式和方法，这里以此题为例，介绍如何使用这些这些公式。图10埋地管道的横向剖面图在以下的计算中，求出的是单位长度上三个方向土对管道的最大作用力（N/m），在有限元模型中再与土弹簧的间距相乘得到输入弹簧单元的最大作用力。①管轴方向土弹簧。单位长度沿管轴方向的摩擦力由式（6.2.3-1）计算，与上文相同：=24115（N/m）按式（E.0.2-2）选取密实干粘土的屈服位移Zu=0.008（m）②水平横向土弹簧。单位长度沿水平横向的土压由下列公式计算：=6.579根据φ=20°，由表E.0.2选取计算的5个系数得到：==3.684==（N/m）由式（E.0.2-4）计算水平横向土弹簧的屈服位移99 GB50×××-2017，得=0.066（m）③垂直向上土弹簧。单位长度沿垂直向上的土压由下列公式计算：=7.561=0.625==（N/m）由式（E.0.2-8）计算垂直向上土弹簧的屈服位移，得=0.11（m）④垂直向下土弹簧。单位长度沿垂直向下的土压由下列公式计算：=14.8=6.4=3.0==（N/m）由式（E.0.2-12）计算垂直向下土弹簧的屈服位移=0.106（m）总结本例题三个方向土弹簧参数的确定结果如表2所示。表2三个方向土弹簧参数汇总表土弹簧参数管轴方向水平横向垂直向上垂直向下最大作用力(N/m)屈服位移（m）2）有限元方法介绍及其分析结果采用有限元方法进行通过活动断层的管道抗震计算，可以充分考虑管道在断层错动作用下的实际情况，缺点是过程比较复杂。管道在断层错动作用下材料将进入非线性状态且在断层附近管土之间会发生几何相对大变形，所以有限元方法应采用能够分析几何大变形和材料非线性的有限元解法。管道可采用梁单元、管单元或者壳单元建立有限元模型，其中梁单元和管单元模型相对简单，而壳单元模型相对复杂，但是能够更好模拟管道作为一个中空薄壳结构的实际反应情况，特别是管道受压的情况。这里以壳有限元方法为例，说明有限元分析的过程。99 GB50×××-2017根据埋地管道跨断层的抗震实验结果，管线可以分成两部分：靠近断层的管土大变形段和远离断层的管土小变形段。在断层附近，管土之间的相对位移较大，管体破坏也是发生在这一管段，但是这一段管道并不太长。远离断层的部分，管土之间的相对位移较小，管内的应变值并不大，但是比较长，比管土大变形部分长许多。因此建议建立如图11所示的壳有限元分析模型，即只需对将发生大变形的管段进行壳有限元分析。整个模型包括6种单元：分析管道的壳单元、管轴方向土弹簧单元、水平横向土弹簧单元、垂直向上土弹簧单元、垂直向下土弹簧单元和等效非线性弹簧单元。Kennedy曾经指出：在断层作用下，管土之间存在较大相对位移的范围虽然只有十几米到三十米左右，但是从断层相交处到管内应变降为零的整个受影响管段范围比较长，需要分析长度至少为300米的管道才可以满足精度的要求。如果把整个300米长的管段都用壳单元模型进行分析将耗费大量的机时。这里引进的等效非线性弹簧单元的作用是：在保证精度的情况下代替离断层较远的管道变形反应，从而可以简化有限元模型并节约分析的机时。等效非线性弹簧的外力与伸长量关系式采用式（E.0.1）计算。壳单元等效非线性弹簧等效非线性弹簧断层位错三个方向土弹簧图11壳有限元模型分析简图在对管道划分为壳单元网格建模时，应至少以两种不同的方式进行网格划分，当分析得到的结果趋于稳定时，才能够确定为有限元分析的最后结果。一般而言，沿管轴方向壳单元的长度选取为0.3倍的管径可以达到分析精度的要求。在有限元模型中输入由上文确定的三个方向土弹簧参数、管道的相关参数、断层的位错量，进行分析得到管道应变以拉伸应变为主，沿管轴方向最大的拉伸应变为16.45%，大于管道的容许拉伸应变，需要采取抗震措施。3抗震措施由于在上述情况下不能满足管道的抗震要求，需要采取抗震措施。管道的抗震措施一般包括：更改管道通过活动断层的角度、更改管道的埋设深度。1）改变管道通过活动断层的角度为70°①按本规范6.2.5推荐的方法重新计算=0.020，于是得到在断层错动作用下管道的最大应变为，大于管材的容许拉伸应变为0.02，不满足抗震要求。②按本规范第6.2.6条的有限元方法壳有限元方法得到管道应变以拉伸应变为主，管轴方向最大拉伸应变为0.0369，大于管材的容许拉伸应变为0.02，不满足抗震要求。