黄文尧  冯慧  王璐

广东大鹏液化天然气有限公司

2010年以来，国内油气管道企业对于长输管线两侧深根植物的管理，执行《石油天然气管道保护法》（以下简称管道保护法）第三十条规定：“在管道线路中心线两侧各五米地域范围内，禁止下列危害管道安全的行为：（一）种植乔木、灌木、藤类、芦苇、竹子或者其他根系深达管道埋设部位可能损坏管道防腐层的深根植物”。管道保护法释义对此解释，规定主要从两方面考虑：①乔木、灌木、藤类、芦苇、竹子植物的根系可深达管道埋设部位并损坏管道防腐层，使防腐层失效；②管道上方种植植物，不仅妨碍管道正常巡护、检测、维修作业，在管道发生泄漏的紧急情况下，大型救援机具难以及时通过或靠近险情发生区域，给事故的应急救援和抢险工作带来影响，甚至使发生的险情得不到有效处置，危害管道运行安全。

但是在管道保护实际工作中，此条款执行起来却存在不少困难。主要表现在：①法规中的“深根性植物”在植物学中并无准确定义，亦无量化标准。如竹子为典型的草本植物，根系亦不深，可法规中却明令禁止。模糊的条文规定使得管道沿线土地所有权人、管道企业、政府管道主管部门以及交通、绿化主管部门极易对深、浅根植物划分产生分歧，阻碍了该法律条文的执行。②已发现的多起根系破坏防腐层的情况都为早期的石油沥青防腐层，针对目前主要在役管道所采用的3PE防腐层，其受到植物根系破坏并无太多案例。因此，是否应该就两种不同防腐层的管道采用不同的植物管理规定，是一个值得我们讨论的问题。③目前国内在役的主要长输管线埋设时并没有进行征地，根据管道保护法规定，要求管线周边的土地权属人在管线左右五米内不能进行相关种植作业，很难得到土地权属人的支持和理解，极易引发冲突，同时也与创建国家森林城市和国家园林城市的宗旨相违背。因此，亟须针对管道周边植物种植制定科学的管理办法。

1  管道周边现状

珠三角地区地处南亚热带属海洋性季风气候，非常适合植物生长，绿化率相对较高。随着能源需求的增加管道数量逐年增多。通过对近年来管道事故诱因分析发现，现存植物根系对管线涂层造成一定的破坏（见图 1）。且近年来极端天气频发，台风等导致树木连根拔起的情况越来越多，而深根植物对管道安全及管理的影响研究相对空白。

图1  管道腐蚀损坏实例

2  研究目标

主要通过对某天然气管道周边植物根系调查，开展植物根系对管道安全影响因素及其危害程度研究，完成以下目标。

（1）确定管道周边植物对管道的危害级别。

（2）为绿化管理部门绿化种植提供参考建议，包括可种植物种类、种植的安全距离等。

（3）针对管道上方现有树种以及周边常见树种，分析根系可能对管道产生的安全影响，提出合理的整改措施。

（4）提出华南区域油气长输管道的树木巡查和识别目录。

3  主要研究内容

该研究工作具有信息量大，数据多、专业覆盖面广等特点，将其分解为多个任务，并根据任务特点安排不同的个人或单位来完成。主要工作任务如下。

（1） 通过巡线保安完成了440 km管道周边植物情况调查，统计管道两侧1.5 m以内的树种。

（2）请植物专家对管道沿线植物占压情况进行核实，确认树种类型；并根据植物生长习性对管道的影响程度进行树种分级。

（3）从各级别植物中选取样本进行开挖验证，并现场采集数据。

（4）请某研究院根据采集到的数据进行植物根系对管道危害程度的研究，内容包括植物根系对管道防腐层的影响、植物根系对管道本体的影响。

（5）根据研究内容，针对已种植和未种植的植物，制定出切实可行的应对措施。

4  研究成果

4.1  植物根系对管道防腐层的影响

所调查的管道均采用3PE结构防腐层，根据GB/T 23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》规定的性能指标所示，其聚乙烯材料的抗拉伸、冲击强度相对高，耐酸碱性能好，一般不容易受植物根系分泌物破坏。通过葡萄根系对3PE防腐层的挤压作用力的研究结果表明：常温条件下，葡萄根系能承受的最大土壤推顶力为3 MPa ，而PE材料的顶破压力均超过3 MPa，因此不会对3PE防腐层产生破坏。

