黃文堯  馮慧  王璐

廣東大鵬液化天然氣有限公司

2010年以來(lái)，國(guó)內(nèi)油氣管道企業(yè)對(duì)于長(zhǎng)輸管線(xiàn)兩側(cè)深根植物的管理，執(zhí)行《石油天然氣管道保護(hù)法》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)管道保護(hù)法）第三十條規(guī)定：“在管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側(cè)各五米地域范圍內(nèi)，禁止下列危害管道安全的行為：（一）種植喬木、灌木、藤類(lèi)、蘆葦、竹子或者其他根系深達(dá)管道埋設(shè)部位可能損壞管道防腐層的深根植物”。管道保護(hù)法釋義對(duì)此解釋?zhuān)��?guī)定主要從兩方面考慮：①喬木、灌木、藤類(lèi)、蘆葦、竹子植物的根系可深達(dá)管道埋設(shè)部位并損壞管道防腐層，使防腐層失效；②管道上方種植植物，不僅妨礙管道正常巡護(hù)、檢測(cè)、維修作業(yè)，在管道發(fā)生泄漏的緊急情況下，大型救援機(jī)具難以及時(shí)通過(guò)或靠近險(xiǎn)情發(fā)生區(qū)域，給事故的應(yīng)急救援和搶險(xiǎn)工作帶來(lái)影響，甚至使發(fā)生的險(xiǎn)情得不到有效處置，危害管道運(yùn)行安全。

但是在管道保護(hù)實(shí)際工作中，此條款執(zhí)行起來(lái)卻存在不少困難。主要表現(xiàn)在：①法規(guī)中的“深根性植物”在植物學(xué)中并無(wú)準(zhǔn)確定義，亦無(wú)量化標(biāo)準(zhǔn)。如竹子為典型的草本植物，根系亦不深，可法規(guī)中卻明令禁止。模糊的條文規(guī)定使得管道沿線(xiàn)土地所有權(quán)人、管道企業(yè)、政府管道主管部門(mén)以及交通、綠化主管部門(mén)極易對(duì)深、淺根植物劃分產(chǎn)生分歧，阻礙了該法律條文的執(zhí)行。②已發(fā)現(xiàn)的多起根系破壞防腐層的情況都為早期的石油瀝青防腐層，針對(duì)目前主要在役管道所采用的3PE防腐層，其受到植物根系破壞并無(wú)太多案例。因此，是否應(yīng)該就兩種不同防腐層的管道采用不同的植物管理規(guī)定，是一個(gè)值得我們討論的問(wèn)題。③目前國(guó)內(nèi)在役的主要長(zhǎng)輸管線(xiàn)埋設(shè)時(shí)并沒(méi)有進(jìn)行征地，根據(jù)管道保護(hù)法規(guī)定，要求管線(xiàn)周邊的土地權(quán)屬人在管線(xiàn)左右五米內(nèi)不能進(jìn)行相關(guān)種植作業(yè)，很難得到土地權(quán)屬人的支持和理解，極易引發(fā)沖突，同時(shí)也與創(chuàng)建國(guó)家森林城市和國(guó)家園林城市的宗旨相違背。因此，亟須針對(duì)管道周邊植物種植制定科學(xué)的管理辦法。

1  管道周邊現(xiàn)狀

珠三角地區(qū)地處南亞熱帶屬海洋性季風(fēng)氣候，非常適合植物生長(zhǎng)，綠化率相對(duì)較高。隨著能源需求的增加管道數(shù)量逐年增多。通過(guò)對(duì)近年來(lái)管道事故誘因分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存植物根系對(duì)管線(xiàn)涂層造成一定的破壞（見(jiàn)圖 1）。且近年來(lái)極端天氣頻發(fā)，臺(tái)風(fēng)等導(dǎo)致樹(shù)木連根拔起的情況越來(lái)越多，而深根植物對(duì)管道安全及管理的影響研究相對(duì)空白。

圖1  管道腐蝕損壞實(shí)例

2  研究目標(biāo)

主要通過(guò)對(duì)某天然氣管道周邊植物根系調(diào)查，開(kāi)展植物根系對(duì)管道安全影響因素及其危害程度研究，完成以下目標(biāo)。

（1）確定管道周邊植物對(duì)管道的危害級(jí)別。

（2）為綠化管理部門(mén)綠化種植提供參考建議，包括可種植物種類(lèi)、種植的安全距離等。

（3）針對(duì)管道上方現(xiàn)有樹(shù)種以及周邊常見(jiàn)樹(shù)種，分析根系可能對(duì)管道產(chǎn)生的安全影響，提出合理的整改措施。

