油氣管道與公路地下構建物的安全凈距研究

李 剛，劉柏秀

(1.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.南寧市工程咨詢規(guī)劃事務所，廣西 南寧 530022)

0 引言

近年來，我國的交通運輸和社會經(jīng)濟得到了迅速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，截至2019年我國公路運營里程已達到501.25萬km，管道里程達到12.66萬km，公路沿線的經(jīng)濟價值和走廊資源也日益豐富，由于交通便利，公路沿線已經(jīng)成為眾多單位投建的首選地理位置，公路用地范圍內(nèi)的涉路工程項目日趨增多、復雜，引發(fā)的交通安全問題也與日俱增[1]，其中以油氣管道穿越工程最具有代表性。在設計和施工過程中，油氣管道在公路橋梁下交叉穿越的情況難以避免，而國內(nèi)關于油氣管道穿越工程的相關設計規(guī)范中，對管道與橋梁基礎等公路地下構建物的安全凈距沒有做出明確統(tǒng)一的規(guī)定，管道與橋梁基礎等公路地下構建物的交互關系及安全凈距已經(jīng)成為影響管道穿越工程安全的關鍵因素。

國內(nèi)外針對管道穿越工程中油氣管道與地下構建物的安全距離相關的研究較少。國外標準中[2]，美國國家標準ASME B31.8-2012和加拿大國家標準《油氣管道系統(tǒng)》(CSA Z662-2007)都未對管道與建(構)筑物間的距離提出具體要求，而是將管道沿線分成不同的地區(qū)等級，針對不同等級的地區(qū)采用不同的強度設計系數(shù)。美國聯(lián)邦法規(guī)《管道安全法天然氣部分》(49CFR-2011)第192.325條規(guī)定：輸氣管道與地下構建物的間距應≥0.305 m，若無法滿足此間距，則應對輸氣管道采取保護措施，避免其他結構物對管道造成損壞。澳大利亞、新西蘭《金屬管道上的電危害》(AS/NZS 4853-2000)規(guī)定：金屬管道與電力和通信電纜及其他管道之間的水平距離應≥0.6 m。荷蘭《管道系統(tǒng)的要求》(NEN 3650-1-A1)中明確規(guī)定：并行的兩條地下管道的間距應≥0.4 m。在國內(nèi)，董捷等[3]依據(jù)燃氣管道與懸臂樁的相互作用關系，通過三維有限元計算模型進行研究，提出了燃氣管道與懸臂樁支護基坑開挖邊界的安全間距建議值。王魁、張宇孔[4]通過對比分析法律、規(guī)章及標準規(guī)范的相關規(guī)定，總結出長輸燃氣管道與其他管道、鐵路、公路、通信線纜、電力設施、橋梁等的安全保護距離，提出了長輸燃氣管道安全保護工作的建議。汪振

宇等[5]通過對比分析行業(yè)標準對管道并行間距的要求，并考慮管道現(xiàn)場施工、維搶修所必需的空間，提出了長輸管道與城市燃氣管道、電力電纜、給排水管道等地下構建物并行時的最小凈距，為其他管道線路的設計和施工提供參考。張俊斌[6]通過分析基礎設施中地面建筑物、地下構建物、架空輸電線路、鐵路及公路與油氣管道安全距離的國內(nèi)外標準，對安全距離不足時可能造成的后果進行了闡述，為油氣管道的施工與管理提供參考。

目前，油氣管道安全保護距離的相關研究和規(guī)定存在兩個問題：(1)涉及管道安全保護距離的研究基本都是關于油氣管道與其他用途的埋地式管道之間的研究，很少有針對公路、鐵路、橋梁、樁基等地下構建物與油氣管道之間的安全距離研究；(2)我國的行業(yè)標準體系受相關行政部門的管轄影響很深，形成了各行業(yè)部門自成一體、自行組織技術專家、自行規(guī)定的局面，導致管道穿越工程油氣管道項目在設計、施工時依據(jù)不足，穿越工程安全性評價規(guī)范不統(tǒng)一、結論權威性不足等諸多問題。因此，本文將通過相關國家標準、行業(yè)規(guī)范及法律法規(guī)的對比分析，對管道穿越工程中油氣管道與公路地下構建物的安全凈距進行探討，提出油氣管道與公路地下構建物的最小安全凈距建議值，以供路政管理、管道穿越工程設計及施工人員參考。最后以西南某市繞城高速路天然氣高壓輸油氣管道穿越工程為例，分析油氣管道穿越工程的位置關系和最小安全凈距在安全性評價工作中的應用。

