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)，國內油氣管道企業(yè)對于長(cháng)輸管線(xiàn)兩側深根植物的管理，執行《石油天然氣管道保護法》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)管道保護法）第三十條規定：“在管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側各五米地域范圍內，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管道埋設部位可能損壞管道防腐層的深根植物”。管道保護法釋義對此解釋?zhuān)�規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管道埋設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、檢測、維修作業(yè)，在管道發(fā)生泄漏的緊急情況下，大型救援機具難以及時(shí)通過(guò)或靠近險情發(fā)生區域，給事故的應急救援和搶險工作帶來(lái)影響，甚至使發(fā)生的險情得不到有效處置，危害管道運行安全。

但是在管道保護實(shí)際工作中，此條款執行起來(lái)卻存在不少困難。主要表現在：①法規中的“深根性植物”在植物學(xué)中并無(wú)準確定義，亦無(wú)量化標準。如竹子為典型的草本植物，根系亦不深，可法規中卻明令禁止。模糊的條文規定使得管道沿線(xiàn)土地所有權人、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)極易對深、淺根植物劃分產(chǎn)生分歧，阻礙了該法律條文的執行。②已發(fā)現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，是否應該就兩種不同防腐層的管道采用不同的植物管理規定，是一個(gè)值得我們討論的問(wèn)題。③目前國內在役的主要長(cháng)輸管線(xiàn)埋設時(shí)并沒(méi)有進(jìn)行征地，根據管道保護法規定，要求管線(xiàn)周邊的土地權屬人在管線(xiàn)左右五米內不能進(jìn)行相關(guān)種植作業(yè)，很難得到土地權屬人的支持和理解，極易引發(fā)沖突，同時(shí)也與創(chuàng )建國家森林城市和國家園林城市的宗旨相違背。因此，亟須針對管道周邊植物種植制定科學(xué)的管理辦法。

1  管道周邊現狀

珠三角地區地處南亞熱帶屬海洋性季風(fēng)氣候，非常適合植物生長(cháng)，綠化率相對較高。隨著(zhù)能源需求的增加管道數量逐年增多。通過(guò)對近年來(lái)管道事故誘因分析發(fā)現，現存植物根系對管線(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)，臺風(fēng)等導致樹(shù)木連根拔起的情況越來(lái)越多，而深根植物對管道安全及管理的影響研究相對空白。

圖1  管道腐蝕損壞實(shí)例

2  研究目標

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

（1）確定管道周邊植物對管道的危害級別。

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

（4）提出華南區域油氣長(cháng)輸管道的樹(shù)木巡查和識別目錄。

3  主要研究?jì)热?/span>

該研究工作具有信息量大，數據多、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查，統計管道兩側1.5 m以?xún)鹊臉?shù)種。

（2）請植物專(zhuān)家對管道沿線(xiàn)植物占壓情況進(jìn)行核實(shí)，確認樹(shù)種類(lèi)型；并根據植物生長(cháng)習性對管道的影響程度進(jìn)行樹(shù)種分級。

（3）從各級別植物中選取樣本進(jìn)行開(kāi)挖驗證，并現場(chǎng)采集數據。

（4）請某研究院根據采集到的數據進(jìn)行植物根系對管道危害程度的研究，內容包括植物根系對管道防腐層的影響、植物根系對管道本體的影響。

（5）根據研究?jì)热�，針對已種植和未種植的植物，制定出切實(shí)可行的應對措施。

4  研究成果

4.1  植物根系對管道防腐層的影響

所調查的管道均采用3PE結構防腐層，根據GB/T 23257-2009《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》規定的性能指標所示，其聚乙烯材料的抗拉伸、沖擊強度相對高，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3PE防腐層的擠壓作用力的研究結果表明：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3PE防腐層產(chǎn)生破壞。

