BCH 2-137.81《地震地区干线管道设计说明》终稿

1、石油与天然气工业企业建筑部全苏干线管道建设科研所地震地区干线管道设计说明全苏干线管道建设科研所2-137-81石油与天然气建筑部莫斯科市 1982年国际十进制分类法621.643.001.2本说明详细阐述了钢制干线管道的设计与总体要求，特别介绍了有关地震地区干线管道的设计规定、设计方法以及结构方案的选择方法。本说明列举了专门从事研究地震地区干线管道设计与建设的专家成员。本说明参编成员如下：格鲁吉亚苏维埃社会主义共各国科学院记者舍·戈·纳别特瓦利杰(格鲁吉亚苏维埃社会主义共各国科学院)；技术科学副博士阿·谢·盖赫玛，符·符·斯比利塔诺夫

2、和纳·戈·费卡洛夫(全苏干线管道建设科研所)；工程师尤·夫·拉什杰斯特维斯格依(拉模产品设计厂)。如有对本说明有任何意见与建议，请按下列地址联系我们：莫斯科市十九号环线全苏干线管道建设科研所特别管道建筑部 邮政编码：105058。® 全苏干线管道建设科研所1982年石油与天然气工业企业建筑部部门建筑标准全苏干线管道建设科研所 2-137-81石油与天然气建筑部地震地区干线管道设计说明首次制定1. 基本规则1.1. 本说明依据建筑标准与规则中的干线管道设计标准补充制定。1.2. 本说明要求在设计时，必须遵守新建与改造管道直线部分及其管道分支部分的

3、假定直径达到1400毫米（含），地震高发区（包括冻土普及区）介质的剩余压力不超过10兆帕（100千克力每平方厘米）的总要求。1.3. 在进行本说明要求以外的管道设计时，必须遵守建筑标准与规则中地震地区建筑设计标准的相关要求。1.4. 本说明的主要任务是确保地震地区，在地震来临时避免遭受管道结构破损损失，以及防止出现违反使用规则的行为。为避免地震所造成的影响，管道在设计时要进行相应的经济技术论证，并要考虑生产过程中剩余歪曲的因素（包括管道偏移部分，在支撑构造中有歪曲或者破裂等等）。1.5. 地震地区的管道应当确保具备如下条件：在地震地区应当选择适宜线路；有坚固且稳定的结构，确保有相关计算数据或经

4、过专家的考察；采用合理的结构方案；有高素质的建筑安装队伍。1.6. 管道结构的安装种类（分为：地下安装、地上安装和地面安装）和选择纵向位移的调节系统取决于下列因素：管道直径，成品输送压强，管道建设及使用温度的规定，局部性地貌以及线路经过地震地区的工程地质与水文条件。在管道建设和使用过程中，要考虑防止这些条件发生改变。1.7. 应当按照俄罗斯联邦地震区域图或依据建筑标准与规则中地震地区建筑的相关规定，确定居住在地震烈度区或建筑地点范围内的“俄罗斯联邦主要地震地区居民点统计表”。1.8. 地震区施工面积的确定取决于地质条件（通常与中部制定的区域划分图表不同）。以详细划分地震区域图表为基础，并根据专

5、业说明和要求进行实施，详见本说明第二部分。在详细制定技术方案时，如果手中没有详细划分地震区域图表，应当以建筑标准与规则11-7-81中的表格1为依据，更准确地划定地震区域，同时还需考虑土质条件。1.9. 在管道部分或管道个别部分的设计过程中计算地震强度时，还必须考虑除地震烈度以外的：建筑面积，管道质量（坚固性）等。1.10. 进行管道质量等级计算时，应当运用结构系数Ko且要考虑设备的性能，并依据表格1中的相关数据进行确定。全苏干线管道建设科研所，格鲁吉亚苏维埃社会主义共各国科学院建筑力学与耐震性学院提交依据1981年11月10日苏联国家建筑与建设委员会第1-2311号文件，石油与天然气建筑部于

6、1981年12月18日批准实施期限1982年7月1日表格1管道责任系数值Ko序号管道性能系数值Ko1天然气管道的工作压强为2.5至10.0兆帕（含）（25至100千克力每平方厘米）；石油管道和石油产品输送管道的假定直径为1000至2000毫米。天然气管道不取决于工作压强的数值，同时任何直径的石油管道和石油产品输送管道都能保证特殊重要工程的运行。干线管道通道经过水上障碍时，距水平面为25米或者更高。1.5*2天然气管道的工作压强为1.2至2.5兆帕（12至25千克力每平方厘米）；石油管道和石油产品输送管道的假定直径为500至800毫米。1.23天然气管道的工作压强为1.2兆帕（12千克力每平方厘

