城镇燃气管道树木占压隐患评估与措施研究

黄启斌工程师

(厦门市特种设备检验检测院，福建 厦门 361004)

0 引言

市政绿化是城市景观风貌的重要体现，而城镇燃气管道是重要的市政基础设施，两者均需占用地下空间。随着城市的发展，燃气管道建设规模不断扩大，管线铺设与市政植物不可避免地产生了间距不足、占压等形式的矛盾。

依据《城镇燃气管理条例》(国务院令第583号)规定在燃气设施保护范围内，禁止种植深根植物。《燃气工程项目规范》(GB 55009-2021)规定中低压输配管道及附属设施的保护范围应为管道外缘0.5m范围内的区域，次高压输配管道应为管道外缘1.5m范围内的区域。实际中，会发现许多行道树虽在燃气保护范围内，但所种树木并非深根植物，根系也并未达到管道埋设部位，形成一种占而不压的情况。另外一种情况是，管道的保护范围内虽未种植深根植物，但其根系已进入保护范围甚至已到达管道的埋设部位，形成一种实际占压的情况。因此，如何科学评价树木占压对城镇燃气管道的安全性影响并实施有效的管控，成为亟待解决的难题之一。

目前，国内对树木占压的研究主要集中在植物根系对管道防腐层危害的研究，对树木占压评估较少。中国石油规划总院罗峰等[1]根据不同管道防腐层的结构特点及性能测试结果，得出植物根系可以穿透石油沥青、环氧煤沥青、冷缠胶带等防腐层类型，但不会对3PE防腐层造成破坏；北京市市政工程设计研究总院尹荣、关春雨等[2]通过研究行道树和地下市政管线之间的关系，对行道树的安全距离及安全技术措施提出建议；中国特种设备检测研究院张平等[3]通过开挖调研，分析树木根系对管道防腐层和管道本体安全状况的影响，提出应根据树木根系发达程度进行分级管理的策略。本文在研究树木占压危害的基础上，基于风险评估理论，对树木占压的失效可能性和失效后果进行计算，提出通过隐患评估的方法，实现树木占压隐患的分级管理。

1 树木占压的危害

城镇燃气管道中，树木占压是指管道保护范围内存在根系可能深达管道埋设部位的植物。树木占压将造成管道防腐层破坏、管道翘顶、影响巡检抢修和微生物侵蚀等危害。

研究表明[1，4-5]，植物根系可以穿透石油沥青、环氧煤沥青、冷缠胶带等防腐层，造成管道腐蚀失效，但不会对3PE防腐层和聚乙烯管道造成破坏。由于城镇燃气管道普遍采用3PE防腐层和聚乙烯管道，因此树木占压对防腐层破坏的概率较低。真正的危害在于随着树木年限的增长，管道被树根缠绕，在外力作用下造成的管道翘顶。

另外，植物粗壮的根系和高大的树干可能会影响管道抢修[6]。而城镇燃气管道抢修工作的关键在于以最短时间清除掉事故周围的障碍物，快速实施维修。

随着聚乙烯管材制造工艺的进步，以中低压力为主的城镇埋地管道越来越多地采用聚乙烯管材。从现有的一些失效案例可以发现，白蚁和老鼠的啃咬是聚乙烯管道一种新的失效模式，而树木占压的地方，通常更容易滋生蚂蚁、老鼠等生物。

树木占压的危害是一个缓慢的、隐藏的、动态的过程，不易被发现且事故案例较少，因此树木占压的危害常被人所忽略。但缓慢的危害不代表危害不会发生，隐藏的危害，事故发生时其产生的影响可能更加巨大。要消除这种危害最直接的方法是将树木移除，但大量行道树的移除，成本不仅巨大，而且不符合市政绿化要求，难以得到市政部门的支持。科学的方法是，对树木占压危害进行评估，建立隐患清单，根据隐患等级做针对性处理，做到“一树一策”。

2 树木占压隐患评估

树木占压隐患评估是基于风险理论的评估，分为失效可能性评估和失效后果评估[7]，树木占压隐患评估流程，如图1。

图1 树木占压隐患评估流程图

树木占压隐患评估应建立在管道本体状况的基础上，管道本体状况不明时，应开展必要的补充检测。补充检测的内容一般包括资料审查、宏观检验、土壤腐蚀性测试、杂散电流检测、防腐层状况检测、阴极保护有效性检测。

2.1 失效可能性评估

树木占压失效可能性以失效概率表征，失效概率F计算方法，如式(1)。

F=Fa×FM×FD

(1)

式中：

F—管道失效概率，次/(km·a)；

Fa—管道平均失效概率，次/(km·a)，城镇燃气管道一般取1.7×10-4次/(km·a)；

FM—管理措施修正因子；

FD—损伤修正因子，其值与腐蚀环境、本体缺陷、第三方破坏、制管与施工、疲劳等因素有关。

各修正因子的取值在补充检验的基础上，参照《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》(GB/T 34346-2017)相关规范选取。

