綜合管廊工程風險識別與設計防控措施探討

崔毅

北京市市政工程設計研究總院有限公司 100082

引言

城市地下綜合管廊是指在城市道路下建造一個市政共用隧道，將電力、通信、供水、燃氣等多種市政管線集中于一體的構筑物，設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統，施工統一規劃、設計、建設和管理，做到地下空間綜合利用和資源共享［1］。

19世紀初，世界上第一條真正意義上的城市綜合管廊誕生于法國巴黎。而后，英國、德國、美國、俄羅斯，日本等發達國家也開始大規模興建城市綜合管廊［2］。

國內第一條城市綜合管廊建設于1958年天安門廣場下部，全長約1km［2］。自此之后，國內許多城市開建城市綜合管廊，已建成的地區包含上海、天津、廣州等。據不完全統計，全國建設里程約800km［2］。

地下綜合管廊系統解決了城市交通擁堵問題，極大方便了電力電信、燃氣熱力、給排水等市政基礎設施的維護和檢修。同時地下綜合管廊系統還具有一定的防震減災作用。

在國外，由于城市發展較成熟，對綜合管廊工程研究較早，基礎設計建設相對完善，現代化程度較高。在安全風險研究評價方面，大概可分為三個層面：分別是規劃層面、設計層面和運維管理層面。

近年來，我國城市化進程不斷加快，城市綜合實力不斷增強，城市地下空間不斷被開發利用，綜合管廊的重要性越來越被大眾認識。針對于綜合管廊工程風險識別及安全保障研究，大致可分為規范標準制定與研究、安全評價技術方法研究、管廊安全特性研究。

本文主要針對管廊工程的設計風險源進行研究，提出工程設計的風險管控措施，提高對項目風險預判能力，創新以項目風險源為前提的項目管理模式，以此降低設計及施工風險。

1 城市綜合管廊安全風險辨識

1.1 辨識內容

綜合管廊內容納了水、電、氣、電力、電信、燃氣等供城市運轉的“生命線”，綜合管廊的安全運行是城市安全運行的保障。確保綜合管廊安全運行，首先要認真分析各類風險因素，找到風險源，并相應制定預防管控措施；影響綜合管廊安全運行的風險因素存在于綜合管廊全壽命周期范圍內。

1.2 綜合管廊系統構成

城市綜合管廊主要的組成部分包含管廊本體結構、內部管線、附屬設施、標志標識、監控設備等以及與之相關的外部道路結構、環境因素、人為因素等內容，如圖1所示。

1.3 管廊風險因素構成及特點

1.內部風險因素

綜合管廊內部風險因素主要研究管廊基本構件系統自發性產生的安全事故。

2.外部風險因素

綜合管廊外部風險因素以管廊整體為研究對象，同時管廊在運維維護過程中系統產生的安全方面的變化和影響也包括在內。

2 綜合管廊主要風險源及等級劃分

2.1 綜合管廊安全風險源識別

1.管廊本體因素

城市綜合管廊屬于地下構筑物，在使用年限內，會因為自身原因產生災害事故，影響整體的使用安全性能。因此在設計過程中應充分考慮管廊型式、斷面合理性、結構特點等相關因素。

2.廊內管線因素

城市綜合管廊主要納入的管線類型有供水管道、排水管道、燃氣管道、電力電信管道、熱力管道，不同管道因其本身材料以及內容物性質不同，所具有的安全風險事故隱患及其影響因素也有較大差異，見表1。

表1 管廊管線材質及安全事故風險因素匯總Tab.1 Summary of pipeline material and safety accident risk factors of pipeline gallery

廊內管線風險主要由設計因素和材料質量因素造成，對于不同類型的管線，應進行具體因素分析，如圖2所示。

3.環境因素

圖2 管廊管線本身安全影響因素分類Fig.2 Safety influence factors of utility tunnel

城市綜合管廊內屬于密封的環境，有各種有毒、有害氣體，發生氣體泄漏會危害工作人員生命，同時管廊內溫度、濕度等環境因素影響也是不可忽略的。根據綜合管廊的系統特性，可將環境因素分為內部環境因素和外部環境因素。溫度、濕度、壓力影響均屬內部因素；地質、環評、災害均屬外部環境因素。

