淺談綜合管廊的內(nèi)部環(huán)境特點(diǎn)及安全隱患

李雙鳳，王恒棟，張 浩，陸繼誠

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092)

0 引言

綜合管廊安全良好的內(nèi)部環(huán)境是各類專業(yè)管線及附屬設(shè)施設(shè)備安全運(yùn)行的保障，亦是運(yùn)營管理單位安全運(yùn)營的前提，是綜合管廊百年工程得以實(shí)現(xiàn)的基石。

綜合管廊多與新建道路同步建設(shè)，入廊管線多為全新管線，而目前各類專業(yè)管線入廊并已投入運(yùn)營的綜合管廊的運(yùn)營時(shí)間均較短，管道漏損問題等尚未有體現(xiàn)，因此，綜合管廊建設(shè)的參與者們對綜合管廊基本功能的實(shí)現(xiàn)關(guān)注較多，對管廊的內(nèi)部環(huán)境關(guān)注較少。隨著綜合管廊建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，很多為實(shí)現(xiàn)綜合管廊基本功能的專業(yè)技術(shù)難題得到了較好的解決。目前，全國各地均出現(xiàn)了因管廊內(nèi)潮濕的工作環(huán)境所導(dǎo)致的大量現(xiàn)場金屬支架銹蝕及部分附屬設(shè)備損壞的情況，為綜合管廊建設(shè)的參與者敲了警鐘。人們越來越多地著眼于綜合管廊的內(nèi)部環(huán)境對管道運(yùn)行安全、附屬設(shè)施正常運(yùn)行及運(yùn)維巡檢人員的人身安全的影響，希望從對巡檢人員的安全保護(hù)，以及綜合管廊內(nèi)部環(huán)境對管道安全運(yùn)行的角度考慮，制定經(jīng)濟(jì)合理的環(huán)境控制策略，并采取切實(shí)有效的技術(shù)措施[1-6]。

1 管線采用綜合管廊敷設(shè)方式的特點(diǎn)

綜合管廊將市政公用給水、雨水、中水、污水、供冷、供熱、燃?xì)狻㈦娏巴ㄐ殴芫€等集中敷設(shè)，一般布置于道路一側(cè)綠化帶的下方，具有呈狹長帶狀分布的特點(diǎn)。

從管線運(yùn)行及運(yùn)維人員安全方面考慮，采用綜合管廊敷設(shè)方式與傳統(tǒng)的管道直埋敷設(shè)方式相對比其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下這幾個(gè)方面，見表1。

2 綜合管廊的布置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

綜合管廊整體布置于地面淺層土壤內(nèi)，覆土深度在 0.7～2.5 m。

管廊的結(jié)構(gòu)主體由標(biāo)準(zhǔn)斷面段及特殊節(jié)點(diǎn)組成。標(biāo)準(zhǔn)斷面段結(jié)構(gòu)施工采用預(yù)制拼裝方式時(shí)，約每2 m即有需設(shè)有一處拼接縫；采用混凝土現(xiàn)澆方式時(shí)，一般每30 m左右設(shè)置一處變形縫，變形縫處設(shè)置密封橡膠圈密封。

管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面段一般覆土2.5 m，往往整體位于地下水位之下，管廊四周土壤潮濕，對結(jié)構(gòu)主體的防水性能要求較高，而結(jié)構(gòu)主體的防水性能對各入廊專業(yè)管線的安全運(yùn)行以及附屬設(shè)施的正常運(yùn)行影響較大。

變形縫的密封性能以及結(jié)構(gòu)內(nèi)、外防水性能受產(chǎn)品質(zhì)量、施工方法及施工質(zhì)量的影響較大。已投入運(yùn)行的部分綜合管廊存在結(jié)構(gòu)變形縫處滲水嚴(yán)重，夏季內(nèi)部空氣相對濕度長期較高的情況。

3 綜合管廊的通風(fēng)形式及環(huán)境特點(diǎn)

綜合管廊一般各艙獨(dú)立劃分通風(fēng)區(qū)間，即每個(gè)防火分區(qū)為一個(gè)通風(fēng)分區(qū)。綜合管廊內(nèi)較為成熟、工程中普遍應(yīng)用的通風(fēng)形式有兩種：一種為機(jī)械送風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，一個(gè)典型的通風(fēng)分區(qū)一般在分區(qū)中間位置設(shè)置一個(gè)投料口兼自然進(jìn)風(fēng)口，兩端各設(shè)置一個(gè)排風(fēng)口，排風(fēng)口內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)；另一種為自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，一個(gè)典型的通風(fēng)分區(qū)兩端分別設(shè)置送風(fēng)口、排風(fēng)口，送（排）風(fēng)口內(nèi)均安裝風(fēng)機(jī)。

