淺談煤和供水系統(tǒng)的地震響應分析

淺談煤和供水系統(tǒng)的地震響應分析

0震害估計結(jié)論和震害展望從以煤氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)是城市生命線工程的重要組成部分。一旦發(fā)生較強地震,若煤氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)發(fā)生震害,引起煤氣和自來水中斷,將嚴重影響人民的正常生活和生產(chǎn),而且還容易引起火災、病疫等次生災害,造成重大的經(jīng)濟損失。這類災害波及面廣、危害大,嚴重時甚至可使整個城市癱瘓。本文根據(jù)對上海市煤氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)的震害預估結(jié)果,就當前存在的問題提出了抗震對策建議。在進行震害預估時,考慮相當于設(shè)防烈度和罕遇烈度兩個概率水平。對于建(構(gòu))筑物,當采用理論計算方法時,按上海地區(qū)7度設(shè)防和罕遇兩種情況進行評估;當采用經(jīng)驗統(tǒng)計法時,按抗震設(shè)防烈度7度和8度兩種情況進行評估。設(shè)防烈度為8度時,接近7度罕遇烈度的地震作用。對于管網(wǎng),由于要以地震危險性分析和場地小區(qū)劃為基礎(chǔ),計算時采用50年超越概率10%(相當于設(shè)防烈度7度)和50年超越概率3%(相當于設(shè)防烈度8度)兩種概率水準的地震作用。1煤氣廠地震主要構(gòu)件的地震施工預現(xiàn)有建(構(gòu))筑物根據(jù)使用功能和重要性的不同,應有不同的防御地震災害的目標。對城市和企業(yè)生命線工程的建筑物,在遭遇相當于設(shè)防烈度的地震作用時,應控制在“中等破壞”之內(nèi),企業(yè)基本不致停產(chǎn)或在較短時間內(nèi)能恢復生產(chǎn),基本不發(fā)生次生災害;在遭遇高于設(shè)防烈度一度的罕遇地震作用時,應控制在不倒塌毀壞或不造成砸壞重要生產(chǎn)設(shè)備的全局性嚴重破壞,不造成長時期停產(chǎn),不發(fā)生嚴重次生災害。進行震害預估的重要建(構(gòu))筑物單體,主要的結(jié)構(gòu)類型有多層磚砌體結(jié)構(gòu)、單層磚排架結(jié)構(gòu)、單層鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)、多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)。針對這些結(jié)構(gòu)類型,選用表1所示的方法進行震害預估。對楊樹浦、吳淞和浦東三家煤氣廠在生產(chǎn)中起著舉足輕重作用的建(構(gòu))筑物共26棟進行了震害預估。從震害預估結(jié)果來看,在7度設(shè)防烈度地震作用時,個別建筑物(2棟,占預估建筑物總數(shù)的7.7%)的震害程度為中等破壞,其余都在基本完好和輕微破壞范圍內(nèi);在7度罕遇烈度地震作用時,少數(shù)(5棟,占預估建筑物總數(shù)的19.2%)建筑物的震害程度為嚴重破壞,其余都在基本完好到中等破壞范圍內(nèi)。這表明按照上海地區(qū)7度地震設(shè)防的要求,三家煤氣廠所評估的建(構(gòu))筑物已基本上達到了以上所述的防御地震災害的目標。由于煤氣系統(tǒng)的重要性,對于煤氣廠還應提出下列抗震對策:(1)建議各煤氣廠對震害預估中出現(xiàn)中等破壞和嚴重破壞的建筑物作進一步的抗震鑒定,以期決定是否需要加固或根據(jù)各廠的實際情況采取其它有效的抗震措施。鑒定及加固不能只單純地注重每個構(gòu)件和部位而缺乏對結(jié)構(gòu)整體的考慮,否則,其有效性和安全性仍不能完全得到保證。(2)樹立和加強企業(yè)抗震防災的意識,建立和健全抗震防災的組織機構(gòu)。