7、米），石油管道的假定直径小于500毫米。1.0* 地震烈度波及面积为9级，以及超出此表第一行中指定的管道系数值Ko时，应当补充增加系数值达到1.5。1.11. 对于天然气管道、石油管道和石油产品输送管道的等级，应当达到能够确保重要项目的运行以及地震时不会终止使用的效果，并根据俄罗斯联邦国家建筑与建设委员会或相关部门与主管机关进行制定。1.12. 在不考虑加深管道的情况下，对地下干线管道地震烈度和振荡参数进行计算时，应当采用相同的地表地震烈度。1.13. 在选择管道路线时，应当避开不稳定地段和地面下沉地段、山区坑道区域的交叉地段、活性构造裂面地段、易发生泥石流危险和容易滑坡的斜坡地段，以及被勘测

8、为危险扩展区的地段。2. 管道路线地段地震烈度测定2.1. 干线管道路线地段，路线分支地段以及其它建设区域地震烈度的测定，取决于地质条件、水文地质条件、低温地质条件和地貌条件等相关因素，同时应当采用地震详细划分区域的结果并依据专业说明进行实施。2.2. 采用地震详细划分区域时，必须有更准确的建筑构图的相关资料，有更精确的与施工地段相同地震烈度和过去地震强度的资料，同时还要有地质、水文地质和其它资料等相关数据，以及在这个区域范围内地震表现强度的相关论证数据。应当对整个危险地段内，以及沿管道路线范围距离管道至少15公里的狭长地带进行考察。2.3. 地质、水文地质、低温地质和地貌的相关资料，应当在类

9、似条件的区域范围内，作为划分考察管道路线连接地段的依据，以及作为选择测定地面振荡地点的必要依据，并且根据地震详细划分区域方法的详细说明进行实施。2.4. 处于陡峭斜坡和其它复杂地貌的地段，采用地震详细划分区域时，必须应当考虑到由于地震影响而发生剩余歪曲的可能性。受地震影响，斜坡和路基破损和破坏的基本类型有：斜坡坍塌，塌陷，路基下沉，有裂缝的征兆，同时伴有地面稀释现象的出现。2.5. 确定地震地段路线时，必须应当考虑到在管道施工和使用过程中，土质性能有发生改变的可能，包括温度条件的变化，以及管道周围土壤的变暖或者结冻，还包括管道路线地段的渗水等等。2.6. 采用地震详细划分区域结果时，应当参照附

10、带的指定管道路线地段地震烈度划分区的地震详细划分区域图，同时撰写勘查报告并对划分区域的各种震级进行论述。2.7. 在没有管道路线地震详细划分区域相关资料的情况下，必须经过施工方案批准机关的审批。根据地质工程、水文地质勘测结果，依据建筑标准与规则11-7-81中的地震地区建筑表格1确定施工地的地震烈度。2.8. 在选择管道路线时，应当绕过地震烈度超过9级的地段。在此情况下，只有在及其特殊的必要情况下，并且根据技术经济论证和被批准方案的相关说明，方可实施路线地段管道的敷设。因此，设计方案中应就此情况，预先补充说明抗地震的相关措施。3. 基本计算规则3.1. 依据现行的总建筑规范，地震地区干线管道设

11、计，应当按第一组极限条件（承力性能受损或者完全不适宜使用的条件）进行计算。3.2. 受地震影响区干线管道的计算，应当按附录中所规定的如下程序进行：测定管道路线的地震烈度；考虑地震影响，选择管道和单独构造设计示意图，计算基本负荷和特殊组合负荷；计算基本的组合负荷，并制定基本的结构方案；确定地震负荷；计算特殊组合负荷（考虑地震影响）；精确制定所采用的结构方案，选择结构部件截面等等。3.3 地震地区预先敷设管道，与管道敷设方法无关（方法分：地下敷设和地面敷设或者地上敷设），考虑地震影响应当采用基本负荷和特殊组合负荷，并依据建筑标准与规则中的干线管道设计、设计标准和负荷以及影响等相关章节的要求进行计算

12、。3.4. 计算地震地区特殊组合负荷时，所有计算负荷（除地震地区外）增加的组合系数为nc，与本说明中表格2的数据相符，此时地震负荷一般没有减少的负荷作用。表格 2组合系数值nc负荷与影响等级负荷与影响管道敷设方法组合系数值nc地下或地面路基敷设地面敞开式敷设地上支架敷设固定的管道与安装设备的自身重量+1.0管道应力的预先影响（弹性弯曲度及其它影响）+1.0土壤压力1.0流体静力水压强+1.0暂时的石油输送泵房及其接通电容的，并且与管道直径无关的天然气管道和石油管道的内部压强+0.9产品重量或者水的重量+0.9温度的影响+0.8短时的土壤不均匀变形的影响，但并未引起结构的改变(包括塌陷，膨胀及其

