天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線方法探討

摘 要：在天然氣管道建設(shè)工程中，選線規(guī)劃屬于其中關(guān)鍵，管道的設(shè)計和建設(shè)難度直接受到線路方案合理性的影響。基于此，本文將結(jié)合實際項目深入探討天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線方法，并總結(jié)天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線經(jīng)驗，希望研究內(nèi)容能夠給相關(guān)從業(yè)人員一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：天然氣長輸管道;大高差山區(qū);選線

大高差山區(qū)的天然氣長輸管道選線難度極大，這種難度源于線路的順、直、通等要求，以及建成后管線的安全運營以及后期管理。結(jié)合具體實踐可以發(fā)現(xiàn)，為順利開展天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線，必須積極應(yīng)用現(xiàn)代科技手段，如google earth、無人機(jī)技術(shù)，這類內(nèi)容正是本文研究的關(guān)鍵所在。

1 項目概況

1.1 基本情況

為提升研究的實踐價值，本文以某天然氣管線工程作為研究對象，該工程的天然氣管線需要翻越為公山。為公山面積約270km2，海拔1622m，東西兩麓均為河谷，懸崖陡峭、深邃幽寒，山嶺主要呈馬鞍狀，山體起伏很大，綿延常達(dá)數(shù)公里，存在約1300m的高差，以及200-500m的山體切割深度。呈淺丘地貌的山頂存在寬度不等的溝谷，50-100m寬度的溝谷居多，石灰?guī)r為山體的主要構(gòu)成，植被茂密但覆土較淺。受地形地貌影響，天然氣管線工程的選線難度極大，難度源于線路的順、直、通等要求，以及建成后管線的安全運營以及后期管理[1]。

1.2 設(shè)計概況

在工程前期，在行政圖（1：50000）上畫出來線路方案，

同時基于方案進(jìn)行了簡單的踏勘，希望能夠基于該方案進(jìn)行施工方案的細(xì)化，通過衛(wèi)星圖（google earth）開展了整體層面的方案布局。由于線路需要在兩個城鎮(zhèn)（A、B）分別設(shè)置閥室，且閥室可接出輸氣線路，因此提出了A城鎮(zhèn)方案和B城鎮(zhèn)方案，A城鎮(zhèn)方案擬從A城鎮(zhèn)閥室接出翻越為公山的管線并最終至C城鎮(zhèn)，線路的水平長度約為17.5km;B城鎮(zhèn)方案需從不同方向翻越為公山，長度14.5km，但出于工期考量，建設(shè)單位希望優(yōu)化和細(xì)化A城鎮(zhèn)方案。

對于東西兩麓溝深坡陡的為公山來說，方案的確定必須對全線路進(jìn)行實地踏勘，否則施工方案將無法貼合實際，具體施工也將面臨很多問題并出現(xiàn)無法順利施工的部分地段。開展衛(wèi)星圖識讀可以發(fā)現(xiàn)，A城鎮(zhèn)方案必須經(jīng)過當(dāng)?shù)仫L(fēng)電場所在的鷹嘴巖山口，鷹嘴巖山口高程、接近山口的陡崖坡度、高分別為1450m、75°、200m。在以往的工程中，從未遇到過此類大高差山區(qū)，陡崖如何開鑿管溝、施工機(jī)具如何進(jìn)場、如何布管均屬于需要解決的難題。受到衛(wèi)星圖精度影響，B城鎮(zhèn)方案作為備選方案在未經(jīng)現(xiàn)場踏勘前無法完全確定其山頂段是否存在可行的管廊帶，因此設(shè)計單位計劃開展全面線路踏勘，以此為最終推薦方案的確定提供依據(jù)，踏勘的成果屬于設(shè)計的關(guān)鍵。為充分利用具有無可替代直觀性的衛(wèi)星圖，下載并拼接了工程所在地的衛(wèi)星圖（google），由此完成了A城鎮(zhèn)方案走向圖的初步擬定，通過按圖索驥開展現(xiàn)場核實，即可完成對地形猜想假設(shè)，當(dāng)然這種情況的出現(xiàn)是由于缺乏高精度的衛(wèi)星圖[2]。