4.2  植物根系對管道本體的影響

（1）考慮植物生長(cháng)在管道上方，其自身重量通過(guò)土壤對管道形成向下的擠壓作用，如果植物年限較長(cháng)，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(cháng)20年的成年香樟樹(shù)，樹(shù)干高度可達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，計算出的管道上部與土壤接觸部位的內表面等效應力值最大，為182 MPa，小于鋼材屈服強度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(cháng)在管道下方或者纏繞在管道上的根系，會(huì )對管道產(chǎn)生拉力、剪力或者力矩，使其局部應力值超過(guò)鋼材應力極限，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，最后得出計算結果：當傾倒的香樟樹(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)木危害等級標準

基于目前管道周邊行道樹(shù)的種植情況，通過(guò)樹(shù)木植物習性劃分、現場(chǎng)數據采集、分析和力學(xué)模擬等研究，評價(jià)了植物根系對管道的影響程度，提出了樹(shù)木危害等級標準。

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

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

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

4.4  評價(jià)結果

（1）管道周邊37種樹(shù)種，結合深圳市綠化處提供的深圳地區常見(jiàn)種植樹(shù)種56種，共93種常見(jiàn)植物，其植物根系對管道的本體安全所產(chǎn)生威脅有限，主要是對管道防腐層、收縮套補口、管道搶維修和巡查的影響，其影響程度可接受，僅需對一些關(guān)鍵位置加強巡查力度，以降低管道運營(yíng)風(fēng)險。

（2）93種樹(shù)種中，危害等級評價(jià)為3級的樹(shù)種1種，為香樟樹(shù)。香樟樹(shù)根系粗壯，強度高，當遭遇極端災害時(shí)，足夠粗壯的香樟根系可對管道產(chǎn)生破壞。這類(lèi)樹(shù)種不應種植在管道周邊。

（3）危害等級評價(jià)為2級的樹(shù)種38種，這些植物根系主要表現為板根，側根發(fā)達，主根發(fā)達程度一般，根系生長(cháng)深度能夠達到管道埋深，但因根系強度較管材低，對管材本質(zhì)安全影響相對較小，主要危害防腐層和收縮套等。在條件允許的情況下，不應種植在管道周邊。如果不可避免種植這類(lèi)樹(shù)種，應在種植時(shí)安裝阻根板，以降低根系對管道的危害（見(jiàn)圖 4）。

圖 4  阻根板安裝方式

（4）危害等級評價(jià)為1級的樹(shù)種54種，這些植物根系主要為須根，根系生長(cháng)深度未達到管道埋深，對埋地管道本質(zhì)安全產(chǎn)生的影響較小，主要是對管道巡查和檢維修構成一定影響。針對這類(lèi)樹(shù)種占壓情況，可暫不采取具體措施，保留現狀，適當對一些關(guān)鍵管段，例如存在防腐層破損點(diǎn)的管段，加強巡查即可。在未來(lái)種植選苗時(shí)，應盡量避免選擇這類(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  結論

（1）通過(guò)對管道沿線(xiàn)植物種類(lèi)的準確識別、詳細統計和專(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)與土地所有權人在土地資源上的矛盾和利益沖突，為長(cháng)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)的現場(chǎng)數據、先進(jìn)的軟件計算等多種手段和工具對植物對管道的影響進(jìn)行了分析和評估，其結論可以作為政府管道保護部門(mén)及管道保護企業(yè)進(jìn)行管道周邊植物管理的有效依據，亦可作為后續園林綠化及市政建設的設計參考，既避免了大量社會(huì )資源的浪費，又提高了土地利用率，為長(cháng)輸管道與城市和諧共存提供了條件。

（3）通過(guò)植物根系對管道影響的研究，界定了不同植被區域的管道風(fēng)險級別，制定了有效的管理辦法和措施，為油氣管道長(cháng)期安全、穩定的運行創(chuàng )造了條件，為創(chuàng )造更多的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益提供了保障。

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

《管道保護》2017年第6期（總第37期）