SY T 0450-1997 输油（气） 埋地钢质管道抗震设计规范.pdf

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1、中华人民共和国石油天然气行业标准输油(气)埋地钢质管道抗震设计规范SY/T 0450-1997批准部门:中国石油天然气总公司批准日期:1997-12-28实施日期:1998-06-01代替s划4050-1991总则0.飞为贯彻执行地震工作以“预防为主”的方针，在遇到地震影响时，为了避免或减少输油(气)埋地钢质管道的破坏和防止次生灾害发生，便于抢修和迅速恢复使用，制定本规范。1.0.2AT 9本规范适用于抗震设防烈度为7度至9度的输油(气)埋地钢质管道的抗震设计。对设防烈度度或有特殊抗震要求的管道，应进行专门研究。1.0.3输油(气)埋地钢质管道抗震设防，应采用基本烈度作为设防烈度，基本烈度应按

2、国家颁发的现行的中国地震烈度区划图确定，对做过地震小区划的地区，可按批准的地震动参数考虑抗震设防。重要区段在构造_L应采取加强措施。1.0.4对于具有地震地质灾害背景地区的大型穿跨越管道应进行专门的研究，并提出具体措施。1.0.5输油(气)埋地钢质管道抗震设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关强制性标准、规范的规定。2术语2.0. 1场地field场地系指以管道轴线为中心每侧200 m宽的范围。2.0.2活动断层active faults第四纪全新世地质时期内活动过及正在活动的断层。2.0. 3输气管道重要区段important section for gas pipeline按照输气管

3、道工程设计规范GB 50251的规定，输气千线管道经过的四级地区的区段2.0.4输油管道重要区段important section for oil pipeline按照输油管道工程设计规范GB 50253的规定，在所经过的大型河流、湖泊、水库和人口密集区设置的管道两端截断阀内的输油干线管道区段。2.0.5一般区段general section除重要区段以外的管道区段。2.0.6剪切波速shear wave velocity剪切波的传播速度。2.0.7断层过渡段transition section of active faults断层错动将引起管道的轴向位移，管道轴向位移从断层最大位移处逐渐被土

4、壤和管道之间的摩擦力所吸收，离开断层一定距离后，轴向位移降低为零，该点称为锚固点，断层两侧锚固点之间的管段称为断层过渡段167SY/T 0450-19973基本规定3.0. 1输油(气)埋地钢质管道抗震设计应符合下列要求:I抗震设计应技术先进、安全可靠、经济合理;2选择对抗震有利的场地和地基，抗震场地地段划分应符合本规范附录A的规定;对绕避不开的不良地段，应采取有效的抗震措施;3应采取有效措施，防止和减少地震时次生灾害的发生。3. 0.2对未做过地震小区划的区段，在不同地震区域的分界线处应做地震烈度分界线复核3.0.3管道经过设防烈度7度及7度以上地区，除应进行工程地质勘察外还应进行地震地质勘

5、察，对场地有无不良地震地质现象进行评价3,0.4根据管道工程的重要性、设防烈度、场地土类型、工程地质情况以及发生地震灾害的影响程度进行综合分析对比后，应提出合理有效的抗震措施。4场地及工程地质勘察4.0. 1管道工程的场地选择，应根据地震活动性、地震地质调查、工程地质勘察、地震危险性、地震地质灾害评价、场地条件等进行综合评价，选择对管道工程有利的地段，避开危险地段进行建设。4.0.2管道沿线场地各区段按重要性不同分为一般区段和重要区段，并分别按不同要求进行场地划分、工程地质勘察及地震地质勘察与灾害评价4.0.3管道场地土可分为坚硬场地土、中等场地土和软弱场地土4.0.4对于一般区段重要场地，可