4.2  植物根系对管道本体的影响

（1）考虑植物生长在管道上方，其自身重量通过土壤对管道形成向下的挤压作用，如果植物年限较长，重量较重，管道存在失效的可能性。

利用ANSYS有限元软件建立管土模型，模拟一颗生长20年的成年香樟树，树干高度可达20 m左右，整株树重量约为1 500 kg，管道在树下埋深1.5 m左右，计算出的管道上部与土壤接触部位的内表面等效应力值最大，为182 MPa，小于钢材屈服强度448 MPa，因此管道不会发生失效破坏（见图 2）。

图2  埋地管道等效应力分布图

图 3   埋地管道位移分布云图

（2）考虑植物倾倒时，生长在管道下方或者缠绕在管道上的根系，会对管道产生拉力、剪力或者力矩，使其局部应力值超过钢材应力极限，从而使管道发生失效。

再次选择香樟树，利用ANSYS有限元软件建立模型，模拟了管道隆起变形、单个树根作用于管道、多个树根作用于管道等各种不同的工况，最后得出计算结果：当倾倒的香樟树单个树根直径超过0.094 m时，管道存在失效的可能性；在管道完全被树根包裹，不产生滑动的情况下，香樟树必须达到17 m高、0.25 m直径时管道才有失效的可能（见图 3）。

4.3 树木危害等级标准

基于目前管道周边行道树的种植情况，通过树木植物习性划分、现场数据采集、分析和力学模拟等研究，评价了植物根系对管道的影响程度，提出了树木危害等级标准。

1级（安全）：树木根系不发达，主要为须根，生长深度未达管道埋深的树种，对管道防腐层和本体无太大影响；

2级（中等危险）：主根不发达，侧根发达，板根与须根夹杂生长，根系生长深度能达到管道埋深，可能对管道防腐层产生危害，但对管道本体无太大影响；

3级（危险）：主根发达，多为板根，且根系粗壮，生长深度达到管道埋深，可对管道本体和防腐层产生危害。

4.4  评价结果

（1）管道周边37种树种，结合深圳市绿化处提供的深圳地区常见种植树种56种，共93种常见植物，其植物根系对管道的本体安全所产生威胁有限，主要是对管道防腐层、收缩套补口、管道抢维修和巡查的影响，其影响程度可接受，仅需对一些关键位置加强巡查力度，以降低管道运营风险。

（2）93种树种中，危害等级评价为3级的树种1种，为香樟树。香樟树根系粗壮，强度高，当遭遇极端灾害时，足够粗壮的香樟根系可对管道产生破坏。这类树种不应种植在管道周边。

（3）危害等级评价为2级的树种38种，这些植物根系主要表现为板根，侧根发达，主根发达程度一般，根系生长深度能够达到管道埋深，但因根系强度较管材低，对管材本质安全影响相对较小，主要危害防腐层和收缩套等。在条件允许的情况下，不应种植在管道周边。如果不可避免种植这类树种，应在种植时安装阻根板，以降低根系对管道的危害（见图 4）。

图 4  阻根板安装方式

（4）危害等级评价为1级的树种54种，这些植物根系主要为须根，根系生长深度未达到管道埋深，对埋地管道本质安全产生的影响较小，主要是对管道巡查和检维修构成一定影响。针对这类树种占压情况，可暂不采取具体措施，保留现状，适当对一些关键管段，例如存在防腐层破损点的管段，加强巡查即可。在未来种植选苗时，应尽量避免选择这类树种种植在管道正上方，如果确实需要种植，建议与管道之间保持2 m以上的间距。

5  结论

（1）通过对管道沿线植物种类的准确识别、详细统计和专业分析，清楚定义了“深根植物”的概念，研究了不同植物种类对管道的真实影响程度，制定了切实可行的管道周边植物管理措施。减缓了管道企业与土地所有权人在土地资源上的矛盾和利益冲突，为长输管道周边营造良好的社会环境创造了前提条件。

（2）通过专业的理论分析、真实的现场数据、先进的软件计算等多种手段和工具对植物对管道的影响进行了分析和评估，其结论可以作为政府管道保护部门及管道保护企业进行管道周边植物管理的有效依据，亦可作为后续园林绿化及市政建设的设计参考，既避免了大量社会资源的浪费，又提高了土地利用率，为长输管道与城市和谐共存提供了条件。

（3）通过植物根系对管道影响的研究，界定了不同植被区域的管道风险级别，制定了有效的管理办法和措施，为油气管道长期安全、稳定的运行创造了条件，为创造更多的经济效益和社会效益提供了保障。

作者：王璐，男，1978年生，工程师，2009年毕业于德国德累斯顿工业大学道路及铁路专业，现主要从事于天然气管道保护工作。

《管道保护》2017年第6期（总第37期）