13、它改变)积雪负荷、结冻的薄冰负荷、防风负荷不考虑这种情况是否是基本负荷检测管道时所产生的负荷及影响清理设备通行时产生的负荷及影响特殊的泥石流和坍塌的影响：a)可能与地震同时发生b)除a)以外的可能情况山区坑道和喀斯特地貌地表变形的影响：a)可能与地震同时发生b)除a)以外的可能情况地面变形，同时伴有结构的改变，此时的影响有：a)受地震影响（例如：土壤稀释）b)其它情况备注：正号标记（+）是指负荷影响增加；负号标记（）是指负荷影响不变。3.5. 干线钢制管道、支撑结构和其它构件，参照建筑标准与规则中地震地区设计的相关章节的要求，此时应当考虑的情况有：考虑到受地震影响所确定的假定静态负荷。此时，管

14、道及其管道结构部件的作用力或应力值（假设确定结构的弹力功）不应当超过这种结构和相关资料所限定的最大作用值。要以加速记录图、测速图、地震波和曲线图*为基础，对建筑地区曾经发生地震时所做过的记录进行分析，对当时地震地形条件进行分析，并以此为根据来确定地震负荷。计算使用的最大加速值为，详见表格3中所指定的数据。表格3土壤微粒地震振荡加速度地震强度、等级78910地震加速度,cm/c²1002004008003.6. 作为地上管道设计示意图，在考虑地震影响的同时，设计上应当采用有曲线嵌入（胀缩部分和路线的弯曲拐角）的循环截面梁。同时应当考虑以下几种情况：沿管道纵向中轴线所能产生的地震强度。此

15、时，必须确定管道截面的偏移，管道应力，包括支柱彼此间所引起的偏移以及支柱负荷；沿管道支撑平面的横向中轴线所能产生的地震强度。此时，必须确定支柱负荷，以及不减少横梁管道的情况下，确定管道偏移数值和支柱横梁长度；地震强度直接影响管道垂直面。此时，应当确定管道的辅助应力和支柱负荷，以及确定所引起惯性地震负荷和支柱不均匀吃水量（同时与地震影响有关）。地面管道支柱设计时，应当考虑到作为依靠土壤地基或陷入地层中的支撑柱，物品集中在支撑柱上部，紧挨着这个支柱的管道半跨度的数量相同。支柱和管道的相互作用特性，以及胀缩地段和膨胀接头反作用特性，应当取决于结构和支柱部件所选择的胀缩系统，膨胀接头间或者胀缩部件间的

16、尺寸和距离（具有滚动滑轮部件，以及具有的接触面材质性能等等），同时还要考虑由于受到地震的影响，支柱上的管道偏移阻力强度可能发生改变的情况。3.7. 作为地面敞开式管道的设计示意图，在考虑地震影响的同时，设计上应当采用有曲线嵌入（胀缩部分和路线的弯曲拐角）的无限循环截面梁，并且以地面为基座。地震强度能够作用于管道的纵向中轴线区域，并且引起管道内出现附加偏移和附加应力。3.8. 作为地下和地面路基管道的设计示意图，在考虑地震影响的同时，设计上应当采用土壤环境（在土壤中管道滞塞的不同程度）的无限循环截面梁。管道的附加应力与地震波沿管道中轴线的波及范围有关，并且能够引起土壤介质受力状态的改变。地面路基

17、管道设计时，在考虑地震影响的同时，应当额外检查路基管道斜面的稳定性。受到管道纵向中轴线法线所指定的地震强度的影响，无法检测路基管道的地下截面或者地面剖面，除了管道交叉点直径超过1000毫米的情况外，在各种土质环境的地段范围内，可能存有不同吃水量数值，以及在管道加固时要接通各种建筑、仪器和设备。3.9. 计算地上管道及其支柱和地面敞开式管道（没有土壤堤防工程）的地震负荷时，正如确定通常地面建筑一样，需要依据建筑标准与规则中关于地震地区建筑的相关章节进行计算。此时，为了获得计算负荷，并且求得地震负荷数值，应当根据相应系数指数Ko，并且按本说明表格1中所指定的数据进行计算。_* 此符号表示：加速记录