99 GB50×××-20172）调整角度为70°后，再改变管道的埋设深度为0.9m①按本规范6.2.5推荐的方法将管道的埋设深度改为0.9m，重新计算=0.002，于是得到在断层错动作用下管道的最大应变为，小于管材的容许拉伸应变为0.02，满足抗震要求。②按本规范第6.2.6条的有限元方法管道的埋设深度更改为0.9m，需要重新计算三个方向的土弹簧参数。（a）管轴方向土弹簧单位长度沿管轴方向的摩擦力：=11784（N/m）密实干粘土的管轴方向屈服位移不变，Zu=0.008（m）（b）水平横向土弹簧单位长度沿水平横向的土压由下列公式计算：=5.707根据φ=20°，由表E.0.2选取计算的5个系数得到：==3.064==（N/m）水平横向土弹簧的屈服位移变为：，得=0.047（m）（c）垂直向上土弹簧单位长度沿垂直向上的土压由下列公式计算：=3.403=0.281==（N/m）由式（E.0.2-8）计算垂直向上土弹簧的屈服位移99 GB50×××-2017，得=0.11（m）（d）垂直向下土弹簧单位长度沿垂直向下的土压由下列公式计算：、、没有变化==（N/m）垂直向下土弹簧的屈服位移没有改变：=0.106（m）埋深更改为0.9米时，三个方向土弹簧参数汇总如表3所示。表3埋深为0.9米时三个方向土弹簧参数汇总表土弹簧参数管轴方向水平横向垂直向上垂直向下最大作用力(N/m)屈服位移（m）（e）有限元方法的结果当埋深更改为0.9米，壳有限元方法得到管道应变以拉伸应变为主，管轴方向最大拉伸应变为0.0094，小于管材的容许拉伸应变为0.02，满足抗震要求。3）结论：管道通过断层的交角调整为70度，并进行浅埋，埋设深度改为0.9米后，可满足抗震要求。6.3液化区埋地管道抗震设计6.3.1当管道穿越场地发生液化时，会使管道产生上浮反应，当管道距地表过浅或已经出露地表时，其正常使用功能就会受到影响。另外，由于管道的上浮变形，也会在管道中产生附加应力，因此要对管道的应力状态进行校核。当液化发生在倾斜坡体（坡度0.1%-6%）时，还可能产生侧向位移，所以还应考虑侧向位移引起的管道变形。轻微液化土层不会形成全层液化，不会对管道产生显著影响，因此，在管道抗震设计中不需要考虑场地轻微液化的情况。6.3.2液化场地中管道的上浮反应的影响因素很多，其中液化域的长度、初始轴向压应力、管道直径、土性以及管道埋藏深度等是主要影响因素。本规范给出的液化区管道最大上浮位移和附加应变简化计算公式，是由侯忠良、蔡建原和刘学杰等人采用FROP-2程序对180个有代表性的液化区管道参数工况进行计算分析，并以计算结果为样本进行统计回归得到的（《地下管线抗震——计算方法与工程应用》，冶金工业部建筑研究总院防灾抗震工程研究所，1991年11月）。本次修订对简化公式中的有关参数均有取值范围的限制，进行了调研、复核，除了温度应力过大的特殊情况之外，原条文中对液化域长度、温度应力和管径取值范围的其他限制可以不做要求，因此做了相应修改。在使用中应注意，式（6.3.2-1）正切函数中的变量计算结果的单位为度数；初始轴向应力为压应力是才计算，而且代入计算的是代数值，不带负号。第5款的规定主要是考虑到管线埋深一般在1.5~2.0米，以及要同时满足保温、耕作和不发生整体静力失稳的最小覆土深度（地表至管道距离一般不小于0.65米）等要求确定的。6.3.3液化引起的侧向位移与位移的范围、大小、方向都有关，一般采用有限元模拟计算。有限元模拟计算和结果验算可以参照第6.2.6条的规定执行。99 GB50×××-20176.4震陷区埋地管道抗震设计6.4.1管道在砂土液化和软土震陷等因素导致的场地竖向沉陷作用下的抗震设计可按本节通过计算场地中管道的附加弯曲应变反应对管道的抗沉陷能力进行校核。6.4.2震陷位移对管道的影响研究相对较少，还没有简便实用的计算方法。本规范给出的计算公式主要参考了日本学者高田至郎的实验研究成果（侯忠良主编，地下管线抗震，学术书刊出版社，1990）。计算公式中场地土的弹簧常数对管道抵抗震陷能力的影响很大，由于土参数的离散性非常大，对于具体工程场地，需进行场地土样实验以尽可能准确地取得所需参数。6.4.3按本标准第6.3.2的规定校核管道的抗沉陷能力，若不满足要求，应采取抗沉陷措施。6.5管道穿越工程抗震设计6.5.1本条对穿越管道设防提出要求。穿越水域（河、湖、沟、渠）的管道埋设方式有直埋式（含挖沟埋设与定向钻）和洞埋式（含涵洞与隧道等）。只有当地震动峰值加速度大于或等于0.1g（即过去规范中地震烈度在Ⅶ度及Ⅶ度以上）的地区，大中型穿越管道应进行抗拉伸与抗压缩校核。