基于運維的綜合管廊規劃設計逆向分析

李建華 宋杰 高華 張偉娜 毋磊

1.中冶京誠工程技術有限公司，中國·北京 100044

2.中國建筑設計研究院有限公司，中國·北京 100044

1 引言

隨著綜合管廊建設的不斷推進，在日常維護中逐漸暴露出一些問題，如變形縫滲漏、管廊本體沉降、附件銹蝕等。部分發生問題的設備設施、管廊本體雖然經維護修復或更換后能恢復其功能，不影響綜合管廊正常運行，但是增加了管廊運維任務和費用；而有一些問題則無法在運維階段徹底解決，嚴重影響綜合管廊的使用壽命，同時增加了綜合管廊安全風險。

目前，在綜合管廊運維安全風險的研究方面存在以下不足：

①軟土地基條件對綜合管廊長期運維影響研究不足。

②內澇對綜合管廊運行安全產生了較大影響，但研究不足。

③內部環境對管線運行安全的影響研究尚為空白。

為減少上述安全風險的發生，論文通過中國不同地區進入運營期的綜合管廊情況進行分析，針對存在的問題，通過逆向分析手段，提出對規劃、設計的逆向指導，提升管廊安全運行能力，減少安全風險，達到保障綜合管廊本質安全的目的[1]。

2 軟土地基安全問題及逆向分析

2.1 病害情況及原因分析

根據調查情況，軟土地基問題引起的常見病害主要為主體結構的位移、變形縫的錯臺、滲漏等。

軟土地區土層具有強度低、壓縮性高、抗剪強度低、具流變觸變特征，水文地質環境變化時容易使綜合管廊產生傾斜、水平位移、垂直位移等結構變形，進而造成綜合管廊產生裂縫、滲漏等病害。軟土地基建設的綜合管廊，縱向沉降差異會導致管廊管節間形成剪切力，超過變形縫的容許范圍則會造成變形縫開裂[2]。

管廊周邊進行深基坑開挖降水、強夯施工時會打破地下水的平衡狀態，導致綜合管廊變形，產生豎向、水平或者傾斜位移，進而在管廊內部結構產生裂縫、管廊節段之間的錯臺、變形縫滲漏等病害。

綜上所述，地基問題引起的結構病害，其原因可分為內部環境因素和外部環境因素。

內部環境因素指設計、施工技術方案和施工質量等對綜合管廊造成的病害，包括裂縫、銹蝕、局部微小滲漏點等，發生概率高，但危害程度相對較低。病害發生后相對容易處理，不會對綜合管廊安全運營產生太大影響[3]。外部環境因素指管廊周邊地塊開發、市政設施施工、地質情況突變等產生的綜合管廊不良影響，外部環境一般危害程度高，需要加強運營過程中的安全保護措施，提前預防。

2.2 逆向分析

根據綜合管廊存在的病害進行逆向分析，按危害大小、產生原因是否可控將對策原則分為接受、避開、管控三大類。

軟土地基會引起管廊不均勻沉降及由此產生的各類病害，危害較大而不易控制，產生病害后難以修復，在規劃設計階段應以地勘資料為依據，將平面路由避開軟土地基區域。

規劃無法避開或城市普遍分布有不良地基時，需要接受既有條件，并在規劃設計中加強地基設計。由于此類問題占比較大，因此雕琢設計細節、提高設計質量是提高管廊運維期結構安全的關鍵。

①綜合管廊地基處理除承載力控制外，還需要增加沉降作為驗算指標，軟土地區建設時應計算綜合管廊的工后沉降，相應調整地基處理方案，對于地基加固的起終點應做重點設計。

②提高綜合管廊的截面抗彎剛度、減少綜合管廊埋深，可以減少綜合管廊接縫處滲漏隱患，減少滲漏后引起綜合管廊的變形和沉降。

③為減少管廊與道路橫向差異沉降，管廊本體宜設置在綠化帶范圍內，如綜合管廊局部布置與行車道下，管廊邊緣需要采用減沉措施。

④設計階段提出對管廊結構變形的監測要求，并對觀測點和觀測設備進行預留預埋。

外部地塊開發、市政工程施工等因素對綜合管廊的安全威脅較大，主要需要通過加強管控來解決。采取加強地面標識、制定完善的管理措施來事前規避，當不可避免時，加強施工期間的檢測測量，尤其深基坑開挖和降水，地下水開采，要求對方施工單位做好施工組織計劃，控制不良影響。

3 外部水滲漏問題及逆向分析

3.1 病害情況及原因分析

外部水滲漏問題主要有：

①電力電纜、通訊電纜分支口一般無預埋套管，內澇、降水及地下水通過分支管道進出管廊處侵入綜合管廊形成病害。

②管廊伸縮縫老化或因地基差異沉降開裂會引起地下水的滲入[4]。

③通風百葉窗是綜合管廊通風換氣的重要通道，但根據運營情況來看，雨水、澆灑水易通過百葉窗侵入綜合管廊，引起管廊內積水。

綜合管廊水滲漏病害可分為外部原因和內部原因。

外部原因主要有：管廊線路較長，低洼處管廊口部下邊緣易被洪水淹沒，導致洪水迅速入侵綜合管廊；地下水對易通過分支管道進出管廊處侵入綜合管廊；降雨時雨水可能通過百葉窗侵入綜合管廊。