綜合管廊內(nèi)的氣流組織較為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）管廊的廊道即風(fēng)道，風(fēng)道內(nèi)設(shè)有大量的各類專業(yè)管線，且綜合管廊沿道路延伸、彎曲；（2）綜合管廊全線設(shè)有較多的特殊節(jié)點(diǎn)，包括投料口、引出口、通風(fēng)口、設(shè)備口等，具不完全統(tǒng)計(jì)這些特殊節(jié)點(diǎn)相對綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段的占比高達(dá)30%以上，這些節(jié)點(diǎn)或位于管廊頂板正上方與管廊連通，或節(jié)點(diǎn)處頂板局部抬高。

既受限于綜合管廊的結(jié)構(gòu)，又要充分考慮工程造價(jià)及廊道的可利用空間，通風(fēng)設(shè)計(jì)的難度較大，管廊中存在較多的通風(fēng)不良處，且難以在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確判斷，管廊內(nèi)的附屬設(shè)施有時(shí)難免設(shè)置于通風(fēng)不良處。

管廊內(nèi)與地面溫差較大，可謂“冬暖夏涼”。夏季室外空氣溫度與管廊內(nèi)空氣溫度相差近10℃，特別是雨季室外空氣濕度已飽和，管廊通風(fēng)時(shí)室外空氣遇冷即在管道及附屬設(shè)施設(shè)備表面凝結(jié)。目前已投入運(yùn)營的綜合管廊普遍存在夏季管廊內(nèi)長期空氣濕度較高的情況。綜合管廊內(nèi)未作防腐處理的金屬安裝輔材甚至在管廊投入運(yùn)營前已銹蝕，潮濕已成為綜合管廊內(nèi)管線安全運(yùn)行最大的潛在威脅。

表1 綜合管廊與傳統(tǒng)管道直埋的對比

4 綜合管廊內(nèi)各入廊管線的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

綜合管廊內(nèi)集中敷設(shè)的公用管線等歸屬不同單位，一般由管線歸屬單位進(jìn)行維護(hù)。不同專業(yè)管線的運(yùn)行特點(diǎn)不同，安全隱患亦不同。不僅影響管廊的正常運(yùn)營，更威脅運(yùn)維人員的人身安全。

為避免綜合管廊對管線的保護(hù)失效，綜合管廊設(shè)置于避開地震帶等結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定區(qū)域，且設(shè)置于地質(zhì)條件較好的區(qū)域。另為避免高危管線事故時(shí)發(fā)生其他市政管線的耦合事故，綜合管廊規(guī)劃設(shè)計(jì)階段即將高危管線單獨(dú)敷設(shè)，因此，除綜合管廊在戰(zhàn)爭、恐怖襲擊、城市內(nèi)澇、地震等災(zāi)害發(fā)生時(shí)可能合并發(fā)生各專業(yè)管道集中爆管，危險(xiǎn)疊加之外，同艙敷設(shè)的不同專業(yè)管道同時(shí)發(fā)生爆管事故的可能性極低。

（1）給水管的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

目前，已入廊敷設(shè)的市政給水主干及配水管道管徑均較大，給水管道由于受到綜合管廊內(nèi)的結(jié)構(gòu)主體保護(hù)而免于受到其他工程的影響，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)無漏損。但在管材加工質(zhì)量差、管道運(yùn)輸下料過程中輕微受損，接口質(zhì)量不佳，閥門銹蝕、磨損，施工質(zhì)量不高，管道或管道支架防腐不力等情況發(fā)生時(shí)仍存在管道漏損甚至爆管的可能性。以直徑1 m的給水管內(nèi)為例，給水管內(nèi)介質(zhì)流量約 1～2 m/s，一旦爆管發(fā)生，閥門需及時(shí)關(guān)斷，否則將在半小時(shí)內(nèi)淹沒管廊事故段，威脅運(yùn)維人員、電力電纜及附屬設(shè)施的安全運(yùn)行。