对于小型的穿越管道，由于其破坏性较小，较易于抢修，因此可按一般埋地管道要求进行抗震设计，即当地震动峰值加速度大于或等于0.2g地区才需要抗震校核。穿越公路铁路的管段，可参照考虑。6.5.2直埋式穿越管段是受管周土壤约束的，如同埋地管道一样，允许管道在地震时出现塑性变形，但不得超过极限允许的变形。实际上由于应变的自限性，也不可能无限变形，保证管道有足够延性就可安全运行，应采用应变准则。因此，本条规定按埋地管道的规定进行应变组合。在穿越管段设计中，多数采用了弹性敷设方式，因而增加了弹性弯曲应变，这点不同于埋地的直管段，故本条规定应变组合应计入弹性弯曲应变。标准正文中式（6.5.2）是根据弹性敷设产生的弯曲应力推演出的应变值，钢管弹性弯曲产生的应力为：（39）由引起的弹性应变为：（40）6.5.3直埋式穿越管段如同埋地管道，因此本条规定其容许应变值按埋地管道取用，见标准正文的6.1.3。6.5.4洞埋式穿越管段在大洞内（如隧道）往往设有支墩将管段架空支于其上，有时将管段搁置于洞中的底板上，有时会覆土埋设。因此应根据实际情况进行抗震计算。本条规定了在有支墩架空的穿越管道按梁式跨越管桥计算，搁置于洞底板上的穿越管段按地面敷管进行抗震计算，覆土埋设按埋设进行抗震计算。对于带支撑块管道可视为地面敷设。地面及地上管道的地震响应表现为荷载控制，应采用应力准则。6.5.5本条规定了洞埋式穿越管段所承受的各种荷载产生的各项应力，要分别进行叠加组合计算。需要指出的是，地震动峰值加速度随地面下的深度渐减。前苏联《地震区建筑法规》СНиПⅡ-7-81中规定，地面下100m深处设计地震加速度可取为地面的50%；印度《结构抗震设计规范》IS:1893-1984规定，地面下30m深处设计地震加速度可减少50%；日本冈本舜三教授建议在地下几十米深处的设计地震加速度可取为地面的1/2～1/3。因此在计算洞埋式管道地震作用时，地震动峰值加速度可根据深度适当折减，建议50m深处取50%，以上按内插法取用。99 GB50×××-2017按照国家现行标准《输气管道工程设计规范》GB50251与《输油管道工程设计规范》GB50253，埋地管道允许产生延性变形，用第三强度理论核算当量应力。而洞埋式穿越管道不允许发生过大变形，因此采用第四强度理论核算当量应力。架空管道采用梁式跨越来计算，存在剪切应力，所以在组合中增加剪应力。组合应力的容许应力系数，对于基本地震动作用组合，参照ASMEB31.4的偶然组合容许应力系数，即0.8；对于罕遇地震动作用组合，则取1.0。6.5.6洞埋式管段由于温度升高（例如加热输送的原油管道）会使管道轴向受压，造成穿越管道可能的轴向失稳。在地震作用于管道产生压缩时，考虑其为短暂的、偶发的，允许管道处于临界失稳状态，因此本条规定按临界轴向失稳的压力除以管截面积作为容许的压应力。在使用《输油管道工程设计规范》GB50253附录K的计算式时，注意去除土壤的约束作用，如压重。6.5.7本条规定了穿越工程结构抗震设计的基本要求。结构抗震设计包括抗震计算和采取的抗震措施。参考公路、铁路行业抗震设计标准，规定了基本地震动峰值加速度大于或等于0.1g时才进行地震作用计算。穿跨越工程结构的抗震设计的范围包括：水域隧道的顶管结构和盾构结构、水下钻爆隧道平巷和斜巷衬砌结构、竖井结构；河流岸坡结构；山岭隧道洞口段、浅埋段、偏压段、深埋段内软弱围岩段和断层破碎带等地段的衬砌结构，洞门墙和洞门挡土墙（翼墙）、洞口边坡和仰坡；隧道或竖井内的管道支墩或支架；固定墩等。6.5.9本条的“地震作用”指的是“基本地震动”的地震作用。1“隧道”一词指的是顶管、盾构、钻爆隧道衬砌等结构。矩形竖井、管道支墩等单轴对称结构两个方向的刚度和抗力是不一样的，因此需要计算两个主轴水平方向上的地震作用。当地质条件沿隧道轴向变化较大、软硬不均或遇有液化地层时，地震作用引起的隧道纵向拉压应力和挠曲应力可能会成为结构受力的主要因素，尤其是盾构结构的纵向连接螺栓应能承受地震产生的拉力，故需要分析地震对隧道轴向的影响。震害实例（如1985年墨西哥米却肯M8.1级地震、1995年日本兵库县南部M7.2级地震）表明，顶管、盾构结构的震害还表现为竖井与隧道的变位不协调，从而导致水的渗漏、环向接头损坏和构件端部破坏，因此要求穿越场地基本地震动峰值加速度大于或等于0.2g时，验算竖井与隧道交界处的变形影响。