2 踏線比選

2.1 踏勘概述

作為高差巨大的山脈，為公山上道路崎嶇、植破茂盛，且很多地方并未修建道路，這便對天然氣長輸管道的設(shè)計和建設(shè)提出了較高挑戰(zhàn)，結(jié)合實際踏勘發(fā)現(xiàn)，為公山不僅沒有車行道路，同時也很少存在人行的小道。在封山育林政策下，原有地形圖標(biāo)注的小道大多被灌木叢淹沒，這種情況下踏勘人員多次迷失在灌木叢中導(dǎo)致進(jìn)退兩難，在斷崖邊無路可走的情況也反復(fù)出現(xiàn)，天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線因此受到極大阻礙。翻越為公山屬于天然氣長輸管道建設(shè)的關(guān)鍵，因此需要全面深入了解為公山東西兩麓的高差、坡度。結(jié)合衛(wèi)星圖，可實現(xiàn)道路、山形、村莊等信息的直觀全面反映，結(jié)合紙質(zhì)地形圖（1：10000）開展深入分析和觀察，輔以無人機(jī)技術(shù)，即可順著擬定線路基本走向完成現(xiàn)場踏勘比較和優(yōu)化。在具體的踏勘實踐中，2個組共開展了10天的探勘，最終得以完整認(rèn)識天然氣管線工程的線路方案?；谌蝿?wù)線路存在的獨特地形特點，分析比較圍繞每個方案的3段進(jìn)行，對于南北走向的為公山來說，翻山可細(xì)分為東、西坡段及山頂段。

2.2 A城鎮(zhèn)方案

首先，圍繞西坡爬升段進(jìn)行分析。從A城鎮(zhèn)閥室至風(fēng)電機(jī)組，經(jīng)2級爬升至為公山山頂。A城鎮(zhèn)閥室高程為310m，先向東南方向的線路爬升510-820m海拔的龔家灣處，隨后在爬升630-1450m海拔的風(fēng)電機(jī)組處，為公山的該段線路處極為陡峭，60-80°的陡坡存在于接近風(fēng)電場處。龔家灣處存在機(jī)耕道，西坡爬升段其他位置不存在公路，這使得工程的施工難度極大，西坡爬升段的存在約4.2m的水平長度;其次，圍繞山頂丘陵低山段進(jìn)行分析。丘陵低山為為公山山頂?shù)匦?，較為平緩的此段地形部分大致沿鄉(xiāng)道或縣道布置，存在約7.5km的長度，該段總體上呈緩下坡走向，高度降低，最終達(dá)到處的高程為920m。此段存在村道、縣道，擁有A城鎮(zhèn)方案中最好的施工條件，施工相對容易;最后，圍繞東坡下山段進(jìn)行分析。該段兩端的高程分別為940m、230m，高差約710m，長度約4.7km，存在20-40°的坡度，由于不存在公路依托，東坡下山段的施工難度較高[3]。

2.3 B城鎮(zhèn)方案

B城鎮(zhèn)方案的長度約14.5km。首先，圍繞西坡爬升段進(jìn)行分析。西坡爬升段從B城鎮(zhèn)閥室至外沱西側(cè)山坡。B城鎮(zhèn)閥存在約320m的高程，爬升至山頂經(jīng)4級，長度約為5.0km。第一級的高程、坡度分別為580m、30°，第二級高程、坡度分別為780m、20°，第三級高程、坡度分別為860m、20-40°，第四級高程為980m。其中，第三級屬于西坡爬升段最為陡峭處，第四級的地形較緩;其次，圍繞山頂丘陵低山段進(jìn)行分析。山頂丘陵低山段存在首尾相連的溝谷地形，丘陵屬于為公山山頂段的主要地形，線路經(jīng)過地段存在多為農(nóng)地的溝谷，地勢較為平緩，存在很多機(jī)耕道和村道可以利用，長度約4.8km，交通條件良好;最后，圍繞東坡下山段進(jìn)行分析。該段的線路走向與A城鎮(zhèn)方案東坡下山段一致，存在約20-40°的坡度、710m的高差，施工難度因無公路依托而較大，B城鎮(zhèn)方案所具備的優(yōu)勢得到了較好證明[4]。

3 提交報告

對于共有4臺階的B城鎮(zhèn)方案來說，該天然氣長輸管道方案存在公路依托且坡度較緩，山頂端通過呈東西走向且首尾基本相連的溝谷布置，同時該方案的地形起伏很小，線路非常順直，存在可利用的機(jī)耕道或鄉(xiāng)村道路，施工難度相對較低，屬于較為優(yōu)秀的天然氣長輸管道線路方案，A城鎮(zhèn)方案與B城鎮(zhèn)方案的東坡下山段基本一致。B城鎮(zhèn)方案的最大特點在于翻越1050m的最高點海拔，相較于需要翻越1450m的A城鎮(zhèn)方案，B城鎮(zhèn)方案需要翻越的海拔整整降低了400m。此外，B城鎮(zhèn)方案沿著溝谷布置山頂段，這使得該方案存在較小的地形起伏，對比A城鎮(zhèn)方案與B城鎮(zhèn)方案的長度也能夠發(fā)現(xiàn)，B城鎮(zhèn)方案相較于A城鎮(zhèn)方案短3km。從施工難度方面進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，B城鎮(zhèn)方案的施工難度遠(yuǎn)低于A城鎮(zhèn)方案，結(jié)合踏勘情況和前期搜集的資料，推薦優(yōu)越性顯著的B城鎮(zhèn)方案。