6、利用已有工程地质资料和踏勘普查或钻探的方法进行场地土分类4.0.5场地土特征参数可按表4.0.5取值表4.0.5场地土特征参傲场地土类型坚硬场地土中等场地土软弱场地土剪切波速(m/s)500500-140(140特征周期(s)(0.20.2-0.650. 654. 0.6管道场地土在不同设防烈度下地面水平速度应按表4.0. 6取值。表4.0.6管道场地土在不同设防烈度下的地面水平速度值设防烈度(度)地面水平速度(m/s)0. 130. 250.504.0.7重要区段场地土分类应符合现行国家标准建筑抗震设计规范GBJ 11的规定重要区段场地土分类在初勘阶段，可利用已有工程地质资料和踏勘普查或钻探

7、等方法进行场地土分类;在详勘阶段，每一区段应有代表性地布置钻孔，钻孔数量应不少于3个，钻孔深度应达到15 m或至坚硬土层顶面，并测出剪切波速和给出特征周期。5地展地质勘察与灾害评价5.0. 1利用已有资料对管道沿线进行地震地质评估时.应提出有地震地质灾害背景的区段(活动断层、液化、滑坡、震陷等区段)。5,0.2对具有地震地质灾害背景的区段应按工程场地地震安全性评价工作规范DB 001进行详细168SY/T 0450-1997勘察，提出活动断裂的走向、与管线交汇的位置以及可能发生的水平和竖向位错、液化及不均匀沉降评估。6埋地管道计算6.1一般要求6.1.1埋地管道抗震验算应符合下列规定1设防烈度

8、8度及9度时，管段应进行地震振动抗拉伸和抗压缩的校核;2管段通过活动断裂带应进行抗拉伸和抗压缩失稳的校核。6.1.2管材应符合GB 50253或GB 50251的材料要求。通过断层区的管段，则应作出材料的应力一应变曲线。6.2应变组合和容许值6.2.1地震波引起的管道最大轴向应变叭应与操作条件下荷载(内压、温差)引起的轴向应变组合，按下式校核。Emexr+。I蕊。m一+亡落。t(6.2. 1一1)(6.2.1一2)一石 一一 C式中:。、，。，、地震波引起的最大轴向拉、压应变;当。、为正值时为拉应变Emnxe，当E,.二为负值时为压应变I., ;。操作条件下管道的轴向应变，可按式(6.2.1-

9、2)计算;。被土壤摩擦力嵌固的管段在操作条件下的应力(MPa) ;。应按GB 50253或GB 50251进行计算;E一一.管材的弹性模量(MPa) ;CEe J，v埋地管道抗振动的轴向容许拉伸、压缩应变。6. 2. 2埋地管道抗振动的轴向容许应变:1容许拉伸应变介，可按表6.2.2选取;表6，2.2管材容许拉伸应变拉伸强度极限o, (MPa)容许拉伸应变，,n,NL，则需采取抗震措施;2管道受压缩:若L镇AL,，则认为该条管道经过断层可不作处理;若LAL，则需采取抗震措施注:41,管道受拉伸时，允许的最大长度变化(m);I.管道受压缩时，允许的最大长度变化m)6.4.4管土间的摩擦力:土壤与

10、管道外表面之间单位长度上的摩擦力可按下式计算。f=p(2W +W,)w=P, D Hg4. 4一1)4.4W,一(nDx8pm+4 Dp.)g(6.4.42)3)(6(6式中:产一纵向摩擦力(N/m);P-一土壤与管道外表面之间的摩擦系数;W一一管子上表面至管沟上表面之间的土壤单位长度上的重力(N/m);可按式(6.4.4-2川一算:W一管子和内部介质的自重(N/m);可按式(6.4.4-3)计算;P=一一回填土的密度(kg/m) ;SY/T 0450-1997DD管子的外径(m);管子的内径，(m);H一一管子上表面至管沟上表面之间的距离(m);9一一重力加速度(m/s) ;S-一-管壁厚度

