城市管线破坏及对策分析

城市管线工程是生命线工程的重要组成部分，犹如人的经脉血管，一旦遭到破坏，会给人的正常生活造成极大不便，甚至会引发严重的次生灾害，严重威胁人民生命财产的安全。

在阪神大地震中，阪神供水局给水总管与配水管道共毁坏120处，破损率约为0.74处/km，其他受灾统计状况如表5.3所示。许多管线破坏发生在沿河软弱地基中。震后总结分析知，大部分管线破坏发生在直径相对较小的铸铁管中，并多系接头部分发生破坏，且大部分破损的接头是陈旧的铅制机械接头。神户市、西宫市等9市主干供水管发生1610处破坏，迫使110万用户断水，断水率达80%。一周后，供水系统仅修复1/3，全部修复工作持续了两个半月。供气系统也遭到严重破坏，主干供气线路破坏了5190处，其中，中压线路破坏了109处，85.7万用户被中断供气，修复工作持续了3个月。地下管道与建筑物的严重破坏，导致通信系统的严重破坏。据震后统计，仅神户市就有3170条专用通信线路遭到破坏。以神户市为中心的兵库县南部地区19.7%的通信线路因交换机发生异常和通信线路的破坏而中断，一批通信设施遭到破坏，其中一些通信大楼因处于危险状态而被迫停止业务。

表5.3　阪神大地震受灾统计状况

从以上数据可以看出，在自然灾害中，强烈地震是对生命线工程威胁最大的灾害。在一些场合，甚至在仅有部分结构发生轻度或中等程度的破坏时，整个生命线工程系统的功能也会受到大幅度削弱。所以城市生命线系统的防灾应包括两方面内容：在自然灾害和人为灾害面前，保障生命线系统的正常运作，尽量减少灾害损失，给救灾工作提供基础保证；尽量避免在灾害发生时，由于生命线系统的不安全因素而引起次生灾害。而针对不同的生命线系统，从防灾角度应采取不同的措施。

在神户淡路大地震中，神户、大阪两大都市的水、电、煤气、电话全部中断，煤气管网和电缆线的破坏引起的火灾，因供水管网的破坏无法供水救火，造成了巨大的损失。阪神地震发生2h后，西宫车站因断水而导致大便得不到冲洗，厕所臭气熏天，无法使用。因此必须重视管线工程的抗震防灾问题。

现代城市中地下管线多敷设于公路下，一旦发生破坏，必将影响正常的交通。图5.31是2005年5月22日北京海淀区北沙滩桥下地下管线爆裂，路面被强水柱冲的凸起变形，造成此路段暂且无法使用。

图5.31　北沙滩管道爆裂影响交通

地下管线的拉伸破坏（图5.32）的震害概要：

地下管线的一部分暴露于土外，并且被拉断，周围出现砂土液化现象。

考查要点：记录管线的破坏情况，土体的坍陷位置与范围，拍摄管线破坏及周围土体塌陷状况的照片，为进一步详细判别提供依据。

破坏机理：淡路岛为人工填筑岛，强震在短时间内造成了砂土液化，管线周围土体的塌陷，从而造成地下管线的破坏，如图5.32所示。

图5.32　地下管线的拉伸破坏

对策例：对埋于软弱土层的管线应放置柔性接头，增加抵御大变形的能力。

地下管线人孔与周围道路的破坏（图5.33）的震害概要：

图5.33　地下管线人孔与周围道路的破坏

道路破坏严重，各处沉降不均。人孔附近尤其严重。据震后调查资料表明，阪神供水局给水总管与配水管道共毁坏120处，破损率约为0.74处/km。许多管线破坏发生在沿河软弱地基中。震后总结分析可知，大部分管线破坏发生在直径相对较小的铸铁管中，并多系接头部分发生破坏。考查要点：测量路面的破坏范围，检查竖直井的破坏情况。

