油气管道线路走向方案,对工程的设计难度、建造成本、营运维护都有着直接影响,线路选择的合理性很大程度决定着整个项目的成败。长输管道短则上百千米,长则几千千米,沿途翻山越岭、穿江跨河,怎样才能选出一条长度较短、建设难度较小、安全可靠的最佳管道走向路线呢?从前,油气管道线路方案筛选主要是采取手工在纸质地图上筛选、推算并结合现场踏勘的方式。这种方式存在数据来源单一、数据时效性差、数据处理工作量大、选线周期长、成果准确度不高、不利于共享、文档制作烦琐等缺点。在当今大型管道建设蓬勃发展的形势下,传统的管道线路选择方法难以满足对工程进行综合、系统分析的需求,尤其需要在地震带、山体运动带等大范围区域优选线路方案时,人的视野就显得太小了。因此,迫切需要新的管道线路优选技术,以提高管道建设效率和水平。
随着现代科学技术的发展,人们将无人机和卫星遥感技术用于管道线路优化,加快了管道前期决策进度,节省了管道建设投资,并显著提高了管道设计水平。正所谓“站得高,看得远”,而无人机和卫星不只看得“远”,而且看得“全”。有了无人机和卫星帮忙,管道设计人员就可以对管道沿线周边环境一览无余,并为管道找出一条“康庄大道”。
管道设计人员要借助无人机从不同角度观看管道沿线周边环境,无人机就必须要有一双“明亮的眼睛”——高清摄像机。当前技术条件下,地面上200米宽度范围内任何大于10厘米的物体都逃不出无人机的“法眼”,而且它还可以将不同角度的地形地貌图像组合形成一幅与真实环境完全相同的地图,使管道路由备选方案得以尽收眼底,孰优孰劣,立见分晓。
管道设计人员通过不同时期的卫星遥感影像地图,掌握不同时期山体、河流、地震带等重点区域的变化、活动情况,因而可以从大场面、宏观角度进行管道路由的选择和优化。遥感影像地图与地理信息系统有机结合,具有数据更新快、精度高、来源多样、表现形式丰富、空间分析功能强等特点,管道设计人员通过全面考虑影响管道线路选择的各种因素,建立了基于卫星遥感与地理信息技术的线路选择模型,构造了通过计算机实现自动或半自动选择管道线路的方法。
管道线路选择涉及的所有影响因素信息,都可以通过遥感影像地图与地理信息系统获取,如线路长度、沿线地形地貌、地表覆盖物、地质条件、穿跨越工程、特殊限制区等。基于卫星遥感和地理信息技术的管道选线方法,就是通过综合分析这些影响因素与管道建设费用之间的关系,选择管道最优线路方案,也就是管道建设费用最低的方案。
线路长度是影响管道路由选择的重要因素之一。确定了管道的起点和终点后,在其他条件相同的情况下,长度越短,材料费和施工费越少。但是,受到工程技术和施工难度、环境敏感点、城市规划区等限制,管道不得不采取绕避措施。一般情况下,连接管道起点和终点的直线并非最优线路方案。不同的地形地貌,如山地、丘陵、平原、黄土梁峁沟壑区、江南水网区、东北永冻土区、西北沙漠戈壁区等,对管道线路的选择影响很大,主要体现在:影响材料数量,如地面起伏大,将增加管道弯头、弯管的用量;影响运输方式,如山区和丘陵地区,材料和设备的运输距离增加,有些地区还需要修建专门的伴行道;影响施工方式,如管道在平原地区可以采取全自动焊接,而在山区则只能采取半自动或人工焊接,在平原地区可以采取沟上焊接,而在狭窄沟谷或山区受场地限制,必须采用沟下焊接;影响土石方量,如山区劈山、填方等土石方量比平原地区要多得多。
管道站场、阀室等设施要永久占地,管道线路施工期间也需要临时占地。施工时要清除地表植被等覆盖物,施工完成后再恢复地表植被。不同地区、不同地表覆盖物的征地和补偿费用取决于覆盖物价值及其恢复的难易程度,差别较大。
管道施工时,必须开挖管沟,土方段一般采用挖沟机直接挖掘,石方段根据岩性特征采取适当的爆破方式进行开挖。在不同地质条件下,管沟的形状、施工方式、费用等差别很大,需要区别对待。
当管道遇到铁路、公路、河流、陡峭山体、文物保护遗址等时,必须采取不产生影响的方式通过。如穿越铁路一般采取箱涵方式;穿越公路一般采取顶管方式;穿越河流时,根据地形、地质、水文等条件不同,可以采取大开挖、定向钻、盾构或钻爆隧道、跨越等方式;穿越山体可以采取定向钻、盾构掘进等施工方式。穿跨越工程是管道的控制性工程,施工周期长,费用高,对管道建设投资影响极大。
对于城市规划区、自然保护区、水源地、军事禁区等特殊限制区,管道禁止通行,线路必须避让。如果实在无法避让,则需要花费很大的人力和物力进行协调,并支付巨额赔偿费用。无人机和卫星的使用,大大提高了管道线路选择的效率和质量,同时还可以借助数字化影像形成三维合成地图,丰富管道周边信息,对于管道信息的数字化管理及管道运营企业的数字化转型颇有助益。