2目前铁路和公路行业的隧道工程均采用静力法计算地震作用，按照该法设计与宏观震害调查结果接近且计算简便，所以建议采用静力法计算地震作用，具体算法可参照国家现行标准《铁路工程抗震设计规范》GB50111；另外国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB50011和《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB50909均推荐采用反应位移法计算，《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB50909中详细规定了计算方法，故也将此计算方法列入，计算时可借鉴上述规范。3考虑目前设计的管道支墩多采用凹型顶面或采用管箍将管道置于管道支墩上，所以在横向考虑为无滑移，而在纵向，管箍箍紧程度对管道滑移有很大影响，箍紧情况下，管道等恒荷载引起的地震作用全部作用于支墩顶面，未箍紧时，墩顶所受地震作用则为管道等永久荷载产生的摩擦力，所以应区分不同的受力情况进行设计。4结构设计中采用计算机分析日趋普遍，无论采用什么样的商业或自编的电算软件都应该保证其计算的可靠性，并且还需要对每一项电算结果做必要的判断和校核，这样才能保证工程安全和符合相关国家标准，故提出本条。6.5.10本条对管道穿越工程结构在基本地震动作用下的荷载组合和抗震验算作了规定。1本款对基本地震动作用下的结构抗震承载能力验算作了规定。2）地震作用重要性系数铁路、公路两个行业抗震标准不一致。为避免混淆，特规定地震作用重要性系数的取值。3）“永久作用”99 GB50×××-2017包括的内容见《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2013；分项系数来源见《构筑物抗震设计规范》GB50191-2012。公式6.5.4-1中仅列出了水平地震作用与永久作用的组合，如需要考虑竖向地震作用，其组合可按照《构筑物抗震设计规范》GB50191-2012的规定计算。4）本款来自于《构筑物抗震设计规范》GB50191-2012。对支架柱、支墩，没有考虑轴压比范围，偏于安全的将承载力抗震调整系数统一取为0.80；隧道衬砌的受力状态为“偏压”，所以参考抗震墙，将承载力抗震调整系数设定为0.85。2不被水或土充填的顶管、盾构隧道，为了维持检修通道功能，应防止地震作用导致的变形过大而大量进水，具体可参照《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB50032的规定来验算无填充的顶管结构、盾构结构的抗震变位验算。6.6管道跨越工程抗震设计6.6.1本条是对跨越管道抗震设计的基本要求。2008版本采用现行建、构筑物抗震设计规范，规定起始设防烈度Ⅵ度的地震动峰值加速度为0.05g。对于地震动峰值加速度等于0.05g（Ⅵ度）的地区，可不计算地震作用。但是现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306中最小的地震动峰值加速度为0.1g，故为了与现行标准一致，将原来规定的0.05g修订为0.1g。6.6.2油气管道跨越工程大多为柔性结构，抗震性能较好，考虑其重要性，但又不增加过多投资，对一般区段的管道跨越工程可不提高地震动参数等级。大型跨越工程因地震作用破坏产生次生灾害的危害性较大，故参照乙类构筑物进行抗震设计，按提高一个地震动参数等级采取抗震措施也是必要的；但当场地地震动峰值加速度等于0.4g时，地震反应增幅较大，可适当提高抗震措施。对重要区段的管道跨越工程，特别是大型跨越工程遭遇地震作用破坏时可能产生严重的次生灾害，影响较大且修复困难，为确保发生地震时油气管道跨越工程的安全，应按批准的地震安全性评价结果进行抗震设计。为便于在工程中的应用，将地震动峰值加速度值与抗震设防烈度的对应关系列表如下：表4地震动峰值加速度值与抗震设防烈度的对应关系表地震动峰值加速度（g）0.050.10(0.15)0.20(0.30)0.40抗震设防烈度ⅥⅦⅧⅨ管道跨越工程结构体系的选择应考虑多方面因素，综合比较后确定。6.6.3本条是跨越管道抗震计算应符合的一般规定：1通过对跨越结构的抗震性能的研究，以及借鉴国内外大跨度桥梁抗震性能的研究成果，对于几何非线性效应明显的跨越结构如悬索、斜拉索结构，应采用考虑几何非线性效应的计算分析模型。