4 經(jīng)驗總結(jié)

本文研究的天然氣管線工程于2018年5月18日建成并順利通氣，各方對天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線方案給予了充分認(rèn)可，因此本節(jié)對選線設(shè)計中的基本經(jīng)驗和無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用要點進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠為相關(guān)從業(yè)人員帶來一定啟發(fā)。

4.1 基本經(jīng)驗

在天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線實踐中，設(shè)計單位充分貫徹了《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》、《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求，并積極應(yīng)用了現(xiàn)代科技手段，如google earth、無人機(jī)技術(shù)。在具體的大高差山區(qū)天然氣長輸管道選線工作中，踏勘人員應(yīng)盡可能避開山澗和陡坡布置管線，而是需要沿著緩坡山脊上下，高山的翻越需利用婭口等海拔低點。為避開滑坡體、覆土淺、石方段等不良工程地質(zhì)段，還需要利用溝谷或?qū)捁鹊绕露刃〉牡匦?，已有公路也需要充分利用，以此為具體施工提供便利。

4.2 無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用要點

無人機(jī)航拍測量技術(shù)能夠在天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線實踐中發(fā)揮巨大作用，如提供高水準(zhǔn)的定位技術(shù)支持，高質(zhì)量的遙感影像也可基于該技術(shù)的應(yīng)用獲取，結(jié)合衛(wèi)星圖資料，即可更好服務(wù)于天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，在天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線工作中，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅提升踏勘效率，模塊化設(shè)置的儀器吊艙可用于黑夜及惡劣天氣巡查，對于山區(qū)等危險區(qū)域的作業(yè)來說，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用的安全性更高，并減少對配套資源和現(xiàn)場人員的需求。無人機(jī)航拍測量技術(shù)的應(yīng)用能夠提供高精度定位數(shù)據(jù)和高分辨率圖像，輔以數(shù)據(jù)處理技術(shù)，即可實現(xiàn)數(shù)字化和可視化的天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線設(shè)計。全天候監(jiān)測飛行可基于無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)，由此即可加深對區(qū)域的實地情況了解。此外，無人機(jī)技術(shù)還能夠用于天然氣長輸管道大高差山區(qū)的建設(shè)施工階段，通過對施工現(xiàn)場安全、質(zhì)量、進(jìn)度、野蠻施工行為的全天候監(jiān)控，工程即可高質(zhì)高效竣工。對于天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線應(yīng)用的無人機(jī)來說，在對比懸翼機(jī)型和固定翼機(jī)型后，設(shè)計單位針對性選擇懸翼機(jī)型無人機(jī)，這是由于固定翼機(jī)型主要用于地災(zāi)季節(jié)前后線路地災(zāi)的航測、航拍、圖像和數(shù)據(jù)對比，而懸翼機(jī)型則更適合徒步踏勘困難的大高差山區(qū)，且能夠應(yīng)對極端天氣滿足圖像和數(shù)據(jù)的收集需要，靈活的局部監(jiān)控也能夠隨之實現(xiàn)，真正實現(xiàn)對大高差山區(qū)的多角度、長時間智能監(jiān)控與巡檢，為天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持和輔助決策。在天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線設(shè)計的無人機(jī)航拍測量技術(shù)應(yīng)用實踐中，需關(guān)注無人機(jī)對同一個地區(qū)開展的不同角度多次拍攝，由此處理和分析這類數(shù)據(jù)，即可加深對區(qū)域的了解，并更好為設(shè)計提供支持。

5 結(jié)論

綜上所述，天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的A城鎮(zhèn)方案、B城鎮(zhèn)方案、提交報告、經(jīng)驗總結(jié)、無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用要點等內(nèi)容，則提供了可行性較高的天然氣長輸管道大高差山區(qū)選線設(shè)計路徑。為更好應(yīng)對大高差山區(qū)，天然氣長輸管道選線設(shè)計還需要關(guān)注各類新技術(shù)與新材料應(yīng)用帶來的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅志強，彭波，夏敏.無人機(jī)在天然氣長輸管道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2020，27（02）：173-174+155.

[2]李帆，歐陽峰.環(huán)境影響評價角度下天然氣長輸管道選線的可行性[J].區(qū)域治理，2019（49）：176-178.

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[4]孫裴興.天然氣長輸管道施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J].全面腐蝕控制，2019，33（04）：42-44.

作者簡介：

邵泉（1986- ），男，漢族，山東壽光人，中級工程師，學(xué)士，研究方向：油氣儲運工程。