某铺设在市政绿化带的城镇燃气管道，长度为42 978.3m，规格为DN500×10mm，工作压力为0.25MPa，最小埋深为1.68m。经全面检验发现，该管道地面标识不齐全，巡线频率不高。该段管道土壤腐蚀性等级“弱”，管道外腐蚀整体状况良好，阴极保护电位为-947mV，电位波动94mV。管道的地表为市政绿化带，种植有凤凰木、华棕树、小叶榕等植被，发现4处树木占压情况。

对该管道进行失效可能性评估，见表1。

表1 树木占压失效可能性评估结果表

2.2 失效后果评估

管道失效后果评估是通过分析管道失效后发生的灾害类型和影响范围，估算其造成的损失情况。管道失效后果评估包括泄漏速率和泄漏量计算、扩散计算、火灾爆炸计算以及人员伤害后果面积计算等内容。

天然气管道常见的失效形式为泄漏，根据美国石油协会《基于风险的检验技术》(API581)的研究[8-9]，燃气持续性泄漏后发生安全排放、喷射火焰、闪火、爆炸的概率分别为0.8、0.1、0.06、0.04，因此，城镇燃气管道失效后果模型考虑喷射火造成的人员伤害后果面积。

(2)

式中：

rn—目标到火焰中心的伤害后果半径，m；

r0—目标到火焰表面的距离，取0.1m；

η—热辐射系数，取0.15；

ΔHe—天然气燃烧热值，取52 730kJ/kg；

Pw—大气中水蒸气分压，一般取2 232Pa；

Wn—第n种泄漏情景时对应的泄漏速率，参照《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》(GB/T 34346-2017)相关规范选取。

随着土地政策不断完善，不仅拆迁征地手续更加严格，而且补偿标准较高，确权划界工作难度日益加大。其中，对管理范围内土地权属的确定和部分土地的征用，是确权划界工作的重要难点。针对此，提出了一种土地管理的新思路：分离管理范围内土地的所有权、管理权与使用权。

那么，第n种泄漏情景的人员伤害后果面积Cn按式(3)计算：

(3)

总人员伤害后果面积C按式(4)计算：

(4)

式中：

Cn—第n种泄漏情景的人员伤害后果面积，m2；

Fn—第n种泄漏情景对应的平均失效概率，次/(km·a)。

经计算分析后，树木占压失效后果评估结果，见表2。

表2 树木占压失效后果评估结果表

2.3 风险计算结果

树木占压风险可通过失效概率和失效后果的乘积计算。基于燃烧爆炸导致人员伤害的城镇燃气管道风险按式(5)计算。

R=F×C×F1×D

(5)

式中：

F1—点燃概率；

D—人员伤害区域内的人口密度，人/m2。

经计算，树木占压风险计算结果，见表3。

表3 树木占压风险计算结果

2.4 隐患等级划分

根据个体风险可接受准则，将树木占压隐患划分为一般隐患、较大隐患和重大隐患3个等级。当风险值小于1×10-5时，树木占压隐患为一般隐患；当风险值高于1×10-3时，树木占压隐患为重大隐患；当风险值在2个数值范围内时，树木占压为较大隐患。树木占压隐患处置时，可根据风险的可接受性，实施分级管控。

经评估，序号1、2、3的树木占压为重大隐患等级，序号4的树木占压为较大隐患等级。

3 整治措施

直接移除占压树木，不仅关系到市政道路的绿化，而且所需的工程成本较大。建议树木占压隐患的处置应建立在隐患评估的基础上实施针对性措施，做到“一树一策”。

3.1 一般隐患树木占压

经评估分级为一般隐患的树木占压，应采取加强巡检力度，对占压管道进行登记管理的处置措施。另外，可通过加强宣传和风险告知的方式，减少管道控制范围内的人员流动，从而减少风险值。

3.2 较大隐患树木占压

经评估分级为较大隐患的树木占压，应制定专项预案和定期演练，通过增设监控、缩短检验周期等多种方法，监控树木占压危害。同时，应保持与市政园林沟通，签订管道保护协议，确保管道在需要维修或一旦出现问题时，抢修人员可随时到达管道位置。

3.3 重大隐患树木占压

经评估分级为重大隐患的树木占压，短期内可综合运用多种方法实时监控树木占压风险，但应尽早安排占压树木的移除工作，或采用定期切根、安装管道套管保护等措施消除隐患。

综上所述，原本发现的4处树木占压，需对序号1、2、3的树木占压实施树木移除或安装阻根板等措施，序号4可在保留现状的基础上，加强巡检，监控运行。不仅减少企业的维护成本，而且保护市政的绿化景观。

4 结论

城镇燃气管道大多随道路铺设，而道路两旁通常种植大量的景观树，两者的冲突极为严峻。要移除管道路由上的树木，不仅容易造成社会和经济资源的浪费，也不符合城镇规划的绿化要求。通过隐患评估方法，将树木占压隐患分级为一般隐患、较大隐患和重大隐患3个等级，利用分级管理策略，针对性处理树木占压隐患，能有效减少社会和经济资源的浪费，同时为企业和安全部门的管理提供依据。