11、m);Pm ,Pa钢材和输送液体的密度(kg/m) ,摩擦系数产与管子表面防腐涂层的类型和土壤的种类和湿度有密切关系。#应按实测确定，无实测资料时，可按表6. 4. 4取值。表6.4.4管道与土之间的肺攘系致u土摩擦系数产砂土0.70-0.40粉质猫土0. 55-0. 25茹土0.60-0.256.4.式中管道受拉伸时，管子适应断层运动的能力，应按下列规定计算。管道受拉伸时，允许的最大长度变化L，即管子适应断层运动的能力，应按下式计算。AL，二2(L,E,+L,E,)(6.4.5一1)(6.4.5-2)L,nD占(a:一口1) f口1(6.4.5一3)2EI(6.4.5-4)p:L,管道弹性部

12、分的滑动长度(m),a, + ,z一2a2E2(6.4.5-5)管道塑性部分的滑动长度(m)，可按式(6.4.5-2)计算;可按式(6.4.5-3)计算声平均弹性应变，可按式(6.4.5-4)计算;平均塑性应变，可按式(6. 4.5-5)计算;目吧卜洲乙。-一点(。，。:)和点(E2 , a2)连线的延伸线与。轴的变点值(MPa)，可按本规范附录B取值;a,材料应力一应变简化折线中的材料变形开始点的应力(MPa) ;9z弹性区与塑性区交点处的应力(MPa).E E的含义及取值见附录B,2断层一侧管道的滑动长度应按下式计算冗D6 oz(6.4.5-6)6.4.6管道受压缩时，管子适应断层运动的能

13、力L了，即其允许最大的长度变化应按(6.4.=2Le,wDS6-1)式计算。(6.4.6-L)(6. 4. 6一2)取较小值一2E,(6.4.6一3)(6.4. 6一4)SY/T 0450-1997式中:I.一管道受压缩时断层一侧管道的滑动长度(m)，可按式(6.:-一一管道受压缩失稳时的平均应变，可按式(6. 4.6-4)计算;。-一一管道受压缩失稳时的临界压缩应力(MPa)，可按式(6. 4.a-一一管材的屈服极限(MPa).4. 6-2)计算6-3)计算7抗及措施7. 1一般要求7.1.1当管道不满足抗震验算时，应选用延性良好的管材和相应的焊条7. 1.2埋地管道应确保现场焊接的焊缝质量

14、，焊口应按钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级(GB 3323)进行100%的射线检查，其合格级别为II级。弹性敷设的管道，应注意填实，不得有脱离沟底的悬空段。埋地输油管道通过活动断层区和基本烈度为8度、9度的大、中城市时，在其两侧应设截断阀并应在每个截断阀外侧的管道上安装挡条三通。7.1.措施7. 1.5基本烈度为8度、9度的区域的输油管道在高、低点和易集油等处，应有必要的进气和排空6管道穿越河、沟时，必须为斜坡式敷设，其倾斜角不宜大于300(图7.1.6).图7. 1. 6管道斜坡式敷设示意图7.2提高管道抗震能力的措施7.2. 1管道处于软弱场地土且不满足抗震验算时，若软土层的厚度不大于2

15、m，宜将管道深埋，使管道处于基岩(不是活动断裂带)或其他稳定土中;若软土层的厚度较大，则在不损害防腐涂层的情况下，宜将管子周围采用碎石或猫性土回填。7.2.2在基本烈度8度、9度区域，埋地管道在出人地面的部位宜采用柔性连接7. 3活动断层带的抗震措施7.3. 1当管道通过活动断层带时，宜减小断层区内管子覆土层的厚度。当管道所通过的断层预期会产生很大的位移时，则宜将这部分埋地管道改为地上铺设7.3.2合理选择管道通过断层的方向，使管道避免受压缩。7.3.3正确选择管道穿越活动断层的位置，应选择活动断层位移和断裂带宽度最小的地方穿越断裂带若管道与断裂带平行，管道一般应距断裂破碎带200 m外敷设。