（2）雨水管的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

入廊敷設(shè)的雨水管可采用管道或雨水渠道。入廊敷設(shè)的雨水管可采用鋼管、球墨鑄鐵管、塑料塑料管等，一般管徑在 300 mm以上，雨水管道內(nèi)雨水流量滿流時(shí)在 0.75 m/s以上。考慮市政雨水多為重力流，且雨水流量變化較大，目前雨水入廊均采用雨水渠道方式。

水入廊采用雨水渠道敷設(shè)時(shí)一般獨(dú)立成艙，雨水渠直接利用綜合管廊結(jié)構(gòu)壁面。渠道內(nèi)雨水流速在0.4 m/s以上，雨水渠道的降雨歷時(shí)包含兩部分，地面集水時(shí)間（5～15 min）以及渠道內(nèi)雨水流行時(shí)間。理論上可實(shí)現(xiàn)雨水渠道對其他相鄰艙室敷設(shè)的專業(yè)管線無影響。但由于受到結(jié)構(gòu)施工及防水處理質(zhì)量的影響，或存在艙室間的出現(xiàn)滲漏水，以及雨水渠道內(nèi)雨水滲漏至管廊外部的情況。特別是降雨初期的雨水中富含大氣中的顆粒狀污染物，以及道路浮塵，降雨初期的滲漏至相鄰艙室的滲漏水污染物含量較高。但由于雨水渠道內(nèi)雨水非持續(xù)流，僅在降雨時(shí)使用持續(xù)時(shí)間較短，因此雨水渠道的滲漏情況一般輕于管廊外部土壤地下水滲漏至管廊內(nèi)的情況。

（3）中水管的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

入廊敷設(shè)的市政中水管道內(nèi)介質(zhì)pH值接近中性，即便發(fā)生水管漏損或爆管事故對管廊內(nèi)防腐金屬支架及管材的腐蝕性極小。由于中水管道管徑較小，中水流量遠(yuǎn)小于給水管道，即便發(fā)生爆管亦不會(huì)短時(shí)間內(nèi)淹沒管廊事故段，搶修時(shí)效性以及實(shí)施難度小，對同艙敷設(shè)的其余專業(yè)管道威脅較小，為安全管道。

（4）污水管的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

入廊敷設(shè)的污水管道有兩種，一種為經(jīng)污水處理廠處理過可直接排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的污水管道，另一種為收集去往污水處理廠的抽送產(chǎn)生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道。前者的威脅主要是漏損或爆管后生物耗氧導(dǎo)致的管廊內(nèi)部含氧量下降。以DN1000，的一根流速 0.6 m/s的管污水管為例，管廊不通風(fēng)時(shí)，最不利條件下，在爆管工況下2 h的污水溢出量需管廊內(nèi)的排水泵運(yùn)行近33 h，期間管廊內(nèi)空氣中氧氣將被耗氧物質(zhì)消耗殆盡。期間如需人員進(jìn)入管廊污水管道所在艙室工作，則將因管廊內(nèi)的空氣含氧量過低，威脅巡檢人員的人身安全。后者管道內(nèi)可能存在的有毒有害氣體種類繁多成份復(fù)雜，包括有毒氣體（窒息性氣體）、腐蝕性氣體和易燃易爆氣體。其中有毒有害氣體濃度較高，且在輸送途中仍在不斷發(fā)酵產(chǎn)生，一旦管道漏損或發(fā)生爆管事故，則管道內(nèi)有毒有害氣體將源源不斷釋放至綜合管廊內(nèi)部，污染管廊內(nèi)的空氣環(huán)境，嚴(yán)重威脅檢修人員的人身安全。溢流液及有毒有害氣體如長期滯留在管廊內(nèi)部，還將威脅到其他專業(yè)管道的運(yùn)行安全。筆者認(rèn)為無論是哪種類型的污水管道都應(yīng)視為危險(xiǎn)管道，不同污水管道入廊敷設(shè)的區(qū)別在于現(xiàn)場檢測儀表設(shè)置的類型。

（5）供熱管的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

市政供熱管一般采用壓力流，入廊敷設(shè)的供熱管應(yīng)選用鋼管、保溫層及外護(hù)套緊密結(jié)合成一體的預(yù)制管。供熱管道內(nèi)介質(zhì)可以為蒸汽或熱水。其中蒸汽介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力小于等于1.6 MPa，設(shè)計(jì)溫度小于或等于350℃；熱水介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力小于等于 2.5 MPa，設(shè)計(jì)溫度小于或等于 200℃。綜合管廊埋于地下，供熱管道敷設(shè)深度約地面以下4 m，管廊管道艙內(nèi)的環(huán)境溫度受管廊外部氣候因素影響較小，降低了供熱管道因補(bǔ)償器出現(xiàn)變形漏損的危險(xiǎn)性。然而，供熱管道存在與他專業(yè)管道相同的薄弱環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)漏水，或?qū)φ麄€(gè)管網(wǎng)和管廊造成影響。

