我國(guó)屬地震多發(fā)區(qū)，對(duì)于有抗震設(shè)防要求的城市，建好城市管網(wǎng)和凈水設(shè)施是非常重要的，這對(duì)于發(fā)生地震后及時(shí)恢復(fù)供水、保障生命安全、減少地震損失具有重大意義。
本文收集了我國(guó)唐山、天津、營(yíng)口、臺(tái)灣集集地區(qū)及日本兵庫縣南部地震(阪神地區(qū))、釧路市、三陸沖(八戶市)等城市地震對(duì)管網(wǎng)的破壞數(shù)據(jù)并進(jìn)行了詳細(xì)分析。
管道接口抗震性差
發(fā)生于1976年7月的唐大山地震，其烈度為9度~11度，對(duì)城市供水管網(wǎng)破壞極大。在唐山市總長(zhǎng)度為110千米(DN=75毫米以上)的供水干管中，444處遭到不同程度的破壞，其中接口拔出及損壞的有353處，占總被破壞處數(shù)的79.5%%，而管體折斷及破裂者為91處，占20.4%。而在日本阪神地震中，總長(zhǎng)為12068.5千米的管道，其中接口被破壞及損壞的有1768處，占總被破壞處的68.1%，而管件折斷或破裂為830處，占總數(shù)的31.9%，可見管道接口和變向接頭配件比直管段損害率大。
管道大口徑比小口徑抗震能力強(qiáng)
因?yàn)榇罂趶焦艿赖膭傂詮?qiáng)，且它與土壤接觸的摩擦力大，故在同等條件下大口徑管的抗震性能強(qiáng)。如1976年唐山地震波及天津(烈度為7度～8度)，當(dāng)時(shí)天津市輸配水管網(wǎng)總長(zhǎng)度為1676.96千米(含干管、支管)，被破壞總數(shù)為1308處，其中直徑150毫米以上的管道(共954.23千米)被破壞483處，占被破壞總數(shù)的37%，而支管(共722.75千米)被破壞815處，占被破壞總數(shù)的62.3%。
管材及配件的選擇
對(duì)國(guó)內(nèi)外近年來幾個(gè)城市地震調(diào)查資料的分析表明，一般球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PC—CP)和柔性接口預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管比灰鐵管、石棉水泥管、塑料管的抗震性能要好。例如日本兵庫縣南部地震(阪神地區(qū)大地震)中塑料管(VP)被破壞率為1.013處／千米，灰口鑄鐵管(CIP)為0.44處／千米，球墨鑄鐵管(DIP)為0.135處／千米，鋼管(SP)為0.084處／千米。
唐山市的一條鋼筋混凝土(柔性接口)管管長(zhǎng)為35千米(DN500～600)，在地震中未出現(xiàn)一處漏水。1975年，營(yíng)口地區(qū)一條DN600的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(柔性接口)鋪設(shè)在地下水位高、土質(zhì)松軟的鹽田地區(qū)，在8度地震后未發(fā)現(xiàn)震損。
我國(guó)臺(tái)灣集集大地震后，鋼管(SP)、球墨鑄鐵管(DIP)、塑料管等管道均有多處損環(huán)，唯獨(dú)PCCP管線未有損壞情況發(fā)生，其中包括距離震中不到50千米的六輕專用的PCCP管線(雙線總長(zhǎng)度為86千米)。臺(tái)灣水泥制品工業(yè)同業(yè)工會(huì)預(yù)應(yīng)力管小組認(rèn)為，PCCP管對(duì)地震波具有優(yōu)異抗震性的原因?yàn)椋孩倨涑胁蹇诘纳炜s量大(約有40毫米的拉伸量)；②PCCP管外表粗糙，與周圍接觸土壤之摩擦力大，地震時(shí)幾乎無相對(duì)位移，且承插口能夠吸收地震波動(dòng)造成的管道移動(dòng)伸縮量；③本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、自重穩(wěn)定且表面粗糙度大。
1999年臺(tái)灣集集大地震中鋼管、灰口鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、塑料管的破壞率分別為0.11%、0.45%、0.03%、68.4%，可見塑料管的被破壞率是相當(dāng)驚人的。
2003年2月24日我國(guó)新疆喀什地區(qū)巴楚縣發(fā)生地震(6度左右)，由于震區(qū)大量采用UPVC塑料管作為輸配水管道，故震后供水管網(wǎng)遭到嚴(yán)重破壞，生活供水管路幾近癱瘓。
管道柔性接口比剛性接口抗震性能好
地震時(shí)產(chǎn)生的各種地震波和地層移動(dòng)性破壞是難于捉摸的，因?yàn)楣艿浪幍牡匦�、地貌、斷層及土壤液狀化等因素均不相同。地震波�?jīng)過時(shí)產(chǎn)生的土層移動(dòng)和相對(duì)位移是破壞地下管線的主要原因，而地震波中以表面波的雷利波(橫波)對(duì)地下埋管的破壞影響最大，因其對(duì)埋管產(chǎn)生拉伸和壓縮作用。根據(jù)北京市政工程研究院資料介紹，對(duì)撓曲管道的抗震模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)撓曲值為±1.2毫米時(shí)剛性接口便開始漏水，而柔性接口鑄鐵管橫向振動(dòng)撓曲值達(dá)±31.5～±43.5毫米時(shí)管道仍不滲、不漏、不破壞(日本標(biāo)準(zhǔn)為±30毫米)。
我國(guó)唐山地震時(shí)，路北區(qū)(烈度為10度)的一條DN100鋼管曾被改造，在管道上每30米設(shè)一個(gè)伸縮器，經(jīng)過10度地震，這條管線未被破壞，但處于該地區(qū)的其他管線則遭到嚴(yán)重破壞。另外唐山市一條35千米的輸水干管采用了承插式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(柔性接口)，地震中未出現(xiàn)一處漏水。1994年12月28日日本三陸沖地震，八戶市水道企業(yè)團(tuán)在地震前曾對(duì)主要送配水管道進(jìn)行了耐震設(shè)置，在球墨鑄鐵管上采用了S及S1I型耐震接頭，震后該管路沒有一處被毀。
鋪設(shè)在穩(wěn)固地基上的管道比鋪設(shè)在潮濕地、液狀化、地質(zhì)斷層的管道的抗震性能好。例如天津位于多河流地區(qū)，過河管易遭受地震損害，在唐山地震波及天津時(shí)，其四條過海河的焊接鋼管中竟有兩條斷裂。因?yàn)檫^河管要通過河的兩岸，受到兩岸地形、地貌震后變化的影響，河岸受震滑波，必將使其遠(yuǎn)離河岸一側(cè)的改向管線受拉而脫口，又會(huì)使靠河一側(cè)的改向管線受壓擠而咬口或折斷，這是過河管遭受地震損壞的一般規(guī)律。有的地震設(shè)防城市的大型供水工程的過河倒虹吸管，在過河時(shí)沿岸的下坡管或渠道沒有采取加固地基的措施，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，倒虹吸管或渠道的坡管與水平管的折點(diǎn)處產(chǎn)生了開裂進(jìn)而漏水，如此受到較強(qiáng)地震波的沖擊，則必然會(huì)加重?fù)p害，這也是值得重視的。