16、7.3.4增加管子的壁厚。7.3.5管道经过活动断层处的回填土宜采用疏松至中等密度、无猫性的土料。7.3.6线路工程需设固定墩时，固定墩的位置应远离活动断层。距离活动断层每侧的长度至少为管道受拉伸时断层一侧管道滑动长度L。的1.5-2.。倍(或管道受压缩时断层一侧管道滑动长度I_的1. 5一2.。倍)。7. 3.7断层过渡段(L,或L)内可采用柔性连接7.3. 8断层过渡段内不应设有三通、旁通和阀门等部件。7. 3.9断层区的管道，宜将管子置于带斜坡的管沟内。173SY/T 0450-19977.3.10将输送管道铺设在大的管沟或套管内，使管道与断层运动隔离(如图7.3. 10?，管沟直径根据

17、断层位移量确定图7. 3. 10管道在套管中的包装示意图7.3.11活动断层过渡段的管段，不宜采用不同直径或壁厚的管子。7.3. 12管道通过逆冲活动断层时，应考虑管道与断层成斜角相交。74滑坡地段的抗震措施7A. 1滑坡地段的稳定性验算结果不满足抗震稳定性要求的斜坡，可采取排水、支挡、减缓坡度或减载等措施滑坡地段的稳定性验算应按本规范附录C进行验算。1排水:对地面水，应设置排水沟，防止地面水浸人滑坡地段，必要时应采取防渗措施。在地下水影响较大的情况下，应根据地质条件，做好排水措施;2支挡:根据滑坡推力的大小、方向及作用点，可选用抗滑挡墙、锚杆及其他抗滑结构;3减缓坡度;4减载:在保证卸载区上

18、方及两侧岩土稳定的情况下，可在滑体主动区卸载，但不得在滑体被动区卸载。7.4.2管道铺设方向不得与滑坡方向垂直。7.5沙土液化区的抗震措施7.5. 1对液化区的埋地管道，宜按下列原则采取抗液化措施:1对于中等液化等级的区域，可采用非液化土全程回填夯实或沿管线等距离加配重(一般采取钢筋混凝土或混凝土墩固定在管道上)方法;2对于严重液化等级的区域，可采用抗浮桩(预制桩、灌注桩等)与管道相连接，或采用沿管线配重方法;3管线中有阀门井或地上阀室时，应按GB 11规定，采取抗液化措施;穿墙管道，周边应预留25 mm空隙，以填充柔性防水材料;4当管道处于液化区的不均匀沉陷地段时，宜采用管沟或套管敷设;5宜

19、采用延性好的材料或增加壁厚;6在液化区段内，不宜设置三通、旁通或阀门等部件。SY/T 0450-1997附录A管道场地地段划分A. 0. 1选择管道场地时，应按表A划分对管道抗震有利、不利和危险的地段。表A地段的划分地段划分地质、地形、地貌有利地段一般是指无全新世活动断裂、边坡稳定条件较好、场地土属于坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土等地段不利地段一般是指地质构造比较复杂，有第四纪全新世以来活动性断裂，场地土属于软弱场地土、液化土、条状突出的山脊、高耸孤立的山丘、非岩质(其中包括胶结不良的第三系沉积)的陡坡，采空区，河岸和边坡边缘、场地土在平面分布上软硬不均(如故河道、断层破碎带、暗埋的塘涣沟谷

20、及半填半挖地基等)等地段危险地段 一般是指地质构造复杂，有第四纪全新世活动性断裂及地屁时可能发生断裂、滑坡、崩塌、地陷、地裂等地段附录B材料性能和容许拉伸应变B. 0. 1国产钢材20号，Q235, X52, X56和X6。的材料性能和容许拉伸应变如表B. 0. 1-1所示。进口钢材API SL的X60, X65, X70的材料性能和容许拉伸应变如表B. 0. 1-2所示。B. 0. 2国产钢材与API X级钢材对应关系如表B.0.2所示。表B. 0. 1-1国产钢材的材料性能和容许拉伸应变序号钢号弹性区弹塑性区塑性区E.弹性模量E, (MPa)应力1o (MPa)应力a, (MPa)In1E

21、p弹性模量反(MPa)应力ai (MP.)1lidE弹性模量石m (MP.) 应力氏(MPa)工20o. 00112.1只1052302310.0818893020. 3240. 4000.03022Q2350.00122.1火1052412430.07114613450.2840. 3890.03453X520. 00162. 1沐10:3383400.06912914270. 2760. 3480.04274X560. 00212.1X 104314320.056705470n夕夕夕0. 3260.04705X600. 00222. 1火104644660.0528435080. 2100