18、图、测速图、地震波和曲线图 分别记录了地震加速度、速度和当时散开的土壤位移的情况。3.10. 应当按照确定无分段梁的自身振荡周期，根据建筑标准与规则中关于地震地区建筑的相关章节的要求，确定动力系数和结构设计所必须的地上管道自身振荡周期（同时要考虑管道重量和输送产品，胀缩地段的横压力或者膨胀接头，管道支柱结构的特殊性，以及其它因素）。3.11. 地上管道支柱沿纵向中轴线的相互偏移，受地震影响（单位：厘米）时，应当按下面公式进行计算： ± 0.04Ko Kn To Cp-1 公式（1）公式中：Ko 表示建筑重要性系数（根据第1.9章和表格1进行计算）；Kn 表示地震频率系数（根据第3.1

19、4章.进行计算）； 表示地震加速度（参照第3.5章的要求进行计算）；To 表示土壤地带地震振荡的基本周期（勘测时参照2.6章的要求进行计算），当没有必须的相关资料时，允许使用To 1秒； 表示同时位于压缩或者拉伸区域内的支柱间距（单位：厘米）；Cp-1 表示纵向地震波沿管道纵向中轴线波及速度。土壤地带地震波及速度，在勘测时计算使用；在技术设计阶段，允许使用地震波纵向波及速度，根据表格4进行计算。表格4纵向地震波波及速度定向值Cp和土壤中管道滞塞系数定向值m土壤名称纵向地震波波及速度Cp,km/c滞塞系数m散土、松散砂土、砂壤土、砂质粘土和其它非饱和土壤0.120.50含水量少的含沙土（干土）0

20、.150.50中等湿度的含沙土0.250.45水饱和的含沙土（土壤孔隙中有巨大含量的滞塞空气）0.350.45砂壤土和砂质粘土0.300.60潮湿的黏质土壤、可塑的0.500.35稠密的黏质土壤、半固体的和固体的2.000.70黄土和黄土土壤0.400.50泥炭土0.100.20低温冻结土壤（含沙的、黏质的、散的）2.201.00高温冻结土壤（含沙的、黏质的、散的）1.501.00砂砾岩、碎石岩、砾石岩1.10参照备注2碎石灰岩、板岩、砂岩1.50同上整块的多石岩2.20同上备注：1. 表格4中列出了Cp的最小值。在勘测时，应当更精确地计算Cp值；2. 管道滞塞系数值m，应当根据土壤的填装量进

21、行计算。3.12 沿纵向管道中轴线方向的地下或者地面路基管道内的地震负荷强度为TP(kH每立方厘米或者千克力每立方厘米），按下面公式进行计算：TP = ± 0.04mKo Kn ETPTo Cp-1 公式（2）公式中：m 表示土壤中管道滞塞系数值m，根据表格4和第3.13章相关数据进行计算。ETP 表示管道材料的弹性系数。钢制管道的弹性系数ETP 2.1×104 kH每立方厘米或者2.1×106千克力每立方厘米。备注：计算静态负荷时，得到的管壁厚度，在计算地震强度时是不确切的，必须预先规定结构方案，降低的地震强度值和确保保持管壁厚度，在管道设计时，确定静态负荷。计

22、算地震影响，只有在降低地震强度时采取其它措施不可行或者经济上不合理的情况下，方可增大管壁厚度。3.13. 土壤中管道滞塞系数m，应当根据表格4中的相关数据进行计算。在使用土壤中管道滞塞系数m值时，必须考虑到在设备使用过程中，管道周围土壤条件有改变的可能性。3.14. 地震频率或者设备更新频率系数值，应当按照表格5中的第一组最大条件进行计算。表格5地震频率系数值Kn地震频率100年一次1000年一次1000年一次频率系数1.151.00.94. 地震地区管道结构要求4.1. 地震地区敷设干线钢管的所有焊接安装，应当能够经受物理技术的检验，这与干线管道或者干线管道构件的种类无关。焊接安装时，应当依

23、据建筑标准与规则中的干线管道、设计标准的相关章节进行。4.2. 地震地区干线管道的结构设计，应当避免采用复杂的连接接头，避免在各方向进行管道的固定连接或者采用建筑物和设施以及使用设备的侧面进行固定管道。其它方向的管道与管道的连接点或者管道与设备和设施的结合处，应当在结构设计时，预先规定曲线嵌入装置，胀缩地段或者膨胀接头，胀缩性能程度。允许石油管道与贮油管道，通过胀缩装置进行连接，并且确保必须考虑到管道的位移情况。管道入口，应当采用各种技术设备（压缩器，水泵等等），并且应当穿过管孔，而且管孔的尺寸应当超出管道直径至少40厘米，此时管道中轴线应当穿过孔心。4.3. 地震地区，在考虑地震强度的同时，