(3)結(jié)合企業(yè)建設(shè)和發(fā)展的實際情況,根據(jù)震害預估的結(jié)果制定抗震防災規(guī)劃。規(guī)劃應有獨立性、系統(tǒng)性和一定的約束力。(4)除了采取有效措施增強建(構(gòu))筑物本身抗震能力外,還應建立、完善和維護好重要生產(chǎn)設(shè)備的抗震保護裝置,如自動關(guān)閉閥門和應急排氣裝置以及其它備震安全保險裝置,防止地震時可能出現(xiàn)的次生災害。(5)地震時煤氣廠是容易發(fā)生次生災害的地方,應健全和保管好各種搶險救災的工具和器材,落實好緊急情況下的搶險救災隊伍及水源、電源、通訊、消防等應急措施。2節(jié)點的連通性對上海市在50年超越概率3%地震作用下的煤氣管線震害預估結(jié)果表明,管線大部分處于基本完好狀態(tài),少量長管線處于輕微破壞狀態(tài),個別特長管線處于中等破壞狀態(tài)。在上海市當前煤氣管網(wǎng)內(nèi)常用的三類接口中,膠圈柔性接頭有較好的管線抗震性能,其平均震害率在超越概率10%和3%地震作用下分別為0.003和0.013,機械接口的管線抗震性能更好一些,其平均震害率分別為0.0003和0.0009,比柔性接頭小一個數(shù)量級;對于焊接鋼管,由于鋼管有較好的延伸性,具有很好的抗地震破壞能力,其平均震害率幾乎可視為零,但工程造價較高。故而,我們建議,如經(jīng)濟上許可,今后管網(wǎng)維修擴建工程中用機械接口替代一般柔性接口。以5個制氣廠為源點,經(jīng)過Monte-Carlo法110萬次模擬計算得出,在50年超越概率3%的地震作用下五種可靠程度的上海市煤氣管網(wǎng)節(jié)點數(shù)及它們占總節(jié)點數(shù)的比例見表2。從中可以看出,上海市煤氣管網(wǎng)節(jié)點的連通性大都處于可靠狀態(tài)。煤氣中壓管線由于大多采用柔性接口的鑄鐵管及焊接鋼管,因此震害率較低,從而具有較強的抗震能力。但這里需指出,由于上海的煤氣管網(wǎng)有一百多年的歷史,上述管網(wǎng)中有少量的剛性接頭又是埋設(shè)在地下,難以確認其確切位置,故這里未計及這些剛性接頭,考慮到這一因素,實際情況應比預估的略差一些。因此,上海市煤氣管網(wǎng)除個別邊緣地區(qū)的節(jié)點,如西北部的滬太路地域及嘉定地域的可靠性略差外,全市絕大多數(shù)節(jié)點的連通性都處于良好狀態(tài)。特別要指出的是嘉定儲配站,我們在計算時把它設(shè)為用氣節(jié)點,計算顯示它的可靠性在全網(wǎng)絡(luò)中最差。這意味著如遇7度左右地震,嘉定地區(qū)供氣將會出現(xiàn)麻煩。分析其原因,通過長管線向該節(jié)點送氣及源點至該節(jié)點途經(jīng)的地區(qū)地質(zhì)條件較差是兩個較主要的因素。3顯著影響采空工程一般項目抗震設(shè)計的設(shè)計要點對楊樹浦水廠、南市水廠、長橋水廠、吳淞水廠和浦東居家橋水廠等幾家水廠在生產(chǎn)中起著舉足輕重作用的建(構(gòu))筑物共21棟進行了震害預估。震害預估結(jié)果表明,在遭遇7度烈度地震作用時,除少數(shù)(占預估建筑物總數(shù)的28.5%)建筑物將中等破壞,其余均為基本完好或輕微破壞;在遭遇8度烈度地震作用時,近半數(shù)建筑物(占預估建筑物總數(shù)的42.9%)將嚴重破壞,其余均為輕微破壞或中等破壞。在破壞較嚴重的建筑物中,一種是建在液化較嚴重地區(qū)的建筑物,如楊樹浦水廠的建筑物;另一種主要是磚排架廠房。這說明,地基液化程度的輕重對于建筑物的抗震性能有較大的影響;磚排架廠房的抗震性能較差,對于屬于城市生命線工程的自來水廠來說,其中較重要的廠房不宜采用此種結(jié)構(gòu)類型。