22、.3120.05086X650.00232.1又104834850.053769524自夕120. 3120.0524一-一注:】为材料塑性变形开始点的应变;亡，为材料应力一应变简化折线中弹塑性区与塑性区交点处的应变值，取e:为容许拉伸应变乓。为材料拉伸失稳开始处的延伸率;T为材料拉断后伸长量与原长之比的延伸率175SY/T 0450-1997表8.0-1-2进口钢材的材料性能和容许拉伸应变序号钢号弹性区弹塑性区塑性区E.弹性模量E, (MP.)应力1, (MPa)应力a, (MP.)Ey弹性模量凡(MPa)应力a, (MPa)1 E,弹性模量Ea, (MPa) 应力a, (MPa)1X600

23、.00242.1又1054624650. 0413565160.1700.04702X650. 00242. 1沐104924960.0418085640. 1450.05083X700. 00242.1火10,5335370.0315225790. 1000.0524衷B. 0. 2国产钢材与API X级对应关系表APIABX42X46X52X56X60X65X70X80GB 97115205S2405290S315S360S385S4155450S480注其容许拉伸应变可与API等同;本表系根据石油天然气输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管0 GB/T 9711-1988，将国际钢材等级改为S级，与

24、API X级对应.附录C滑坡地带的稳定性验算C. 0. 1在地震作用下的均质斜坡，其滑动面为圆弧形或近于圆弧形，用条分法进行验算。即假定滑坡体滑动时的滑动面为圆柱面，图C. 0. 1中AC线为圆往面的一部分.O为圆心，R为半径，i，为滑动土体被分成的若干铅直土条，计算每一土条的滑动力和抗滑力。当滑坡体极限平衡时，所有的外力对转动中心0点的力矩总和等于零。计算步骤如下:图C. 0. 1受地震作用的均质斜坡1通过坡脚任选一个可能的滑动面其半径为R。将滑坡体分成若干等宽的铅直土条(一般分成8-12条)，计算每一个土条的重量W; (kN/m)176SY/T 0450-19972将每一土条的重量W.分解

25、为圆弧的切向力T,和法向力N。当各土条滑动面与水平面的夹角为0;时:T.二(1士Kv)W,sinO;+KW; COSO; (C. 0. 1一1)N，二(1士K) W; cos民+KW;sinO; (C. 0. 1一2)式中:Kv,Ks垂直、水平地震系数，按表C. 0. 1取值。衰C. 0. 1地及系数地皿烈度789地震系数K0.100.200.40Kv0.050.100.203滑动体ABC的稳定系数应按(C. 0. 1-3)式计算。艺(N,tg$F+CL)K,=已一一艺 T;(C.0.1-3)式中:K稳定系数;N;每条土的法向重力(kN/m);T每条土的切向重力(滑动方向与滑动力方向相反时，取

26、负值)(kN/m);L;每条土的滑动弧的长度，(m);0,-滑动面土体的内摩擦角;c-一滑动面土体的内聚力。在验算时，应假定几个可能的滑动圆心及其滑动面，依次按上式计算，具有最小稳定系数的滑动面即是最危险的滑动面。这最小稳定系数根据工程的重要性选取，一般可取K,)I. 2。若不满足时，则应采取抗震措施用上式验算时，原则上应通过动力试验测定土体在地展力作用下的内聚力和内摩擦角等抗剪强度指标，无动力试验条件时，可用固结不排水强度指标或相当的抗剪强度(如地基固结后的现场十字板抗剪强度)C. 0. 2在地震作用下的非均质斜坡，滑动面可能为折线形，滑动面为折线形的滑坡，可采用分段计算方法验算。即沿折线的