4.人的因素

人的因素主要指以人為行為主體，所開展的活動對管廊系統可能產生的安全性影響，將其分為人為損害因素和人為誤操作因素。

2.2 綜合管廊風險等級劃分及接受標準

1.風險等級標準

依據風險發生概率大小，擬將風險發生概率分為五級［3］，見表2。

表2 風險發生概率分級Tab.2 Risk occurrence probability grading

2.風險事故損失等級標準

綜合管廊工程中，一旦發生風險會對工程本身、周邊環境、人員等造成損失與傷害，考慮損失的不同程度，建立風險損失的等級標準，見表3。

表3 風險損失等級標準Tab.3 Risk loss grade standard

3.風險接受準則

不同風險等級需采用不同風險管理措施，建立不同的風險接受準則［4］，見表4。

表4 風險接受準則等級Tab.4 Hierarchy of risk acceptance criteria

3 綜合管廊風險防控與應急管理

綜合管廊的風險防控是通過風險識別、風險評估、風險評價，對風險實施有效的控制和處理，達到最大的安全目標。

3.1 綜合管廊風險防控措施

1.投融資階段風險防控

綜合管廊是一個復雜的系統工程，要考慮近遠期規劃的緊密結合。由于納入管廊的管線分屬不同部門，因此需要強有力的管理機構進行協調和管理。

2.規劃階段風險防控

綜合管廊工程，涉及給排水、電力、通信、道路、燃氣等專業。因此，綜合管廊的規劃與建設必然要做好各個市政專業部門的協調［5］。

規劃要結合現狀統一規劃，分步實施，應重視近期建設規劃，并且適應城鎮遠景發展的需求。

3.設計階段風險防控

（1）管廊總體設計

管廊總體設計防控措施主要包括：管廊設計條件要與上位規劃一致；管廊附屬構筑物覆土及出地面孔口位置要合適；管廊分支節點處管道安裝空間應滿足設計及使用要求；管廊出地面設施要與周邊景觀協調；管廊要考慮澇水影響等因素。

（2）管廊建筑結構設計

綜合管廊的結構形式包括鋼筋混凝土結構及鋼結構兩種主要形式，根據目前的建設情況來看，城市綜合管廊多以鋼筋混凝土結構為主。不同廊體結構在耐久性、耐沖擊性、防火性等多方面存在較大差異。綜合管廊結構上的作用，按性質可分為永久作用和可變作用。在進行綜合管廊防水設計時，嚴格按照《城市綜合管廊工程技術規范》（GB 50838—2015）、《地下工程防水技術規范》（GB 50108—2008）標準進行設計，防水設計等級應不低于二級。綜合管廊結構在縱向應設置變形縫，變形縫的最大間距應為30m，同時在結構剛度突變部位及地基土層突變處也應設置變形縫。

（3）管廊電氣設計

1）變配電系統：根據綜合管廊各相鄰配電單元負荷類型、容量、數量、受電位置基本相同，且具有沿線分布比較均勻的特點，并結合0.4kV電壓等級最大允許的電壓降，滿足對電能質量的要求，并合理選擇變配電所內的電氣設備。

2）照明系統：綜合管廊內設一般照明、非消防應急照明和消防應急照明，其中非消防應急照明兼做一般照明。

3）接地系統：綜合管廊為地下構筑物，無需設置防直接雷擊措施，配電系統中設置避雷器、浪涌保護器等防雷電感應過電壓保護裝置。地面以上建（構）筑物按規范要求設置防直擊雷保護。

4）監控中心和統一管理信息平臺系統［6］：中心設備包括統一管理信息平臺、環境與設備監控系統中心設備、安全防范系統中心設備、通信系統中心設備、電力監控系統中心設備、火災自動報警系統中心設備、可燃氣體探測報警系統中心設備、超細干粉滅火系統中心設備、網絡系統中心設備、其他輔助設備等。

（4）管廊通風消防設計

1）通風系統設計原則：綜合管廊的通風系統主要為保證綜合管廊內部空氣的質量，通風系統應能提供足夠的新風以確保維修人員的安全，保證管廊內工藝管線運行安全，以及保證火災后能及時排除有害煙氣。