破坏机理：原因可能是地震力作用下地下土体液化或施工时路基夯实不严，有人孔处可能重新开挖过，在地震力作用下，路面产生不均匀沉降等。

对策例：修路时应注意路基的夯实情况；做好规划，尽量一次性铺设完全部管线，避免道路的重复开挖，必要时采取相应的工程措施。如果重新开挖，填埋后注意夯实路基，同时要注意加固路基与人孔的连接。

地下管线人孔上浮（图5.34）的震害概要：

在地震力作用下，地下土体各部分受力不均，地下管线遭到严重破坏，路面开裂。人孔产生上浮现象，人孔周围路面开裂更为严重。

考查要点：测量路面开裂、人孔上浮路段与未破坏路段之间的高差，记录破坏路段的长度及位置。

破坏机理：在地震力作用下，地下土体受力不均，引起路面的开裂，人孔自重较轻，出现上浮现象，加大了开裂的程度。

图5.34　地下管线人孔上浮

对策例：尽量采用城市综合管廊来敷设管线，用这种方法来取代较传统的将管线直接埋入地下的方法，可以避免重复开挖，同时便于管线维护。

管线被剪断（图5.35）的震害概要：

由于地表的破坏错动产生土体的沉降不均现象，使埋设于此处的管线与输电线被剪断。

考查要点：检查周围土体的破坏情况，管线的破坏数目，以及了解本段管线破坏对周围管线的影响。

破坏机理：由于地表的破坏错动，使输电管线被切断。

对策例：在选择管线敷设路线时，应注意所选线路的工程地质条件；注意在管线接头处应尽量采用柔性连接来增加管线的抗震性能；另外管线的敷设最好采用抗震性能较好的综合管廊的形式。

图5.35　管线被剪断

图5.36　冷却塔的破坏

冷却塔的破坏（图5.36）的震害概要：(www.xing528.com)

在地震力的作用下，由于塔架的破坏导致了冷却塔的倾覆。冷却塔完全倒向地面。

考查要点：检查冷却塔破坏的首要原因，对管线的影响，以及周围管线的破坏情况。

破坏机理：由于塔架部件强度不够，头重脚轻，抗扭强度不够造成塔架的破坏，从而造成冷却塔的倾覆。

对策例：加强塔架的抗震设计，如增加塔架的强度，在原有塔架上增加钢板来提高抗扭性能等。

柱中管线的破坏（图5.37）的震害概要：

管线埋设于柱中，节省空间，但大大降低了柱子的有效承载面积。在地震中柱子很容易丧失承载力而告破坏，如图，柱子从中间折断，钢筋外突，埋于其中的管线也被扯裂破坏。

考查要点：统计内埋管线的柱子的破坏数量，附近居民楼的受影响情况。

图5.37　柱中管线的破坏

破坏机理：柱子内埋设管线（供水、排水、电、煤气、电话）等，虽然节省了空间，但大大降低了柱子的有效承重截面积，造成破坏。

对策例：在设计阶段应做好抗震设计工作，另外建议管线不要埋设于柱内，采取有效合理的埋设方式，或至少应增加柱子的横截面积。

图5.38　电线杆的破坏

电线杆的破坏（图5.38）的震害概要：

紧靠路边的房屋与院墙倒塌，砸向路边的电线杆，因为是木结构房屋，压力不是特别大，导致电线杆倾斜而未完全倒掉，但扯断了电线。正是由于电线杆的支撑，使许多房屋避免了彻底的倒塌被夷为平地的厄运，使房屋中的人得以有机会逃生。

考查要点：检查房屋的破坏情况，电线所在线路的破坏情况，并作记录。

破坏机理：由于地震力的作用，抗震性能差的房屋倒塌，压向路边电线杆，导致电缆线的断裂。

对策例：增加周边房屋的抗震性能，如砌体墙壁应采取措施减少对主体结构不利影响，并设置拉结筋、水平细梁、圈梁、构造柱等与主体结构可靠连接。

输电线路的破坏（图5.39）的震害概要：

图5.39　输电线路的破坏

在地震后，有相当一部分电缆线遭到破坏。电缆线被扯断，电线杆被压倒。在阪神地震中，有100万用户断电，修复工作持续6d。电力系统的破坏主要集中在275k V变电站和77k V变电站（共48处），直接经济损失达550亿日元。配电线路损坏446个回路，损失达960亿日元。火力发电厂有10处破坏，损失额达350亿日元。