（4）提出華南區(qū)域油氣長(zhǎng)輸管道的樹(shù)木巡查和識(shí)別目錄。

3  主要研究?jī)?nèi)容

該研究工作具有信息量大，數(shù)據(jù)多、專(zhuān)業(yè)覆蓋面廣等特點(diǎn)，將其分解為多個(gè)任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)安排不同的個(gè)人或單位來(lái)完成。主要工作任務(wù)如下。

（1） 通過(guò)巡線(xiàn)保安完成了440 km管道周邊植物情況調(diào)查，統(tǒng)計(jì)管道兩側(cè)1.5 m以?xún)?nèi)的樹(shù)種。

（2）請(qǐng)植物專(zhuān)家對(duì)管道沿線(xiàn)植物占?jí)呵闆r進(jìn)行核實(shí)，確認(rèn)樹(shù)種類(lèi)型；并根據(jù)植物生長(zhǎng)習(xí)性對(duì)管道的影響程度進(jìn)行樹(shù)種分級(jí)。

（3）從各級(jí)別植物中選取樣本進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證，并現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)。

（4）請(qǐng)某研究院根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行植物根系對(duì)管道危害程度的研究，內(nèi)容包括植物根系對(duì)管道防腐層的影響、植物根系對(duì)管道本體的影響。

（5）根據(jù)研究?jī)?nèi)容，針對(duì)已種植和未種植的植物，制定出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施。

4  研究成果

4.1  植物根系對(duì)管道防腐層的影響

所調(diào)查的管道均采用3PE結(jié)構(gòu)防腐層，根據(jù)GB/T 23257-2009《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》規(guī)定的性能指標(biāo)所示，其聚乙烯材料的抗拉伸、沖擊強(qiáng)度相對(duì)高，耐酸堿性能好，一般不容易受植物根系分泌物破壞。通過(guò)葡萄根系對(duì)3PE防腐層的擠壓作用力的研究結(jié)果表明：常溫條件下，葡萄根系能承受的最大土壤推頂力為3 MPa ，而PE材料的頂破壓力均超過(guò)3 MPa，因此不會(huì)對(duì)3PE防腐層產(chǎn)生破壞。

4.2  植物根系對(duì)管道本體的影響

（1）考慮植物生長(zhǎng)在管道上方，其自身重量通過(guò)土壤對(duì)管道形成向下的擠壓作用，如果植物年限較長(zhǎng)，重量較重，管道存在失效的可能性。

利用ANSYS有限元軟件建立管土模型，模擬一顆生長(zhǎng)20年的成年香樟樹(shù)，樹(shù)干高度可達(dá)20 m左右，整株樹(shù)重量約為1 500 kg，管道在樹(shù)下埋深1.5 m左右，計(jì)算出的管道上部與土壤接觸部位的內(nèi)表面等效應(yīng)力值最大，為182 MPa，小于鋼材屈服強(qiáng)度448 MPa，因此管道不會(huì)發(fā)生失效破壞（見(jiàn)圖 2）。

圖2  埋地管道等效應(yīng)力分布圖

圖 3   埋地管道位移分布云圖

（2）考慮植物傾倒時(shí)，生長(zhǎng)在管道下方或者纏繞在管道上的根系，會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生拉力、剪力或者力矩，使其局部應(yīng)力值超過(guò)鋼材應(yīng)力極限，從而使管道發(fā)生失效。

再次選擇香樟樹(shù)，利用ANSYS有限元軟件建立模型，模擬了管道隆起變形、單個(gè)樹(shù)根作用于管道、多個(gè)樹(shù)根作用于管道等各種不同的工況，最后得出計(jì)算結(jié)果：當(dāng)傾倒的香樟樹(shù)單個(gè)樹(shù)根直徑超過(guò)0.094 m時(shí)，管道存在失效的可能性；在管道完全被樹(shù)根包裹，不產(chǎn)生滑動(dòng)的情況下，香樟樹(shù)必須達(dá)到17 m高、0.25 m直徑時(shí)管道才有失效的可能（見(jiàn)圖 3）。

4.3 樹(shù)木危害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

基于目前管道周邊行道樹(shù)的種植情況，通過(guò)樹(shù)木植物習(xí)性劃分、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、分析和力學(xué)模擬等研究，評(píng)價(jià)了植物根系對(duì)管道的影響程度，提出了樹(shù)木危害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1級(jí)（安全）：樹(shù)木根系不發(fā)達(dá)，主要為須根，生長(zhǎng)深度未達(dá)管道埋深的樹(shù)種，對(duì)管道防腐層和本體無(wú)太大影響；

