自動化集裝箱碼頭綜合管溝斷面設(shè)計

李 彬，柴治國，鐘良生，楊苑霖

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510290)

隨著人工智能、5G通信技術(shù)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等最新科技與港口工程的深度融合，自動化集裝箱碼頭技術(shù)日趨成熟，不斷在我國碼頭建設(shè)中得以應(yīng)用和發(fā)展。自動化集裝箱碼頭具有管線眾多、后期維護要求高等特點，故對港區(qū)綜合管線敷設(shè)方式提出更高的要求，但目前港口工程綜合管線建設(shè)水平基本上還停留在傳統(tǒng)埋地敷設(shè)的狀況。傳統(tǒng)管線埋地敷設(shè)存在占地大、抗不均勻沉降差、維護管理不便、各類管線重復(fù)開挖不經(jīng)濟等問題，已無法滿足自動化集裝箱碼頭眾多管線的敷設(shè)要求，亟需一種適用于自動化碼頭的新型綜合管線敷設(shè)方式即綜合管溝。

港口工程綜合管溝為可容納服務(wù)于港區(qū)兩類及以上管線的構(gòu)筑物，其主要特征為帶可開啟蓋板、無覆土或少覆土、內(nèi)部無需滿足人員正常通行要求、多為單艙結(jié)構(gòu)、管溝斷面靈活、無下料口、通風(fēng)和消防設(shè)施等附屬設(shè)施[1]。相對于傳統(tǒng)管線埋地的敷設(shè)方式，綜合管溝具有集約用地、抗不均勻沉降、方便運營維護等顯著優(yōu)點，可以有效解決自動化集裝箱碼頭的管線敷設(shè)問題。

1 港口工程綜合管溝設(shè)計存在的問題

《海港總體設(shè)計規(guī)范》[2]提出沿同一路由的主干管線數(shù)量較多或距離較長時，可采用綜合管溝敷設(shè)，通信電纜管線與高壓輸電電纜管線須分開設(shè)置、燃氣管線與電力電纜須分開設(shè)置。而《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》[3]要求110 kV及以上電力電纜不應(yīng)與通信電纜同側(cè)布置。而港區(qū)電纜多為35 kV及以下，按此規(guī)范理解，港區(qū)電力電纜與通信電纜可共溝、同側(cè)布置。

《河港總體設(shè)計規(guī)范》[4]提出當(dāng)條件具備時，可采用綜合管溝的方式，并明確熱力管線不得與電力、通信管線共溝，可能互相產(chǎn)生危害的管線不應(yīng)共溝。其中未提及綜合管溝斷面的具體要求。

《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》提出城市綜合管廊按建設(shè)規(guī)模分為干線綜合管廊、支線綜合管廊和纜線管廊，相較于干線、支線綜合管廊，港區(qū)綜合管溝具有入溝管線少、艙室少、斷面小、投資省等優(yōu)點，常見城市綜合管廊與港區(qū)綜合管溝的對比見表1。而結(jié)構(gòu)簡單、造價相對較低的纜線管廊僅用于電力電纜和通信電纜的敷設(shè)，功能單一，無法滿足港區(qū)給排水管線、電力管線、通信管線等管線的敷設(shè)要求。《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》未對公稱直徑400 mm以下口徑的管線予以區(qū)分，而港口工程給水管線管徑較小，公稱直徑一般小于400 mm，不能有效指導(dǎo)港口工程小口徑給水管線的斷面布置。

表1 城市綜合管廊與港口工程綜合管溝對比

2 入溝管線分析

港口工程管線有給水管、再生水管、消防水管、電力電纜、通信電纜、壓力排水管、重力流雨水管、重力流污水管等，北方港區(qū)還會有熱力管線，由市政供給港區(qū)燃氣的還會有燃氣管線。一般情況下，給水管、再生水管、消防水管、通信電纜、電力電纜進入綜合管溝技術(shù)難度較小，這些管線可以同艙敷設(shè)，壓力流排水管與給水管相似，可優(yōu)先安排進入綜合管廊內(nèi)。

鑒于部分港區(qū)用地緊張，而重力流雨水管線管徑較大，可利用綜合管廊結(jié)構(gòu)本體排除雨水，在設(shè)置獨立的雨水艙結(jié)構(gòu)及排水坡度，并采取防止雨水倒灌或滲漏至其他艙室的措施后，雨水可以考慮入溝。