27、转折处条分成若干块段(图C.0.2)，从上至下逐块计算推力。每块滑坡体向下滑动的力与岩土体阻挡下滑的力之差，也即剩余下滑力，是逐级向下传递的，即式(C. 0. 2-1).E一kT一N; tg$;一C;L; + E- ,P (C. 0. 2-1)0=cos(B;-一B;)一sin(B;_，一B,)tg俄(C.0.2一2)图C. 0. 2受地震作用的非均质斜坡SY/T 0450-1997式中:F_;F,;第i块滑坡体的剩余下滑力(kN/m);第。1块滑坡体的剩余下滑力(kN/m)，如为负值便不计人;解传递系数，按式C. 0. 2-2计算;T;作用于第i块段滑动面上的滑动分力(kN/m) ;N一一作

28、用于第i块段滑动面上的法向分力(kN/m) ;W一一一第i块段岩土的重量(kN/m);户第i块滑坡体沿滑动面岩土的内摩擦角(。);C第i块滑坡体沿滑动面岩土的内聚力(kPa) ;么土块滑动的长度(m);氏，久_1分别是第i块和第i-1块滑坡体的滑动面与水平面的夹角(。);k安全系数，取k=1. 2e在计算中，当任何一块剩余下滑力为零或负值时，说明该块对下一块不存在滑坡推力。若当最终一块土体的剩余下滑力为负值或零时，表示整个土体是稳定的;如为正值，则不稳定，应当按此剩余下滑力设计支挡结构。SY/T 4103-1995续表管外径114. 3-323. 82 2 0 0 2 6323. 84 4 0

29、 0 4 12注:该表适用于对接管资格考试和工程焊接要求的破坏性试脸。外径小于60.3 mm的管子焊接两个试验焊缝，各取一个刻糟锤断试样及一个背弯试样。对外径等于或小于33.4 mm的管子，应做一个全尺寸试样的拉伸试脸.6.5.2对接焊的拉伸、刻槽锤断和弯曲试验试样的准备及试验应按5.6的规定进行。用于拉伸试验的试样可改作刻槽锤断试验。6.5.3对接焊拉伸试验验收要求如果有不少于2个拉伸试样或一个全尺寸管试样的拉伸断口在焊缝处或熔合线处，且该断口的缺陷不符合5. 6. 3. 3的要求，则该焊工不合格。6.5.4对接焊的刻槽锤断试验验收要求如果任一刻槽锤断试样断口的缺陷仁不包括白点(fish e

30、ye)不符合5. 6. 3. 3的要求，则该焊工不合格。65.5对接焊的弯曲试验验收要求如果任一弯曲试样拉伸弯曲面的缺陷不符合5.6.4.3或5. 6. 5. 3的要求，则该焊工不合格。对高强钢管焊口的弯曲试样允许不弯曲到完全的U型。如果试样从裂纹处断裂，且其断面符合5.6.3.3的要求，则该试样合格。如果只有一个弯曲试样因未焊透引起不合格，且业主同惫该试样中的未焊透不是该焊口焊缝的典型缺陷，允许在紧靠该试样的地方再取一个替换试样试验，如果替换试样仍不合格，则该焊工不合格。6.5.6角焊缝试样应从每个考试焊口上取样。当考试焊口是一个完整的管接头时，应按照图10所示位置取样，如果考试焊口是管接头

31、的扇形段时，则应从每个扇形段上截取数量相等的试样。试样在试验前应空冷至室温。6.5.7角焊缝试样的试验方法和要求角焊缝试样应按照5. 8的规定进行准备和试验6.6射线照相探伤(简称射线探伤)只用于对接焊6.6. 1概述按业主的选择，在对接管资格考试时，可以用射线探伤代替6.5中规定的试验。6.6.2探伤要求应对每个焊工的全部考试焊口进行射线探伤，如果任何一段焊缝不符合9. 3的要求，则该焊工不合格。用破坏性试验考试焊工时，不得用射线探伤挑选取样位置。6.7补考如果不合格的原因是焊工不能控制的条件或环境所造成的，经业主和承包者代表同意，可给该焊工一次补考机会。其他不合格的焊工在未经业主认可的培训前，不允许补考。634