2非结构构件、介质的附加质量对跨越结构的自振周期与模态的影响较大，从而影响跨越结构的地震效应，为了更合理的反映结构的地震特性，应考虑附加质量的作用。3跨越结构的抗震性能研究表明，大跨度跨越结构在竖向地震动作用下的位移反应和内力反应几乎与横向地震动作用下的反应在同一个数量级上。对地震动峰值加速度小于或等于0.2g的地区，小型跨越结构以横向地震作用的影响为主，计算地震作用时可不计算竖向和纵向地震作用。4对小型跨越工程，管道可作为跨越结构的受力构件，在地震作用下，应对跨越结构整体进行内力计算。5对大中型跨越工程，或当管道工作压力较高时，为确保油气输送管道的安全，跨越结构仅作为管道的支承结构，管道由多个支座支承在其上，管道一般由管卡限位，考虑温度作用，管道在纵向可滑动。因此在地震作用下，管道可视为支承在支座上的多跨连续梁，在横向、竖向地震作用下，管道与支座之间可视为无滑移；在纵向地震作用下，宜考虑管道在支座上纵向滑移的影响。99 GB50×××-20176计算机技术发展很快，对推动跨越结构工程技术的发展起了很重要的作用。在用计算机进行跨越结构抗震计算时，合理的计算模型和边界条件非常重要，对计算结果也应进行分析、判断，对此应予以高度重视。6.6.4各类跨越结构的抗震计算，根据工程建设的规模以及跨越结构的特性，提出了可以采用简化方法、反应谱振型分解法以及时程分析法来计算与分析。采用时程分析法时，宜按场地类别和跨越结构的基本自振周期所处的频段选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线。对复杂的大型跨越结构，合理的选择地震动参数十分重要，应能使结构的反应在这样的地震动作用下处于最不利的状况。6.6.5参照现行建、构筑物抗震设计规范的要求，并根据油气管道跨越工程的特殊性，计算地震作用时，给出了重力荷载代表值中可变荷载的组合值系数，按表6.6.5采用。6.6.6跨越结构构件的地震作用组合，是一个较复杂的问题。本条文根据现行建、构筑物抗震设计规范，给出了地震作用效应和其它荷载效应的组合表达式。所谓的风荷载起控制作用，指风荷载引起的内力与地震作用引起的内力相当的情况。风荷载组合值系数的取值根据经验并参照现行建、构筑物抗震设计规范制定的。6.6.7采用抗震调整系数对结构构件的承载能力进行调整，主要考虑跨越结构承受的地震作用是短暂的、瞬时的，跨越结构承载力可以适当放大。系数的取值是参照现行建、构筑物抗震设计规范制定的。6.6.9本条写法上参照了《构筑物抗震设计规范》GB50191第5.5.1条及《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01第3.1.1及3.1.2条规定，《构筑物抗震设计规范》GB50191中规定8度及以上的比较特殊的结构筑物应进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算；《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01规定除了三、四级公路的中小型桥梁外均进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。根据管道跨越的特点，中型跨越对于主跨的规定为50m以上的跨越，中型以上的跨越采用悬索或斜拉索等柔性结构的比较多，桥面结构、索系或塔架倒塌之后，管道将随之破坏，故对高地震烈度区的中型以上跨越和大型跨越工程规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。6.6.10《铁路工程抗震设计规范》GB50111中规定的桥梁均是梁式桥梁，此规范中没有悬索或斜拉索等桥梁的抗震分析方法，对于管道桁架、托架等刚性跨越，其抗震验算原理与其相似，故对于此类跨越，按照《铁路工程抗震设计规范》GB50111中规定的要求进行核算即可。6.6.11本条规定了悬索、斜拉索、悬缆等柔性跨越结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算要求。1《公路工程抗震设计规范》JTGB02和《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01中对桥梁的墩柱有明确的抗剪强度验算和顶部位移和转角的变形验算，故墩柱的塑性变形能力和抗剪验算按照上述规范进行验算即可。