2級(jí)（中等危險(xiǎn)）：主根不發(fā)達(dá)，側(cè)根發(fā)達(dá)，板根與須根夾雜生長(zhǎng)，根系生長(zhǎng)深度能達(dá)到管道埋深，可能對(duì)管道防腐層產(chǎn)生危害，但對(duì)管道本體無(wú)太大影響；

3級(jí)（危險(xiǎn)）：主根發(fā)達(dá)，多為板根，且根系粗壯，生長(zhǎng)深度達(dá)到管道埋深，可對(duì)管道本體和防腐層產(chǎn)生危害。

4.4  評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）管道周邊37種樹(shù)種，結(jié)合深圳市綠化處提供的深圳地區(qū)常見(jiàn)種植樹(shù)種56種，共93種常見(jiàn)植物，其植物根系對(duì)管道的本體安全所產(chǎn)生威脅有限，主要是對(duì)管道防腐層、收縮套補(bǔ)口、管道搶維修和巡查的影響，其影響程度可接受，僅需對(duì)一些關(guān)鍵位置加強(qiáng)巡查力度，以降低管道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）93種樹(shù)種中，危害等級(jí)評(píng)價(jià)為3級(jí)的樹(shù)種1種，為香樟樹(shù)。香樟樹(shù)根系粗壯，強(qiáng)度高，當(dāng)遭遇極端災(zāi)害時(shí)，足夠粗壯的香樟根系可對(duì)管道產(chǎn)生破壞。這類(lèi)樹(shù)種不應(yīng)種植在管道周邊。

（3）危害等級(jí)評(píng)價(jià)為2級(jí)的樹(shù)種38種，這些植物根系主要表現(xiàn)為板根，側(cè)根發(fā)達(dá)，主根發(fā)達(dá)程度一般，根系生長(zhǎng)深度能夠達(dá)到管道埋深，但因根系強(qiáng)度較管材低，對(duì)管材本質(zhì)安全影響相對(duì)較小，主要危害防腐層和收縮套等。在條件允許的情況下，不應(yīng)種植在管道周邊。如果不可避免種植這類(lèi)樹(shù)種，應(yīng)在種植時(shí)安裝阻根板，以降低根系對(duì)管道的危害（見(jiàn)圖 4）。

圖 4  阻根板安裝方式

（4）危害等級(jí)評(píng)價(jià)為1級(jí)的樹(shù)種54種，這些植物根系主要為須根，根系生長(zhǎng)深度未達(dá)到管道埋深，對(duì)埋地管道本質(zhì)安全產(chǎn)生的影響較小，主要是對(duì)管道巡查和檢維修構(gòu)成一定影響。針對(duì)這類(lèi)樹(shù)種占?jí)呵闆r，可暫不采取具體措施，保留現(xiàn)狀，適當(dāng)對(duì)一些關(guān)鍵管段，例如存在防腐層破損點(diǎn)的管段，加強(qiáng)巡查即可。在未來(lái)種植選苗時(shí)，應(yīng)盡量避免選擇這類(lèi)樹(shù)種種植在管道正上方，如果確實(shí)需要種植，建議與管道之間保持2 m以上的間距。

5  結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)管道沿線(xiàn)植物種類(lèi)的準(zhǔn)確識(shí)別、詳細(xì)統(tǒng)計(jì)和專(zhuān)業(yè)分析，清楚定義了“深根植物”的概念，研究了不同植物種類(lèi)對(duì)管道的真實(shí)影響程度，制定了切實(shí)可行的管道周邊植物管理措施。減緩了管道企業(yè)與土地所有權(quán)人在土地資源上的矛盾和利益沖突，為長(zhǎng)輸管道周邊營(yíng)造良好的社會(huì)環(huán)境創(chuàng)造了前提條件。

（2）通過(guò)專(zhuān)業(yè)的理論分析、真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、先進(jìn)的軟件計(jì)算等多種手段和工具對(duì)植物對(duì)管道的影響進(jìn)行了分析和評(píng)估，其結(jié)論可以作為政府管道保護(hù)部門(mén)及管道保護(hù)企業(yè)進(jìn)行管道周邊植物管理的有效依據(jù)，亦可作為后續(xù)園林綠化及市政建設(shè)的設(shè)計(jì)參考，既避免了大量社會(huì)資源的浪費(fèi)，又提高了土地利用率，為長(zhǎng)輸管道與城市和諧共存提供了條件。

（3）通過(guò)植物根系對(duì)管道影響的研究，界定了不同植被區(qū)域的管道風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，制定了有效的管理辦法和措施，為油氣管道長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定的運(yùn)行創(chuàng)造了條件，為創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供了保障。

作者：王璐，男，1978年生，工程師，2009年畢業(yè)于德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)道路及鐵路專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事于天然氣管道保護(hù)工作。

《管道保護(hù)》2017年第6期（總第37期）