因為水廠在抗震防災中有著極其重要的地位,故對于水廠中的建筑物,提出以下的防災建議:(1)對于水廠內(nèi)將新建的建筑物,應按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范GBJ11-89》和上海市標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)程DBJ08-9-92》進行抗震設(shè)計,對于建在可液化土層上的建筑物,應進行地基處理。(2)樹立和加強各水廠的抗震防災的意識,建立和健全抗震防災的組織機構(gòu)。(3)對于震害預估中屬于中等破壞和嚴重破壞的,應進行進一步的抗震鑒定,如確實不滿足要求,應對其薄弱部位進行加固。(4)對于建在將發(fā)生中等以上液化的地基上的構(gòu)筑物,如楊樹浦水廠,應對地基進行加固。(5)對于鋼筋混凝土水池,因地下式或半地下式水池的抗震性能較好,唐山地震中水廠水池的震害已經(jīng)說明了這一點。對于矩形的沉淀池和清水池,應著重檢查其角隅部位,對于裝配式的鋼筋混凝土清水池,要采取加強頂蓋整體性及其與池壁連接的加固措施。上海市水廠中的許多水池,已超過設(shè)計使用年限,有些水池已經(jīng)開裂、腐蝕,鋼筋外露、銹蝕,對于那些大大超過設(shè)計使用年限的水池,已無修復價值,建議拆除重建。(6)要結(jié)合城市供水規(guī)劃,在城市中合理布置水源,并使工礦企業(yè)的自備井與城市供水管網(wǎng)連通,平時設(shè)閘閥控制,震時溝通互補。(7)設(shè)于岸邊的井管、取水頭等要檢查有無滑坡、液化的可能,加強錨固和岸坡加固。泵房是給水工程的心臟,應加強整體性,建于河岸時還要加固地基,檢查進、出水管道與泵房的連接,剛性接頭應更換為可伸縮的柔性接頭。(8)建議按常規(guī)設(shè)計適當加大水廠清水池的容量,以便在供水系統(tǒng)遭到嚴重破壞并在短期內(nèi)不能按正常流程供水時,能通過運水車、臨時泵配地面明管等手段,供應更多的居民生活、消防、搶救、醫(yī)療等急需用水,防止次生災害的發(fā)生和蔓延。4抗震性較差的管網(wǎng)(1)焊接鋼管具有良好的抗震性能,其平均震害率幾乎可以視為零。但是這類管線所占比例很小。浦西非液化區(qū)239.3km管線中只有23.3km是鋼管,還不到10%。浦西液化區(qū)比例稍大,占17%強。浦東原始數(shù)據(jù)中只給出130m(用于路口處),這樣的比例不足以大幅度提高管網(wǎng)總體的抗震能力。(2)柔性接口鑄鐵管也具有較佳的抗震性能。其平均震害率在液化區(qū)約為0.01~0.015左右。原始數(shù)據(jù)中給出這類管線在浦西只占5.5%,浦東則更少,只占4%,比鋼管還少。(3)剛性接口鑄鐵管抗震性較差。其平均震害率在非液化區(qū)約為0.3左右,在液化區(qū)約為0.9~1.0左右。換言之,整個浦西管網(wǎng)地震時將發(fā)生150~200處嚴重損壞。這類管道占了整個管網(wǎng)的82%,在浦東則占95.8%?？梢詳嘌?上海市供水管網(wǎng)的防震措施應當放在這類管道上。建議今后在原有管線進行檢修更新時,應使用柔性接口(最好使用煤氣管網(wǎng)所用的機械接口)代替剛性接口。(4)從節(jié)點連通性來看,浦東管網(wǎng)內(nèi)處于嚴重不可靠和極不可靠的節(jié)點大多位于網(wǎng)絡(luò)的枝狀盡頭處,相信在今后浦東網(wǎng)絡(luò)成環(huán)后,情況將會改善。在新建供水管線時,建議盡可能采用鋼管或柔性接口鑄鐵管。在超越概率為10%和3%的情況下,五種可靠程度的節(jié)點數(shù)及它們占總節(jié)點數(shù)的比例,浦東供水管網(wǎng)見表3,浦西供水管網(wǎng)見表4。(5)浦西管網(wǎng)內(nèi),處于嚴重不可靠和極不可靠的節(jié)點大致分布在以下六個區(qū)域:a.隆昌路以東,懷德路以西,撫順路以南,楊樹浦路以北的地塊;b.大連西路、中山北路、松花江路、密云路之間的地塊;c.大連路以西,楊樹浦路東大名路以北,唐山路以南,公平路以東的地塊;d.閔行路以西,塘沽路以北,海寧路以南,江西路以東的地塊及寶通路上虬江路至