天然氣管、重力流雨水管、重力流污水管、熱力管道進入綜合管廊須滿足相關(guān)安全規(guī)定，天然氣管道及熱力管道不得與電力管線同艙敷設(shè)，且天然氣管道應(yīng)單艙敷設(shè)。若天然氣管道及熱力管道入廊，均須單艙敷設(shè)，將大幅增加綜合管溝的投資，且港區(qū)天然氣及熱力管道一般直徑較小、數(shù)量不多，可采用明敷或直埋敷設(shè)。因此，港區(qū)綜合管溝一般不考慮熱力管道、燃氣管道入溝。

港口工程重力流污水管線一般集中于輔建區(qū)，污水管道多為重力流，受充滿度、坡度和上下游管線高程的制約，同時污水管線在運行中管內(nèi)會產(chǎn)生硫化氫、甲烷等有毒有害氣體，散發(fā)惡臭氣味，為后期的管溝運營維護帶來諸多安全風(fēng)險，且輔建區(qū)多為綠化帶、人行道，方便重力污水管線敷設(shè)。因此，港區(qū)綜合管溝一般不考慮重力流污水管線入溝。

綜上，港口工程入溝管線一般為給水管、再生水管、消防水管、通信電纜、電力電纜、壓力污水管，特殊情況下雨水可入溝。

3 綜合管溝設(shè)計要點

3.1 斷面布置原則

由于國內(nèi)尚沒有港口工程綜合管溝的相關(guān)規(guī)范，對于綜合管溝的斷面布置可參考電纜溝、電纜隧道及纜線管溝的相關(guān)要求，而管溝內(nèi)給水管線布置與室內(nèi)管道布置類似，可參考室內(nèi)管線架空安裝方式：

1)綜合管溝的斷面形式根據(jù)入溝管線的種類、數(shù)量、預(yù)留空間等綜合確定，并應(yīng)滿足管線安裝、檢修、維護作業(yè)所需的空間要求。

2)港區(qū)電力電纜與通信電纜可共溝、同側(cè)布置；同側(cè)布置時，高壓電力電纜宜布置在下方，通信電纜布置于上方。

3)熱力管線不得與電力、通信管線共溝。

4)電力電纜的支架間距應(yīng)符合《電力工程電纜設(shè)計標準》[6]的有關(guān)要求。

5)給水管線布置可參考《室內(nèi)管道支架及吊架》[7]關(guān)于沿墻安裝管道托架的相關(guān)要求，上下兩層管道間距應(yīng)滿足閥門安裝、操作空間要求。

6)綜合管溝須設(shè)置排水設(shè)施。

3.2 斷面設(shè)計

3.2.1標準斷面

綜合管溝標準斷面見圖1。

圖1 綜合管溝標準斷面

3.2.2管溝通道

參考電纜隧道、電纜溝等的凈空要求，可將綜合管溝進行分類，綜合管溝類型劃分及通道凈尺寸見表2。

表2 綜合管溝通道的凈尺寸

根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計標準》的條文解釋，溝深小于600 mm的淺溝設(shè)置通道主要是為了安裝電纜支架，并非用于通道。因此，不對淺溝的通道寬度做要求，但管溝凈寬不小于300 mm。

3.2.3水管布置

根據(jù)管道安裝、維護、閥門安裝及操作要求，公稱直徑在400 mm以下水管安裝的空間尺寸見表3。

表3 不同管道管徑安裝間距要求

3.2.4電力、通信管線布置

最下層線纜支架與溝底的距離不小于100 mm，即B3為100 mm。港區(qū)供電電壓一般為35 kV以下，兩層明敷電力電纜支架層間距見表4。

表4 明敷電纜不同電壓等級安裝間距要求

通信電纜一般采用槽盒敷設(shè)，兩層通信電纜槽盒支架間距可按槽盒高度增加100 mm計。線纜支架長度根據(jù)線纜數(shù)量確定，一般不超過600 mm。綜合管溝其他各參數(shù)的選取可參考表5。