2）通風分區的劃分：結合目前全國已實施綜合管廊的工程設計經驗，目前綜合管廊通風分區長度一般是按照200m、400m和600m等幾種劃分方式考慮。

3）通風系統控制要求：為確保綜合管廊平時正常運行及火災后的排風，需對管廊內空氣品質、通風系統運行工況進行監控。采用現場手動和監控中心控制的兩級控制。

4）滅火器實施：根據《城市綜合管廊工程技術規范》（GB 50838—2015），綜合管廊內應在沿線、人員出入口、逃生口等處設置滅火器材。

5）自動滅火系統：根據《城市綜合管廊工程技術規范》（GB 50838—2015），干線綜合管廊中容納電力電纜的艙室，以及支線綜合管廊中容納6根及以上電纜管廊的艙室應設置自動滅火系統。

4.施工階段風險防控

（1）管廊基坑開挖與支護

基坑應采用“分段、分層、間隔、平衡開挖”，并應“先撐后挖”。基坑開挖分段可根據開挖條件、環境影響和結構分縫位置等綜合分析，一次開挖暴露的維護邊長不超50m。基坑開挖到設計標高后應及時澆筑素混凝土墊層，坑底無墊層暴露時間不應大于24h。

（2）監控與監測

監測主要內容應包括維護結構頂水平位移和沉降、裂縫、土體傾斜、坑外地表沉降，臨近建（構）筑物、管線的位移、沉降、裂縫等，坑內、外水位變化，支撐軸力等。監測單位應按監測方案實施監測。

（3）設備安裝施工要求

管廊內設備安裝施工要求主要包括：地下管廊電氣系統工程的設備安裝施工要求；通風設備施工安裝要求；消防設施施工安裝要求。

5.運維階段風險防控

（1）運維管理概念

綜合管廊運維管理是對綜合管廊全生命周期運維過程的計劃、組織、實施和控制，是與綜合管廊服務創造密切相關的各項管理工作的總稱。

（2）運維管理目標

綜合管廊處于城市地下，因此，其主體結構不可避免會與地上、地下其他建（構）筑物發生關系，管廊周邊的建設工程也有可能危害管廊主體結構。因此，盡可能防止和降低環境因素對運行期間的影響是綜合管廊安全防護的管理目標。

（3）管理責任劃分

依據《國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》（國辦發【2015】61號）規定，地下綜合管廊本體及附屬設施管理由地下綜合管廊建設運維單位負責，入廊管線的設施維護及日常管理由各自管線單位負責。

（4）運維管理模式

根據投融資模式和運維承擔單位不同，綜合管廊運維管理模式主要分為委托管理模式和自建自管模式。

3.2 應急管理及應急處置措施

1.應急管理原則

《國家突發公共事件總體應急預案》提出六項工作原則，即：以人為本，減少危害；居安思危，預防為主；統一領導，分級負責；依法規范，加強管理；快速反應，協同應對；依靠科技，提高素質。

2.應急管理內容［7］

（1）根據發生和可能發生的突發事件研究制定應急預案；

（2）建立健全和完善應急預案體系；

（3）建立健全和完善應急管理機制；

（4）建立健全和完善應急運行機制；

（5）建立健全和完善應急法制。

3.應急處置措施

依據綜合管廊的主要功能和運行特點，按照性質、嚴重程度、可控性和影響范圍等因素，可將應急突發事件分為專項應急突發事件及一般應急突發事件。專項應急突發事件包括火災、爆管等，需編制相應的專項應急預案。

在事故結束24h內形成書面調查報告并上報；召開事故分析會，總結教訓，排查類似隱患，制定和落實整改方案，整改完畢后及時匯報。

在管廊應急處置中要堅持以人為本的原則，把人身安全放在首要位置。同時，應定期開展有關員工應急安全方面的培訓，提高員工安全意識，確保自身安全。

4 結語

本文總結了城市綜合管廊的發展、現狀、特點，并以風險辨識和評價為重點，針對城市地下綜合管廊安全風險評價現狀進行全面分析，并提出了管控措施和解決思路，為城市綜合管廊建設的良性發展提供了技術保障。

城市綜合管廊是組成結構復雜、影響因素多變的綜合性系統，在風險辨識和評價方面，目前仍存在較大局限性和不足。下一步對管廊風險源的辨識及評價應著重從以下幾方面入手：

1.應更深入地探究各類事故的發生規律和特點。

2.優化現有安全風險辨識和評價體系，形成完整的城市綜合管廊風險識別及防控理論。

3.要注重管廊信息化、數據化、智慧化的發展方向，形成監控、預警、云計算、大數據于一體的綜合性信息化系統。