內部原因主要有：變形縫處防水效果差；管道反復作業擾動造成管廊分支口處滲漏。

3.2 逆向分析

對于外部滲漏水產生的病害對策同樣按照接收、避開、管控三個原則展開。對于城市內澇區、地下水豐富的地點應在規劃時盡量避開；對于一般路段的防洪排澇、灌溉清潔，應接受問題并在設計階段采取措施減輕相關影響；運維階段加強管控，將防滲漏措施落實到位。

①綜合管廊規劃階段應盡量避免與河谷交叉。結合當地洪（潮）水位變化規律和發展趨勢，合理規劃設計符合當地實際的工程方案。

②應避免管廊口部設置在低洼處。

③根據城市積水不同設置不同高度通風口；通風口可以設置外部防止降水及灑水、噴灌澆灑侵入管廊措施，可設置防水百葉。

④綜合管廊穿越河流溝谷段，應在兩端節點處設防淹門，防淹門要求能快速關閉。

⑤逃生口結合道路綠化景觀設置成逃生口構筑物，逃生口高度應高出綠化帶標高，防止降雨、積水及澆灌水等侵入綜合管廊，同時做好逃生口的密封，防止降雨、積水及澆灌水等滲入綜合管廊[5]。

⑥綜合管廊應根據防水等級要求和水環境條件，來選擇防水措施，建立起“周圍土體+防水層+結構自防水”的綜合防水體系。

4 內部溫濕度的影響及對策分析

4.1 病害情況及原因分析

管廊內部環境常見問題有密閉環境、潮濕、廊內通風問題、嚴寒問題等。

綜合管廊屬于線性狹長封閉環境，一般只在通風井、逃生口、吊裝口、部分管線分支引出處與外界聯通，同時由于管廊內部直接利用外部通訊信號較困難，目前管廊基本均利用管廊內部無線通訊與外部進行通訊，巡檢維護人員長期在管廊內部工作，情緒較為壓抑。

潮濕環境會導致管道、支吊架、預埋件的金屬構件銹蝕，影響綜合管廊內檢測、檢測儀儀表儀器的準確度和壽命，促進霉菌生長，可能會對長期進入管廊的運維人員身體健康造成不良影響。

廊內通風不暢可能會引起廊內溫度過高、濕度過大、氧氣濃度不足、有毒有害氣體濃度超標和危險物質堆積，增加了運維人員面臨的人身安全風險[6]。

中國地區冬季寒冷，開啟風機進行廊內正常通風換氣，室外溫度較低的冷空氣會直接灌入廊內，會造成有凝露的壁面結冰或者會造成廊內管線儀表凍結等危害，同時裂縫中發生凍結容易引起結構裂縫的進一步加劇，影響結構安全性。

由于管廊工程施工把關不嚴、管廊外部水位較高、管廊上部車輛荷載變化、道路開挖等因素，導致綜合管廊外防水層防水效果差或防水層被破壞，伸縮縫、施工縫處滲漏水、甚至涌水加重了管廊內潮濕程度。

管廊設計通風能力不足或通風氣流紊亂導致管廊內通風氣流不暢，無法有效改善管廊內部環境。

4.2 逆向分析

導致管廊內部潮濕的原因，一方面是客觀環境，一方面是管廊自身的通風能力。客觀環境如地下水位、空氣濕度等對于特定的城市來講一般是無法改變的，需要接受并在規劃設計中加強通風設計或采取其他措施避免、減輕對運維階段的影響[7]。

①由于綜合管廊屬于地下封閉場所，綜合管廊內需要保證一定的環境溫度、濕度要求以適合維護人員檢修作業的需要。

②綜合管廊宜采用自然進風和機械排風相結合的通風方式，天然氣管道艙室和含有污水管道的艙室應采用機械進、排風的通風方式。各艙室內加設誘導風機，改善通風氣流組織，提升廊內衛生環境。

③增加預埋件的防腐性能，按照百年設計使用壽命選擇鋼材，并適當提高預埋件的防腐蝕設計年限，建議提高至20～30年，同時配合高效的運維巡檢，有效提高預埋件的使用壽命。

④管廊內蓋板、扶梯、電纜橋架等采用阻燃玻璃鋼等不易于銹蝕的復合材料，避免高鹽、高濕環境下的銹蝕。

5 設置安全保護區及安全標識

中國建設綜合管廊的歷史較短，運維管理經驗積累不足，但軌道交通、隧道等工程建設運維經驗豐富，總結了很多有效的經驗與保護措施，這些工程在重要性程度、結構形式上具有一定可比性，可合理借鑒，作為綜合管廊安全保護措施的參考。