考查要点：统计破坏线路，被破坏的电站、发电厂等，以及对居民生活造成的影响。

破坏机理：破坏原因有以下几种：由于地震作用力导致电缆支架的破坏，从而引起电缆的破坏；周围房屋等建筑物倒塌导致电缆支架的破坏；地震力作用下，电缆线被拉断；地下电缆线由于周围土体的破坏而造成的破坏。

对策例：加强电厂、变电站的抗震能力，做好电力系统的应急预案，提高灾后供电系统的恢复能力。

结合以上阪神地震中生命线破坏的照片分析，管线的破坏原因有以下3类：①管线的破坏原因首先是管道自身的性质引起的，包括材料、管径、接头处焊缝、干管与支管的连接处等；②除管道自身性质外，地震引起的地下管道破坏的原因可分为两类：由周围场地破坏造成的破坏，强烈地震波传播造成的破坏；③在土中约束很好的地下管道对地震位移非常敏感，场地破坏有：大地的构造性运动（如断层、地壳构造性上升或下沉）、砂土液化、土的侧向移位、土体被震密及地裂缝。管道对地震的反应及其破坏特点取决于管道走向与地震波传播方向的夹角。当管道走向与地震作用方向吻合的情况下损坏最大（首先是地下管道破坏）。当地下管道纵轴（甚至大口径）与地震作用方向垂直时，损坏是不明显的。

地下管道通常由管段和管道附件（弯头、三通和阀门等）组成。地震时一般有3种基本破坏类型：①管道接口破坏；②管段破坏；③管道附件与其他地下结构连接的破坏。其中一般以管道接口或接头破坏居多。地上管道最常见的破坏是混凝土支架破坏，出现管道从管架上滑落的情况，这种损坏一般是最严重的，修复需要很长时间。地上管网的破坏因素包括：支承管道支架的过大变形而造成的管道破坏，如管道直接放置在房屋墙壁上，因墙体倒塌造成的管道破坏即属此类；管道与管道支架连接不牢造成的管道破坏。

结合以上破坏原因，总结管线防灾对策如下：

（1）从管线材料及连接形式上考虑，管线材料应尽量选用抗震性能好的材料，如钢管和塑料管，而应淘汰掉易破坏的铸铁管等；在接口连接处应采用柔性接头。

（2）从管道敷设选址角度来看，应尽量避免选择湿软地基，应选择坚硬地段，如果不得不选择此类地基，在施工时应进行处理。

（3）从敷设方式上来考虑，安置在地沟内的管道震害最轻，直接埋在土里的次之，架空管道的破坏率较高，大多是由于支承管架、管桥被破坏以及邻近建筑物的倒塌所致。

（4）注意埋地管线抗震的薄弱部位的处理：接头处，出入地面处，与阀门、管线、设备及构筑物连接的部位以及软硬土交界的部位。另外，埋地直线管道的破坏主要由轴向变形过大所致。

传统的城市基础设施建设中各市政管线多是按各自的系统，随着城市发展地下管线日趋繁复，各种管线无序地争夺有限的地下空间，埋深不一，检修不便，保障供应能力受到干扰，路面反复开挖影响了城市道路通行功能的发挥建设。现代管线工程的发展方向是综合管廊的应用与发展。

另外，还应加强城市管线的管理。在管理方面，最前沿的技术是对综合管廊进行信息化管理，如在管道出入口装设传感器和探测器，管线的运行状况由传感器实时监视，各种情况即时反映在主控室。而且综合管廊中装有很多抽水泵和排水系统。一旦水管发生泄漏或出现其他事故，综合管廊的抽水泵或排气系统会自动启动。综合管廊内的照明措施也非常完备，沟内的光线亮度足以满足检修的要求，燃气管道及照明灯具都是防爆的。各种管道设置均采取了防地震措施，管道采用柔性接口，管道固定有一定的震动余量。