2《公路工程抗震设计规范》JTGB02和《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01对于主缆，只说了在罕遇地震作用下不发生损伤，塔架、主梁和基础只说了在罕遇地震作用下可发生可修复的损伤。《公路悬索桥设计规范》JTG/TD65-05中规定在罕遇地震作用下索塔截面弯矩应小于等效抗弯屈服弯矩，塔架、主梁和基础应整体保持弹性。3风索主索及风索拉索是管道悬索跨越特有的结构，由于管道桥面结构往往只作为检修通道，故其截面一般较小，提供的刚度较小，风索系统破坏之后，在罕遇地震作用下，桥面结构可能产生大变形，可导致管道破坏，故在罕遇地震作用下，风索系统也是不能完全破坏的，需要按与主索及吊索同样的水准去进行验算。99 GB50×××-20177管道的抗震措施7.1通用抗震措施7.1.1合理的抗震措施有利于增强管道抵抗地震动或地表位移的能力。根据抗震措施效果不同，可将抗震措施分为降低计算应变的措施、提高容许应变的措施或者是既降低计算应变，又提高容许应变的措施。一般来说，采用降低计算应变的措施效果好，成本低，所以首先要考虑这类措施。确实难以满足验算要求时，可以提高壁厚或采用大应变钢管，这类措施既降低计算应变，又提高容许应变，效果好，但是成本相对较高。7.1.2在地表位移作用下，管道的变形容易集中在弯管、三通、阀门、固定墩等部件，所以不宜设置这些部件。但是由于地形限制或为了补偿地表变形，需要在变形段的两侧设置弯头时，为了降低变形集中程度，宜适当加大弯管的曲率半径。规定6D弯曲半径可改善弯头的受力。7.1.3为避免管道嵌固在墙或基础中，特制定本条规定。执行时，对于整体模筑结构可预留孔洞，对于散体砌筑结构可增加套管，最后再使用沥青麻丝填塞。7.1.4为了防止管道因断层错动或强地震发生事故时，可能对城市与环境产生次生灾害，特制定本条措施。7.1.5本条是根据美国阿拉斯加管道与我国冀宁管道、中缅管道的抗震措施提出的，执行时可依据现有条件决定。7.1.6为保证焊口满足强度、韧性、变形的要求，本条规定了焊口采用100%射线检测及达到的标准要求。7.2专项抗震措施7.2.1本条规定了通过活动断裂带管道常采取的抗震措施。1正确选择管道穿越活动断层的位置：在同一条断裂带上，活动断层位移的大小和断裂带宽度并不一样。在确定管道穿越活动断层的位置时，应根据历史记载，尽可能查找断层位移和断裂宽度最小的地方埋设管道。2正确选择管道与断裂带错动方向的角度：采用适当的斜角相交可以最大限度避免管道在断裂带错动时产生压屈破坏。3在管道通过断裂带附近采取较为宽松的管沟和疏松质的填土，有利于断层错动时管道的自由位移，从而改善管道的受力状态。4固定墩在嵌固管道后，会使管道失去变形能力，因此本条规定固定墩设置在管道滑动长度之外。5浅埋：管道适应断层运动的能力和埋深成反比。埋深越浅，作用于管子上的土压力产生纵向摩擦力越小，管子在地震时，就容易变形，免遭破坏。埋深1m的管子为埋深3m管子的抵抗断层运动能力的3.0倍左右。因此，在断层区管子覆盖层的厚度最好不超过1.0m。对于预期在地震中，会产生很大位移的断层，则宜将该部分埋地管道改为地面敷设或地上铺设，并且使管子在地震时，能自由地做横向和纵向运动以及离开支座向上升起。6通过断层段管道一般要求采用应变设计，而应变设计的能力与焊缝的缺陷直接相关，为了保证实施的效果满足设计要求的缺陷尺寸，要求进行超声波检测，以便确定缺陷的位置和尺寸。7.2.2由于地震时基土的液化会造成管道上浮失稳，故制定本措施来防止事故发生。衬铺压土管沟即在管道下沟后管沟回填前，衬铺一层透水、耐久的布质材料，如土工布等，以形成一种经济有效的压重措施。99 GB50×××-2017土工布等透水耐久布质材料图10衬铺压土管沟示意图长距离敷设在液化区内的管道，为节省处理费用、保证管道不失稳而制定，中国地震局工程力学研究所林均岐、李祚华采用数值模拟分析方法对场地土液化引起的地下管线的上浮反应特性进行了研究，得到的研究结果表明：当液化区长度小于40米时，管线上浮反应很小。因此，对于较长的液化区，可以采用分段处理的方法减小液化区的长度，这样既可以保证管道不失稳，又可以节省处理费用。7.2.3本条是结合美国阿拉斯加输油管道抗震措施，并经2002年11月阿拉斯加7.9级大地震考验，证明实用有效而制定的。由于国情不同，我国不可能都施行地面敷设或架空敷设，故提出有条件时采用。