1 油氣管道與公路地下構建物的位置關系

管道穿越工程在設計和施工過程中，油氣管道經(jīng)過規(guī)劃區(qū)或開發(fā)區(qū)時，與既有公路交叉穿越的情況不可避免，且越來越多，管道與公路地下構建物的位置關系及安全凈距已經(jīng)成為影響管道穿越工程安全的關鍵因素。如果油氣管道的穿越位置選取不當，或與地下構建物的安全距離不足，一旦油氣管道發(fā)生泄漏并引發(fā)火災爆炸，將會帶來極其嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失[7]。油氣管道與公路橋梁之間安全隱患主要表現(xiàn)在兩個方面：(1)公路上處于運行狀態(tài)的車輛載荷引起的土體長期振動可能會導致管道疲勞開裂，進而致使油氣發(fā)生泄露；(2)在公路橋梁附近的油氣管道一旦出現(xiàn)泄漏，可能遇到明火(車輛在運行過程中會產(chǎn)生火花)，從而出現(xiàn)劇烈燃燒或強烈爆炸，使橋梁墩臺基礎結構產(chǎn)生水平或豎向位移，嚴重時還會導致橋跨結構的損壞及墩臺結構的傾覆。為確保油氣管道穿越工程的施工及運營安全，必須在規(guī)劃和設計階段考慮好油氣管道與公路地下構建物的位置關系和安全凈距，盡可能減小管道與構建物在交互過程中的安全隱患。

關于油氣管道與公路橋梁交叉穿越時的位置關系，我國相關行業(yè)標準規(guī)范[8-10]已有明確規(guī)定：油氣管道需要與公路交叉穿越時，其穿越點宜選在路基穩(wěn)定、便于穿越的位置。比如公路的路堤段和管道的直線段，穿越宜避開高填方區(qū)、路塹、路兩側為同坡向的陡坡地段；當條件受限時也可以從公路橋梁下交叉穿越，管道在公路橋梁下交叉穿越時，宜垂直正交，使交叉管段長度最短，穿越投資少，管理方便；當受到地形地質條件、地方規(guī)劃及各類敏感因素等的限制時，交叉銳角宜≥30°；在對管道采取規(guī)定的防護措施后，交叉角度可<30°。然而，針對油氣管道與公路地下構建物之間的安全距離，我國的相關法律法規(guī)及國家標準沒有做明確規(guī)定，尚需進一步研究探討。

2 油氣管道與公路地下構建物之間的安全凈距

關于油氣管道與公路地下構建物之間的安全距離，可依據(jù)行業(yè)相關法律法規(guī)及標準規(guī)范[11]來定義：“在確保油氣管道穿越工程施工、維護及搶修等工作有足夠的操作空間，且不影響公路地下構建物(樁基)安全穩(wěn)定性的情況下，油氣管道與公路地下構建物間的最小距離。”關于該安全距離的起算點，《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》(以下簡稱《保護法》)規(guī)定以管道中心線為安全距離的起算點，而《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》(GB 50183-2004)附錄B規(guī)定以管壁外緣為管道防火間距的起算點，本文采用《保護法》的規(guī)定來定義管道穿越工程中油氣管道與公路地下構建物(橋梁樁基)的最小安全水平凈距，如圖1所示。

圖1 最小安全凈距L示意圖

目前，針對油氣管道安全保護距離的規(guī)定，主要從兩個角度來考慮：(1)結合人口密集、土地資源緊缺的現(xiàn)狀，從便于管道的建設施工、運行維護以及事故搶修考慮，規(guī)定油氣管道與城鎮(zhèn)居民點或重要公共建筑的距離應≥5 m，并且在管道線路中心兩側各5 m地域范圍內(nèi)，禁止種植喬木灌木、取土采石及修建其他建(構)筑物；(2)結合新建橋梁樁基距既有公路橋梁樁基水平距離的規(guī)定，從不影響橋梁墩臺穩(wěn)定性和安全角度考慮，判斷管道與樁基礎的安全距離時，常采用樁徑的規(guī)定倍數(shù)來控制[12]。如表1所示對相關標準規(guī)范及法律法規(guī)[13-17]關于油氣管道的安全保護距離進行了總結。

表1 管道基本安全保護距離標準表

表1中油氣管道安全保護距離的規(guī)定主要以管道自身安全和周圍地下構建物的穩(wěn)定性為原則，而不是通過控制安全距離來實現(xiàn)；在確定管道與周圍地下構建物的安全凈距時，由于管道采取了安全防護措施，其自身的安全性是有保證的，因此只需考慮管道施工、運維、搶險搶修所需的空間及其他有關規(guī)定即可。綜合考慮油氣管道穿越工程施工對公路地下構建物穩(wěn)定性的影響以及油氣管道施工、運維、搶險的空間需要，研究總結出油氣管道與公路地下構建物之間的最小安全凈距建議值(見表2)，以供油氣管道穿越工程項目設計及施工人員參考。

