高忠偉 郭小東 蘇經(jīng)宇

城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)是重要的城市公用設(shè)施,是城市的生命線,一旦發(fā)生7級以上地震時,則可能對管道造成嚴(yán)重的破壞,它不僅可使供水系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài),而且會產(chǎn)生次生災(zāi)害,危及人們的生命和工廠的安全。越是工業(yè)發(fā)展,越是現(xiàn)代化,供水管道的抗震加固就越顯得重要[1]。

城市用水主要指維系人類基本的生產(chǎn)生活所涉及的工業(yè)用水、生活用水、醫(yī)療機構(gòu)用水、消防用水等,但大震來襲后絕大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)部門已停止生產(chǎn),而此時主要的用水就是生活用水、醫(yī)療機構(gòu)用水以及消防用水。

1 供水管網(wǎng)系統(tǒng)特點

1)覆蓋面積大,各處管道或其他元件所受到的地震強度和地震作用的威脅是不同的。2)具有系統(tǒng)性。系統(tǒng)中所包括的各種功能元件相互作用,構(gòu)成一個網(wǎng)格系統(tǒng),共同發(fā)揮作用。3)地下管網(wǎng)是地震易損性元件,它不僅在高烈度區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的破壞,在烈度為7度時也有發(fā)生破壞的可能。4)震后地下管線的破壞位置和所處狀態(tài)難以檢測。

2 地下管道的破壞特征

1)烈度和場地土的影響。一般而言,烈度越大,破壞程度越大;場地土質(zhì)好壞程度、地基砂土液化程度、地基土震陷程度等對地下管道的破壞程度具有顯著的影響。2)地形、地貌的影響。地形和地貌對地下管道的破壞程度具有很重要的影響。比如管道沿河岸邊是否通過河道,是否通過斷層等等。3)管材、接口形式的影響。比如管道使用年代、管道腐蝕程度、管徑、是否采用柔性接口等等[3-5]。

3 地下管道的破壞形式

地下管道的破壞形式主要有三種基本類型:1)管道接口破壞;2)管體破壞,它包括管體的縱向或環(huán)向裂縫,通過斷層的管體、小口徑的管體、銹蝕嚴(yán)重的管體被折斷等;3)三通、彎頭、閥門以及管道與其他地下結(jié)構(gòu)物連接處的破壞。其中以接口破壞最為普遍。與管徑本身的強度相比,地下管道接口是抗震的薄弱環(huán)節(jié)。管道接口通?？煞譃閯傂越涌诤腿嵝越涌趦煞N類型。管材和管徑的大小對于震害程度也有一定的影響。鋼管的地震破壞程度與其腐蝕程度有密切關(guān)系,其震害差別也較大。一般情況下,未腐蝕、大口徑焊接鋼管的抗震性能最好,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管次之,鑄鐵管再次之,石棉水泥管最差。就管徑而言,一般的趨勢是管徑越大,震害率越低[5]。

4 提高大震下城市用水保障能力的建議

1)抗震設(shè)防城市在建設(shè)供水工程前,必須認(rèn)真收集有關(guān)資料,包括管線(以干線為主)鋪設(shè)地段的歷史地震資料及設(shè)防區(qū)劃分。對地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)特征及管線經(jīng)過的河流、湖泊地帶、地面大型建筑物等資料進行考查。

2)針對地下管道的破壞形式而言,可以使用大口徑鋼管接口采用柔性接口,盡量將干線選擇在穩(wěn)固地基上,遠(yuǎn)離斷層、滑坡及液化狀地帶,避免鋪設(shè)在回填土上或河岸邊、海灣、峭巖壁地段;在軟硬地基交界處,必須考慮不均勻下沉,當(dāng)管道必須通過液化區(qū)、河岸邊、滑坡區(qū)時,必要時需用樁基,尤其對過河的倒虹吸管道(渠道),樁端應(yīng)落在硬土層內(nèi);確定恰當(dāng)?shù)穆裆?一般地區(qū)埋深在0.7 m,在高烈度地區(qū)管道埋深應(yīng)適當(dāng)增加。

該方法可以直接有效地提高供水管道的抗震能力。但是由于其造價較昂貴,如果整個城市的供水管道都以這一標(biāo)準(zhǔn)實施的話,所需資金十分龐大,就目前我國的經(jīng)濟發(fā)展水平而言,是難以實現(xiàn)的。另外,我們無法保證大震下所有的建(構(gòu))筑物都能正常使用、不坍塌。這就使得許多管線沒必要采用這種高標(biāo)準(zhǔn)建造。對北京、上海等我國政治、經(jīng)濟、文化中心的大城市而言,有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟實力和政治考慮,可以較大范圍地采用這一方法。其他欠發(fā)達的中小城市可以將政府主要職能部門、醫(yī)院、學(xué)校等重要建筑物的供水管道,以及城市供水主干管道、消防管線采用這一方法進行建設(shè)。以便能夠充分利用有限的財力,使大震后城市的供水能力得到最大的保障。