7.2.4由于各种客观环境条件，管道又必须在局部边坡非稳定区段通过，特制定本条措施，防止发生滑坡造成管道断裂。如有条件，管道应尽量绕避滑坡或在滑坡范围上端以外通过。7.2.5穿越管段应尽可能采用弹性埋地敷设，若埋深与两侧场地限制采用了弯头埋地敷设，为保安全提出本条规定。7.2.6～7.2.7洞埋式管道为防止因地震造成管段滑落损坏，或变位移动受限而致受损，制定这两条措施，设计时应注意。7.2.8本条是从抗震角度对穿跨越结构材料选用提出的基本要求：1对混凝土强度等级的要求。过低，强度不足；过高，脆性增加。2~3对结构用钢的要求，应保证抗拉强度、屈服强度、冲击韧性合格及硫、磷、碳含量的限值，Q235A、Q345A不保证冲击韧性和延性的基本要求，故不宜采用。钢材抗拉强度是决定结构安全储备的关键，伸长率反映钢材承受残余变形及塑性变形的能力，钢材的屈服强度不宜过高，并应有明显的屈服台阶，伸长率应大于20%，以保证构件具有足够的塑性变形的能力。5采用混凝土结构的盾构和顶管其强度等级目前为C50左右，因此不再提出盾构和顶管的材料最低要求。7.2.9本条从抗震角度对穿跨越地基提出了要求。3《构筑物抗震设计规范》GB50191-2012规定乙类构筑物与发震断裂的距离8、9度时分别不宜小于200m、400m，目前隧道结构一般为混凝土结构，原则上应该符合该规定。考虑到管道穿越工程的隧道截面较小、洞门洞口段抗震措施较强、管道在洞口处一般埋地敷设等有利因素，对该距离不分设防烈度适当减小，不宜小于200m。7.2.10本条仅列出了隧道主要抗震措施，细部抗震构造措施执行国内现行的标准、规范。1本款所列的不良地质现象地震时可能会长生严重灾害，导致隧道洞口受损甚至破坏，难以修复，所以应尽量避免。3带仰拱的曲墙式衬砌断面抗震能力强，有明确的地震作用传递路线，易形成地震能量耗散部位，所以隧道在抗震设计范围内尽量采用，尤其是洞口、浅埋和偏压地段。6衬砌背后存在空洞与衬砌计算模型不符，可导致衬砌受力不均、恶化受力条件，地震时易于降低抗震能力，严重时会丧失承载力而破坏。7.2.1199 GB50×××-2017本条仅列出了顶管、盾构的原则性抗震措施，目的是保证顶管、盾构隧道抗震的整体性、安全性，并具有良好的变形能力。4研究表明，对隧道周围的土层进行注浆处理可以提高隧道周围土体的刚度和与隧道的协同工作能力，有利于隧道抗震能力的提高，因此写入。7.2.12本条规定了管道支墩或支架、锚固墩限制侧移、主体配筋、埋件锚固等措施要求。1回填土对保证管道支墩、锚固墩地震时的整体稳定、限制位移尤为重要，因此提出要求。同时更需注意的是满足本规范第7.3.4条规定的地基抗震措施，要避免将管道支墩、锚固墩设置在震陷或液化土层上，保证抗震的地基稳定。2由于管道支墩高度较小，所以管道支墩刚度较大，承受地震作用引起的剪力相对较大。为使管道支墩的抗剪能力有较大的安全储备，混凝土延性得以提高，故规定了最大箍筋间距。为防止锚固墩地震时可能产生局部的应力集中导致混凝土破坏，同时也考虑其耐久性，因此建议表面配置构造钢筋。5防止管道滑落的措施主要是将管道支墩或支架顶面设计成阻止管道滑落的凹面、设置侧向挡滑块或管卡等。7.2.13本条规定了跨越结构的措施要求。1本款是防止地震发生时结构从支承的墩台上、管道从支承结构上滑落的措施。其他附属于跨越结构上的非结构构件，如栏杆、桥面板等也应与主体结构有可靠的连接。2位于软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀地层上的刚性跨越结构（如梁、桁架等），若采用高次超静定结构，当其支座发生不均匀沉降时，结构将产生较大的附加应力。3管道跨越结构的管道或支承结构与支墩之间设置隔震部件，如橡胶垫或其他弹性衬垫可减少结构的地震反应。由于管道的隔震是油气管道跨越工程减轻地震灾害的新技术，经验不多，在管道或桁架、塔架等支承结构与支墩之间设置隔震部件时，应慎重对待，取得可靠的设计参数后进行设计。隔震部件在使用过程中需要检查和维护，因此其安装位置应便于维护人员操作。7.2.14跨越结构的管道在出入锚固墩部位，发生地震时是应力集中处，因此宜局部加强或采用柔性连接。99 GB50×××-20178管道抗震施工管道工程抗震施工涉及多方面内容，其基础工作应在《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369、《钢质管道焊接及验收》SY/T4103、《石油天然气钢质管道无损检测》SY/T4109及国家有关建筑施工验收规范的基础上，遵循有关抗震的专项规定。