表2 最小安全凈距建議值表

研究結果表明：在管道穿越工程中，當油氣管道與公路地下構建物交叉穿越時，管道與公路地下構建物之間的最小安全凈距要滿足不小于3倍的橋梁樁基直徑，且≥5 m的要求。橋梁基礎存在1.6 m的樁徑界值，當基礎樁徑≤1.6 m時，可按5 m的規(guī)定來控制最小安全凈距；當基礎樁徑>1.6 m時，最小安全凈距不得小于3倍的樁徑。

3 工程案例分析

通過搜集查閱相關國家標準、行業(yè)規(guī)范及法律法規(guī)，前文對油氣管道與公路地下構建物的位置關系和安全凈距進行了分析和研究，明確了位置關系并提出了最小安全凈距建議值，下面將結合實際工程進行案例分析和檢驗。

3.1 工程概況

西南某市繞城高速公路天然氣高壓輸儲氣管道穿越工程為某市主要輸氣及儲氣管線，沿繞城高速外側敷設，管徑采用φ1016×19.5 mm，設計壓力為4.0 MPa，總長約90 km。管道穿越工程位于繞城公路外側與高速公路交叉處，于K6+968～K7+165處采用人工微型隧道穿越該高速公路主線。穿越段長為197 m，天然氣管道與高速公路主線交叉角度為84°，穿越段起終點距該高速公路匝道坡腳線最小距離為7.2 m，附近有收費站。穿越位置平面如圖2所示。

圖2 天然氣管道穿越某高速公路平面位置圖

3.2 天然氣管道與地下構建物的位置關系及安全凈距分析

3.2.1 位置關系

經(jīng)核查，天然氣管道遠離收費站，與某高速公路主線的相交角度為84°、與該高速樞紐立交H匝道的相交角度為81°、與C匝道的相交角度為57°、與E匝道的相交角度為85°、與F匝道的相交角度為49°，均>30°，滿足規(guī)范要求。

3.2.2 安全凈距

經(jīng)核查，天然氣管道穿越工程某高速公路主線穿越段、H匝道及F匝道穿越段均為高架橋橋孔下穿越，C匝道及E匝道穿越段均為路基下穿越。該高速公路主線穿越段橋梁墩臺基礎樁徑采用1.8 m，H匝道及F匝道穿越段橋梁墩臺基礎樁徑采用1.5 m，管道穿越工程油氣管道中心線與該高速公路主線及匝道橋梁段墩臺基礎的凈距核查結果如表3所示。

表3 油氣管道中心線與高速樞紐橋梁段的位置關系及凈距核查結果表

由表3的核查結果可知：

(1)天然氣管道與高速公路主線及其匝道相交角度均>30°，滿足規(guī)范要求。

(2)高速公路主線穿越段橋梁墩臺基礎樁徑D為1.8 m，>1.6 m；油氣管道中心線與該高速公路主線橋梁墩臺基礎的最小凈距為24.90 m，滿足大于3倍橋梁墩臺基礎樁徑5.4 m的要求。

(3)高速公路H匝道和F匝道穿越段橋梁墩臺基礎樁徑D均為1.5 m，<1.6 m；油氣管道中心與H匝道和F匝道橋梁墩臺基礎的最小凈距分別為18.98 m和7.49 m，均滿足>5 m的要求。

4 結語

通過對國內(nèi)相關研究中存在問題的分析闡述及有關法律法規(guī)、標準規(guī)范的對比分析，得出以下結論：

(1)國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)或正在建設的油氣管道項目存在大量管道與既有公路交叉的現(xiàn)象，油氣管道一旦泄漏，極易發(fā)生火災引發(fā)劇烈爆炸，造成重大人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失，其安全問題應引起高度重視。

(2)油氣管道需要與公路交叉穿越時，其穿越點宜選在路基穩(wěn)定、便于穿越的位置，當條件受限時也可以從公路橋梁下交叉穿越，其交叉銳角宜≥30°。

(3)油氣管道與公路地下構建物之間的安全距離，應以管道施工、維護和檢修時與地下構建物互不影響為原則，其最小安全凈距不應小于3倍的橋梁樁基直徑，且應≥5 m。

此外，油氣輸送企業(yè)應針對實際情況和具體問題，對相關技術規(guī)范進行分析研究，借鑒定量分析方法，確定合理的管道安全保護距離，同時應高度重視并認真研究套管、涵洞等保護技術。只有技術和安全保護距離相結合，才能切實降低管道穿越工程的風險。國家有關部門應盡快組織研究人員完善相關的法規(guī)規(guī)章和技術規(guī)范，在進行標準規(guī)范修編時應積極與公路、鐵路等行政主管部門及其行業(yè)規(guī)范編制單位進行協(xié)商，以確定合理統(tǒng)一的管道安全保護距離，更好地指導油氣管道穿越工程的建設。