表5 明敷電纜不同電壓等級安裝間距要求

通過以上方法，根據(jù)入溝管線數(shù)量、管徑等基本可確定綜合管溝斷面。

3.3 排水

綜合管溝須設(shè)置排水設(shè)施，鑒于港區(qū)綜合管溝深度較淺，而港區(qū)雨水管線較深，末端雨水出口可深4～5 m，管溝排水可通過間隔設(shè)置排水管將溝內(nèi)積水排至港區(qū)雨水管，并在排水管末端設(shè)置防倒灌器，防止港區(qū)雨水倒灌進入管溝內(nèi)。

當(dāng)管溝周邊排水管深度不足時，可設(shè)置強排設(shè)置，間隔設(shè)置積水坑收集溝內(nèi)積水，提升至港區(qū)雨水管網(wǎng)。

4 綜合管溝應(yīng)用實例

廣州港南沙港區(qū)四期碼頭工程(簡稱“四期工程”)、欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程(簡稱“欽州工程”)均為自動化集裝箱碼頭，港區(qū)管線數(shù)量較多，自動化作業(yè)水平較高，對后期管網(wǎng)維護要求高，而傳統(tǒng)埋管敷設(shè)方式無法滿足要求，通過在港區(qū)設(shè)置綜合管溝，解決了工程中遇到的問題，達到了設(shè)計目標。

在四期工程中，輔建區(qū)位于工程南側(cè)，碼頭區(qū)及堆場區(qū)位于北側(cè)，中心變電所、供水加壓站、中控室等均位于輔建區(qū)，從輔建區(qū)至碼頭區(qū)、堆場區(qū)的線纜、管線較多，且需要預(yù)留一定的遠期發(fā)展空間，故采用大型的綜合管溝。為防止地面雨水進入，堆場箱區(qū)的管溝頂面突出地面，箱區(qū)管溝斷面見圖2。

圖2 大堆場箱區(qū)型綜合管溝斷面(單位：mm)

在四期工程中，綜合管溝過路段采用淺埋，淺埋段長度約50 m，過路段管溝斷面見圖3。

圖3 過路段大型綜合管溝斷面(單位：mm)

在四期工程中，平行于碼頭后方堆場的線纜數(shù)量相對較少，只有1根給水管，故采用中型綜合管溝，其斷面布置見圖4。

圖4 中型綜合管溝斷面(單位：mm)

在欽州工程中，自動化集裝箱堆場采用U形布置，軌道邊距離道路僅有1.5 m，采用傳統(tǒng)的埋管方式位置不足，考慮設(shè)置微型綜合管溝，其斷面布置見圖5。

圖5 微型綜合管溝斷面(單位：mm)

5 結(jié)語

1)自動化集裝箱碼頭用電設(shè)備較多，電力及通信電纜較常規(guī)港區(qū)增加較多，且近年來環(huán)保要求越來越高，對自動化集裝箱碼頭的船舶污水、清潔壓載水的收集也提出了要求，故港區(qū)給排水管線也增加較多。相對于管線傳統(tǒng)埋地敷設(shè)，綜合管溝具有集約用地、管線容量大、抗不均勻沉降、運營維護方便等諸多優(yōu)點，可以有效解決自動化集裝箱碼頭管線多、運營維護要求高等問題。

2)通過分析綜合管溝的特點，根據(jù)入溝管線的類別、數(shù)量，提出適用于港區(qū)的綜合管溝斷面尺寸的相關(guān)建議。結(jié)果表明，方便開啟的單艙管溝斷面適用于多個自動化集裝箱碼頭。

3)綜合管溝不應(yīng)僅局限于自動化集裝箱港區(qū)，對于常規(guī)港區(qū)、工業(yè)園區(qū)、城中村改造等管線較多、用地受限區(qū)域也具有較大的適用性，在采取可靠的雨水防倒灌措施下，可考慮將雨水入溝，將雨水管涵設(shè)置在管溝下方，用地更集約，性價比更高。

4)目前國內(nèi)尚無綜合管溝的相關(guān)規(guī)范，對綜合管溝在港口工程中的推廣應(yīng)用有一定的局限性，建議相關(guān)部門盡快組織開展綜合管溝的相關(guān)研究、標準立項等工作，以期對其推廣提供相關(guān)依據(jù)。