供熱管內(nèi)介質(zhì)水質(zhì)較為亦純凈，漏損及保管狀況下對管廊內(nèi)空氣原有成分影響較小，但是由于供熱管道內(nèi)介質(zhì)溫度過高，一旦漏損嚴(yán)重或發(fā)生爆管事故，將在管廊內(nèi)部形成高溫高濕的空氣環(huán)境，不僅將威脅人員的人身安全，亦威脅管廊內(nèi)附屬設(shè)施的安全，或?qū)εc其同艙敷設(shè)的給水管道內(nèi)給水水質(zhì)產(chǎn)生影響，破壞其他專業(yè)管道的防腐設(shè)施，威脅管線的安全運(yùn)行。而供熱管道因?yàn)橛斜貙蛹巴庾o(hù)套的保護(hù)，管道初期的暗漏不易察覺，待發(fā)展到明漏往往已出現(xiàn)嚴(yán)重漏損，因此，筆者認(rèn)為供熱管道也應(yīng)視為危險(xiǎn)管道，日常需實(shí)時(shí)監(jiān)測供熱管道的溫度，以便運(yùn)維部門及早發(fā)現(xiàn)管道的初期漏損。

（6）冷水管的運(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

市政冷水管一般采用壓力流，入廊敷設(shè)的冷水管管材應(yīng)選用鋼管、保溫層及外護(hù)套緊密結(jié)合成一體的預(yù)制管。常規(guī)的冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為冷水在0℃～5℃的供水管和12℃～15℃ 的回水管內(nèi)流動(dòng)供冷。

冷水管內(nèi)介質(zhì)水質(zhì)較為純凈，漏損及爆管狀況下不會(huì)威脅人員的人身安全，對其他同艙敷設(shè)的專業(yè)管道無影響，不威脅其他專業(yè)管道的安全運(yùn)行。

（7）燃?xì)夤艿倪\(yùn)行特點(diǎn)及安全隱患

入廊敷設(shè)的燃?xì)夤芤话銥?.4 MPa以下的中低壓管道。GB 50383—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定天然氣管道應(yīng)采用無縫鋼管，此為強(qiáng)制性條文，工程中必須嚴(yán)格遵守。輸送天然氣用無縫鋼管設(shè)計(jì)階段已考慮了管道防腐，危險(xiǎn)閥門已禁止設(shè)于管廊內(nèi)。正常運(yùn)行時(shí)，天然氣管道不應(yīng)有泄露，然而在燃?xì)夤懿拇嬖谌毕荨⒔宇^損壞、管道腐蝕、設(shè)于管廊內(nèi)部的分段閥腐蝕、不規(guī)范操作、安全隱患未及時(shí)察覺、自然災(zāi)害下綜合管廊主體保護(hù)失效時(shí)可能出現(xiàn)泄漏。入廊敷設(shè)的城鎮(zhèn)天然氣管道為主干管道，管道內(nèi)天然氣為氣田、油田經(jīng)預(yù)處理后通過管道輸送的商品天然氣。天然氣中甲烷的含量在90%左右，甲烷著火溫度為540℃，天然氣的最小點(diǎn)火能量較低，為0.48 MJ。天然氣擴(kuò)散能力強(qiáng)，泄漏后易形成大面積擴(kuò)散區(qū)，與空氣形成爆炸性的混合氣體，在有氧情況下如果局部達(dá)到爆炸極限（體積濃度5%～15%）還會(huì)引發(fā)爆炸。因此，燃?xì)馀搩?nèi)的附屬用電設(shè)備選型必須嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

早期燃?xì)夤艿佬孤r(shí)濃度較低，管廊燃?xì)馀搩?nèi)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行間隙積聚的燃?xì)庑孤┝勘揪洼^少，在人員進(jìn)入管廊前如若先行通風(fēng)換氣稀釋，則早期的燃?xì)夤艿佬孤恫灰妆谎矙z人員查覺，未采取防護(hù)措施的情況下燃?xì)夤艿佬孤c(diǎn)擴(kuò)大、增多，以致嚴(yán)重漏損甚至爆管情況的發(fā)生。