3)修建蓄水池。可以在關(guān)鍵設(shè)施、重要建筑物等附近有利位置修建蓄水池,在蓄水池進出管設(shè)置閥門,以防止因管道被破壞而使池中的蓄水流失。蓄水池的數(shù)量、容量視其供水半徑范圍內(nèi)的人數(shù)、建筑物的防火等級來定。修建蓄水池可以一舉多得。它相對直接提高供水管道的抗震能力而言更經(jīng)濟、施工更方便、技術(shù)要求更低等。在震后給水管道破壞的情況下,蓄水池不僅可以暫時解決一定范圍內(nèi)人們飲用水的燃眉之急,還可以在發(fā)生次生火災(zāi)的情況下起到快速有效救火的作用,體現(xiàn)出了綜合防災(zāi)的思想。但是由于我國南北氣候差異顯著,北方的冬季氣溫很低,要想使蓄水池發(fā)揮作用,必須提高蓄水池的保溫抗凍能力。這個問題需進一步深入研究,使蓄水池能像在南方一樣經(jīng)濟可靠地在北方使用。

4)儲備應(yīng)急水車。一臺普通水車的價格在20萬元左右,其容量在4 500 L～8 000 L之間。由于應(yīng)急水車的機動性十分良好,它可以方便快捷地解決震后管道供水中斷、沒有蓄水池區(qū)域人們的飲用水問題。在平時,應(yīng)急水車可以作為灑水車,可以澆灌城市道路綠地,對城市道路清潔和消毒,在很大程度上提高了人們城市生活的舒適度。應(yīng)急水車也可以作為消防水車使用,不管是平時,還是在震后的次生火災(zāi)中都能發(fā)揮極大作用,從而可以進一步提高城市的消防能力。這一方法對于我國各種地理地質(zhì)而言均適用,不存在局限于區(qū)域性的問題。

5)修建機井或應(yīng)急水井。該方法分為兩種,即震前預(yù)先修建和震后緊急打鉆。經(jīng)歷5·12汶川大地震之后,由于電力中斷、機井管道破損嚴(yán)重等,使得震前預(yù)先修建的機井在震后無法使用。在這次汶川地震中得到大量使用的是震后緊急打鉆水井(限于成都平原范圍內(nèi)),這種水井無需電力,由人力機械抽取地下水。其建造快捷、方便、技術(shù)要求低、價格低廉(一口水井的造價在200元以內(nèi))、出水量十分穩(wěn)定,一口水井足以滿足數(shù)百人的生活用水。該方法的不足之處是受地下水深度的影響。我國地下水深度南北差異、平原與丘陵、山川差異十分大,在一定程度上限制了水井(機井)的使用,具有很大的局限性。

6)儲備瓶裝飲用水。由于城市飲用水(瓶裝)的日消耗量本身就較大,各生產(chǎn)、物流、銷售等單位必須有一定數(shù)量的儲備。政府相關(guān)部門可以利用這一點與相關(guān)儲備單位簽訂協(xié)議,給予一定經(jīng)濟補償或政策優(yōu)惠,要求其儲備量不能低于一定數(shù)量。該數(shù)量由當(dāng)?shù)厝丝诿芏?、?shù)量、人均日保障量等來決定。儲備地點也要進行考察和優(yōu)化,盡量將其設(shè)置在靠近城市的疏散場地。這樣不僅可以暫時解決本市震后人們飲用水問題,而且還可以在相鄰城市受災(zāi)后,有能力給予緊急救援。其缺點是儲備量不是很大,保障能力有限,而且對保證震后次生火災(zāi)的消防能力沒有什么作用。

5 結(jié)語

目前我國面臨著解決經(jīng)濟進一步的深化改革、城市化的全面推進、和諧社會的建設(shè)等諸多困難和問題。能夠較好較快地實現(xiàn)這一切,我國的防災(zāi)減災(zāi)能力必須與時俱進,適應(yīng)不斷變化的各種復(fù)雜惡劣環(huán)境。運用現(xiàn)代科技全面提高我國的綜合防災(zāi)能力,為和諧社會的建設(shè)和全面實現(xiàn)我國的小康生活保駕護航。

[1] 武 潔.試論城市供水管道抗震加固[J].山西建筑,2001,27(12):20-21.

[2] 趙成剛.地下管線抗震問題評述[J].世界地震工程,1988(4):19-20.

[3] 孫紹平.中國地下管線的震害[M].北京:學(xué)術(shù)書刊出版社,1990.

[4] 候忠良.地下管線抗震[M].北京:學(xué)術(shù)書刊出版社,1990.

[5] 趙成剛,馮啟民.生命線地震工程[M].北京:地震出版社, 1994.