為避免外部工程的實施對綜合管廊的運維安全產生危害，最直接的手段就是設立安全保護區，對綜合管廊沿線規定一定范圍，范圍內設置標志、標識，明確保護范圍和禁止事項，并安排人員日常巡檢，避免不規范施工造成安全隱患。

5.1 安全保護區

為防止運營期管廊遭受鄰近工程的破壞，應在管廊周邊設置安全保護區和安全控制區，并在安全敏感處設置內外部保護標識。

①綜合管廊建設時，應根據GB 51354—2019《城市地下綜合管廊運行維護及安全技術標準》，在規定的安全保護范圍、安全控制區的邊界處設置明顯地面標識或標牌，明確保護邊界，對保護區內作業進行明確限定。

②對于淺埋管廊及節點處地面區域設置保護范圍，標明可開挖深度，對在保護區域內作業進行明確限定。

③在綜合管廊保護區沿線設立保護標識，有條件地方可并入城市應急聯動體系，提供統一應急聯系電話。

5.2 安全標識

GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術規范》的規定，管廊內部設置管廊介紹牌、管線標識牌、設備標示牌、安全警告標識牌、里程標識、管廊節點標識。主要存在問題如下有：

①標識設置不規范。管廊內標識信息未按照國標規定設置，管理信息缺失。各地方規范對于標識具體形式規定形式多樣、各具特點，沒有形成一套統一的標準。

②管廊內部一般不設置連續的里程樁號，定位需借助于零散的標識系統，造成檢修時定位不便。

③管廊交叉節點位置管線錯綜復雜，缺少相應的排布示意圖，對檢修及日常維護造成不便。

綜合管廊外部標識設置較少，會引起以下問題：

①綜合管廊管理主體信息標識缺失，不便于涉及綜合管廊相關事項的申報處理。

②在埋深淺、易受道路施工破壞的管廊段缺少必要的指示標識，存在施工破壞的隱患。

③在綜合管廊保護區及控制區邊界缺少相關標識，對于影響管廊安全的相關工程缺少必要的提示。

綜合以上問題，對于綜合管廊內外標識的設置，建議在設計階段從以下方面進行優化：

①在檢修道地面設置連續里程標識，方便檢修人員隨時隨地可以進行里程定位[8]。

②對于管廊內標識牌，需加強信息完整性的檢查，特別是設備規格、型號、主要參數、聯系電話等關鍵信息，保證日常檢修檢查以及應急狀況下的安全處置順利進行。

③在管廊安全保護區及控制區范圍地面設置明顯標識，并對相關區域可進行哪些作業進行明確限定，設立指示牌。

④淺埋管廊（管廊頂板以上覆土小于1.5m）建議設置覆土較小的提示標識，對于道路施工起到提示作用。

⑤管線分支口、管廊交叉口等節點處，在頂板覆土較小區域路面設置明顯標志。

⑥每隔一定距離設置管廊管理主體標識，明確管理單位、禁止事項、聯系電話等。

⑦出入口井蓋、檢查井井蓋、投料口井蓋設置“綜合管廊”標識，明確產權歸屬。

⑧管廊穿越河道、鐵路橋、隧道處需在外部地面處設置明顯標識。

6 結語

論文通過對綜合管廊運營期病害梳理、病害原因分析，并進行逆向分析溯源，對影響綜合管廊安全性、耐久性的因素提出了規劃設計階段的改善措施。

①管廊選址時要將地質情況作為選址的重要考慮因素。地下管廊作為重要的地下市政設施，其重要性、安全性遠比一般的地下構筑物高。雖然可以通過技術措施提高地下綜合管廊的安全等級，但地下條件的復雜性、周邊建設的不可控性仍然是地下綜合管廊的安全隱患。在地下綜合管廊規劃時就將地質條件作為重要的選址因素進行考慮，有利于城市的長遠和科學發展。

②城市規劃設計時要綜合考慮地下綜合管廊和周邊建筑的布置位置、建設時序。地下綜合管廊和周邊建筑物之間的距離、建設時序對兩者的結構安全都非常重要，在城市建設近遠期規劃時應通盤考慮，避免兩者相互干擾，能夠從根本上提高安全等級，減少隱患。

③建立城市地下空間開發管理體制，加強對地下空間開發的安全管理。不論是地下綜合管廊還是其他地下空間，只要涉及地下空間開發，應統一報備、聯合管理，尤其重視管理地下綜合管廊周邊范圍內從事深基坑開挖之類影響管廊安全的行為，避免造成地下空間構筑物的結構損害。

綜合管廊是百年工程，需要在規劃、設計階段對全壽命周期內的安全性、耐久性問題做到提前預防。根據當前管廊運維的現狀，針對較為普遍的地基問題、滲漏水問題、內部環境問題對規劃設計進行逆向分析，是一個新的研究思路，為提高中國綜合管廊建設質量、保障各類管線長期安全穩定運行具有重要的意義。