燃?xì)夤艿涝诰C合管廊內(nèi)敷設(shè)僅能沿管廊延伸方向縱向泄壓，泄壓面積有限，由于缺少泄壓通道，燃?xì)夤艿酪坏┌l(fā)生嚴(yán)重漏損、爆管將嚴(yán)重威脅綜合管廊的結(jié)構(gòu)主體安全、燃?xì)馀搩?nèi)的附屬設(shè)施安全、相鄰艙室內(nèi)敷設(shè)的其他專業(yè)管線及附屬設(shè)施安全。因此，入廊敷設(shè)的燃?xì)夤艿辣仨殞θ細(xì)夤艿佬孤哆M(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，嚴(yán)防燃?xì)夤艿佬孤兜陌l(fā)生。筆者認(rèn)為燃?xì)夤艿朗蔷C合管廊內(nèi)危險(xiǎn)性極大的管線，必須在管廊燃?xì)馀撏L(fēng)不良處設(shè)置相應(yīng)的氣體檢測儀表，并實(shí)時(shí)檢測。

（8）電力電纜與通信光纜

入廊敷設(shè)的電力電纜及通信光纜一般為市政主干或重要纜線，一旦出現(xiàn)故障，事故的影響范圍較大，或造成較高的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。目前，綜合管廊設(shè)計(jì)中往往將較多的電力電纜集中敷設(shè)于電纜艙內(nèi)，在綜合艙內(nèi)集中敷設(shè)電力電纜、與電力電纜無干擾管道、通信光纜。為節(jié)約建設(shè)成本，綜合艙內(nèi)往往將給水管或中水管道與電力電纜集中敷設(shè)，存在壓力管道爆管時(shí)噴濺水濺落、淋濕甚至沖刷電力電纜的電纜短路引發(fā)電氣火災(zāi)危險(xiǎn)。考慮到管廊內(nèi)電力電纜的火災(zāi)危險(xiǎn)性，管廊內(nèi)需設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及自動(dòng)滅火設(shè)施。

通信光纜在綜合管廊內(nèi)敷設(shè)可避免其他工程施工中通信光纜的影響。光纜本身適用于潮濕環(huán)境，其在管廊內(nèi)敷設(shè)的主要危險(xiǎn)來源于電力電纜火災(zāi)以及從通風(fēng)百葉處進(jìn)入管廊內(nèi)的老鼠等小動(dòng)物的啃咬。通信光纜故障不會(huì)對入廊敷設(shè)的其他專業(yè)管線造成影響，為安全纜線。

5 結(jié)論與建議

（1）為防止壓力流水管或管廊外部水倒灌，在綜合管廊容納有給水管、中水管、供熱管、冷水管的艙室內(nèi)沿線需設(shè)置危險(xiǎn)水位報(bào)警裝置。危險(xiǎn)水位報(bào)警裝置可以采用爆管監(jiān)測液位開關(guān)安裝在每個(gè)單元地勢較低的集水坑旁，或在集水坑內(nèi)設(shè)置投入式液位儀，信號接入環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）僅設(shè)有管道的艙室內(nèi)，特別是有大管徑壓力水管入廊時(shí)，應(yīng)避免設(shè)置常閉防火門。

（3）燃?xì)夤艿廊肜确笤O(shè)的危險(xiǎn)性極大，且點(diǎn)火能量低，必須實(shí)時(shí)檢測燃?xì)馀摤F(xiàn)場通風(fēng)不良處可燃?xì)怏w濃度，并與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。設(shè)置于燃?xì)馀搩?nèi)的所有用電設(shè)備包括現(xiàn)場檢測儀表均需采用防爆產(chǎn)品。

（4）綜合管廊內(nèi)除設(shè)置常規(guī)的溫濕度、含氧量檢測儀表外，還需針對不同入廊管線設(shè)置相應(yīng)的檢測儀表。并與管廊內(nèi)的通風(fēng)、排水、監(jiān)控與報(bào)警、消防設(shè)施聯(lián)動(dòng)。

（5）建議在綜合管廊的地質(zhì)條件變化較大、較薄弱的區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的沉降、位移監(jiān)測儀表，監(jiān)控綜合管廊的結(jié)構(gòu)主體受力、變形情況。

[1]GB50838-2015,城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].

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