24、应当适当增加敷设管道的管壁厚度，并且管壁的厚度应当按照本说明表格2中的公式进行计算。管壁厚度只有在无法降低管道内胀缩地段装置和韧性嵌入构件应力的情况下才可以增加。4.4. 针对土壤区段管道路线交叉点所具有的地震性能相互区别的显著特征，在结构设计时必须规定管道自由位移的可能性。在敷设地下管道时，在这个区段应当建造有倾斜坡度的基槽，并且在填装管道时，应当使用大颗粒沙土和泥炭等等进行填装。4.5. 管道路线交叉点地段处于活性大地构造裂面位置，这时应当采用地面敷设的施工方法。4.6. 敷设地下管道时，管道的土基（基槽底部），应当仔细地压实。4.7. 为了提高管道的耐震性能，不应当增加管道的深度。4.8

25、. 地震地区管道周围路基的斜面坡度，应当比非地震地区管道周围路基的斜面坡度降低至少20%。管道周围路基和管道下面土基造型时，应当采用填土的方法分层密封。4.9. 山区安装架板时，以及安装路线交叉点地段的凹槽时，应当选择有坡度的斜面，是为了确保受地震影响时能够具有稳定性。4.10. 地上管道支柱结构，在设计时应当考虑到在管道温度改变和承受产品输送压力的情况下，以及地震时所产生的反作用力可能导致管道位移的可能性。为了实现这个目的，受地震影响时应当采用的结构，在补充说明中有所规定（位移强度显著增加，包括阻尼装置等等）。4.11. 为了地上管道的消振，应当规定在每个跨度安装减震器，并且确保减震器安装后

26、，在管道温度改变和承受产品输送压力时不会妨碍管道位移。4.12. 干线管道施工与使用设计，要求设计时应当规定不仅在施工期间，而且在使用期间能够确保管道排水通畅，尽可能防止路线渗水和沼泽化。4.13. 最危险的线路地段（动态不稳定土壤地段，这种地段可能有更深的吃水量或者更大的土块位移情况等等），规定必须安装管道区段自动检测和应急切断系统。5. 管道施工与使用的专业监督5.1. 地震地区干线管道建筑施工时，要求必须组织对施工完成情况进行检验，并且依据建筑标准与规则，以及本说明第四部分的所有要求。5.2. 管道施工过程中，必须组织有关明确管道路线的地质工程条件及其管道施工过程中条件可能发生改变的相关

27、工作。设计采用时，地质工程条件有明显偏差的情况下，应当暂时停止施工，并对施工方案进行必要性的改变。5.3. 管道直径超过1000毫米的最复杂地段，通过宽河及其它复杂障碍物时，这些区域的地震烈度为9级或者9级以上，在这种情况下，为了确保地震时记录管道和土块周围的振波变化，应当规定建立地震工程测量站。5.4. 严格制定地震工程测量站的设计与安装地震仪及其设备的总程序地震时记录建筑物及设施振荡的地震工程测量站的组织说明，在俄罗斯联邦科学院主席团成员参与下由地震及耐震建筑委员会部门间相互协商制定。5.5. 地震装置的安装及使用的费用，应当在管道使用预算中预先规定。附件计算实例1. 地震影响强度为8级时

28、，可以求得直径为1200毫米，及其管壁厚度为18毫米的地下管道应力值。天然气输送管道的工作压强为75千克力每平方厘米（7.5兆帕）。细土和含粉沙土中敷设管道路线。管道路线的地震烈度，应当根据地震详细划分区域的相关资料对照使用。在没有这种图表时，允许可以依照建筑标准与规则11-7-81中的表格1，精确使用区域地震烈度值。根据建筑标准与规则11-7-81中的表格1，复杂细沙和粉沙的路线地段，地震烈度可以增加一级。由此可见，管道路线地段的地震烈度等于9级。设施责任等级，应当按照系数Ko进行计算，并且根据本说明第1.9章和第1.10章中的相关数据计算结果为:Ko 1.5 × 1.5 2.25地震负荷强度，依照第3.11章按公式(2)进行计算。土壤中管道滞塞系数m，按表格4进行计算，沙土中管道滞塞系数m等于0.5。地震频率系数Kn，按表格5进行计算结果等于0.9。地震加速度，按表格3进行计算，当地震强度为9级时，结果等于400厘米每平方秒。钢制管道的弹性系数，等于2.1×106千克力每平方厘米。纵向地震波波及速度Cp，按表格4进行计算。沙土中纵向地震波波及速度为