8.1一般规定8.1.1本条强调管道线路工程抗震施工遵循的施工验收规范和特殊要求。8.1.2本条是依据多年来施工管理和变更管理提出的，是施工管理的通用要求。管道抗震必须强调以本规范为依据，并按照批准后的抗震设计文件进行施工和验收，不得擅自更改。当对管道抗震措施必须变更时，必须征得原抗震设计部门的同意，并出具设计更改文件。8.1.3强调用有抗震内容的施工组织设计来指导抗震工作的实施。8.1.4在管道工程设计交底及图纸会审工作中强调对有关抗震施工部分进行专项交底，要防止此方面的疏漏。根据以往施工经验提出施工准备的基本要求，强调对有关抗震施工部分进行专项交底和对施工人员的专项作业培训，有利于掌握技术和质量要求。8.2材料检查与验收8.2.1本条强调管道抗震工程施工所采用的管材、管件等材料的材质、规格必须符合设计要求，其质量应符合国家或行业现行有关标准的规定。例如钢管标准、管件标准和焊接材料标准等。8.2.2本条是对抗震材料的代用的严格规定，是保证施工质量的最基本的程序和措施。8.3管道的焊接安装与试压8.3.1与一般地区的管道焊接施工比较，抗震管道使用的钢材等级、焊接材料、焊接方法有其特殊性。因此，应针对其特殊性制定专项焊接方法和工艺要求，是保证抗震管道焊接质量的基础条件。8.3.2对抗震施工区域内管道安装限定连头短管的长度，有利于减少焊口，故做此规定。8.3.3本条焊是根据近年来建设的多项重点管道工程工程实践基础上提出的，增加无损检测的比率，有利于焊口焊接质量更可靠。全自动超声波检测在西气东输自动焊的管段中得到了广泛应用，其可靠性得到了证实。II级标准稍微严于美国API1104标准的要求，可以满足抗震要求。8.3.4“割口重焊”涉及到材料和管件的损失，“返修”涉及到材质的变化，两者应兼顾。在管件价格高，订货少，没有备用件时，焊缝返修次数经业主同意可适当放宽。8.3.5目前管线试压最高压力依据设计规范规定，试验压力应使该试验段最低点的管道环向应力不超过相应钢级规定的屈服强度的95%。99 GB50×××-20178.4埋地管道抗震施工8.4.1砂土回填时，可保证缝隙填满，减少抗震管道的附加应力，提高地震时的安全性。8.4.2本条依据《建筑边坡工程技术规范》GB50330等相关规范的规定对滑坡地段的施工及验收做出要求。8.4.3本条依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79的规定对液化层地段的施工及验收做出要求。8.4.4对管道通过活断层的施工及验收的要求。8.4.5依据有关设计标准（例如，GB-50253），对管线上弯头、冷弯管、弹性敷设、固定墩、截水墙穿管，以及水工保护构筑物的安装施工提出检查要求。8.5穿跨越管道抗震施工8.5.1本条对抗震段穿越管道施工强调了管沟开挖、回填、套管穿越、绝缘性能检查验收以及开挖管沟和管道穿越后的特殊检查要求。8.5.2本条对抗震段跨越管道工程的隔震部件、柔性连接部件、基础施工、钢结构预制和安装、管道安装，以及防腐绝缘制定了要求，可以有效控制抗震段跨越管道工程的质量要素。99 GB50×××-20179管道工程抗震交工9.0.1本条说明施工单位应按照合同规定完成工程项目后，进行自检，并参加由建设单位组织检查和验收，按照合同向建设单位办理交接手续。9.0.2本条提出编制交工技术资料的依据。9.0.3根据《中华人民共和国防震减灾法》和石油天然气管道竣工验收的有关规定，应对管道工程场地地震安全性评价结果进行验收。建设单位应组织有关专家对管道工程地震地质安全性评价结果进行验收，主要考虑到评价结果应符合委托同规定要求，对是否符合《工程场地地震安全性评价》（GB17741）工作要求进行确认。本条规定了管道线路工程场地地震安全性评价的验收资料应包括的内容，要求给出这些内容的目的是为下一步的地质勘察和选线提供依据，为管线初步设计文件中明确采用的抗震设防标准和明确采取的抗震措施提供基础依据，为确定施工图设中的抗震验算提准确的计算参数。9.0.4本条规定了抗震施工验收记录应包括的内容。因为，目前国内用于长输油气管道施工的的有关抗震施工和验收用表还不太完善，施工经验不足，考虑到在工程实施过程中可能遇到对有关抗震专项施工记录和有关数据的填报问题，本条统一规定了记录表格的形式和内容，以便于施工时统一使用。99'