管道安裝和運(yùn)輸作業(yè)對綜合管廊總體設(shè)計(jì)影響研究

李愷琳

深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 深圳 518000

綜合管廊結(jié)構(gòu)憑借其土地集約利用率高、無需反復(fù)開挖路面的優(yōu)勢而在現(xiàn)代化城市建設(shè)期間備受關(guān)注，因此，在現(xiàn)代化城市建設(shè)過程中，涌現(xiàn)出了較多城市綜合管廊項(xiàng)目。但結(jié)合現(xiàn)階段綜合管廊整體設(shè)計(jì)情況來看，設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要集中在管廊平面、管線分析、特殊節(jié)點(diǎn)、橫斷面等方面上，對大口徑管道的安裝和運(yùn)輸在空間方面需求的關(guān)注度較為欠缺，但這兩種因素若考慮不當(dāng)，則易出現(xiàn)入廊困難等問題，需加強(qiáng)重視。

1 綜合管廊斷面設(shè)計(jì)受管道安裝時(shí)序的影響

1.1 分析實(shí)例

集約性強(qiáng)是綜合管廊結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢，可容納較多管線，能夠最大限度利用地下空間，在綜合管廊設(shè)計(jì)過程中，為降低工程投資成本，提高空間利用率，多將通信管線、電力管線（10 kV）、中水管線、給水管線規(guī)劃至同一管廊艙室內(nèi)，盡可能壓縮斷面。在總體設(shè)計(jì)時(shí)，各類管線建設(shè)進(jìn)度存在差異，且管線產(chǎn)權(quán)不同，在綜合管廊投入使用后，管道常受到已安裝管線的限制而難以便捷安裝，繼而引發(fā)入廊困難、無法入廊等問題。為進(jìn)一步分析了解綜合管廊斷面設(shè)計(jì)受管道入廊時(shí)序的影響情況，以某兩艙綜合管廊項(xiàng)目為實(shí)例展開分析，該項(xiàng)目的入廊規(guī)模及管線種類如表1所示。

表1 案例兩艙綜合管廊項(xiàng)目入廊規(guī)模及管線種類

1.2 管廊斷面

該綜合管廊項(xiàng)目按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法而將其規(guī)劃為兩艙斷面，即綜合艙室與高壓電力艙室。其中綜合艙室內(nèi)包含2排12孔通信管線、12回10 kV中壓電力管線、DN200中水管線、DN600給水管線，其中DN200中水管線建設(shè)時(shí)間遠(yuǎn)落后于其他管線，屬于遠(yuǎn)期預(yù)留管道；而高壓電力艙室內(nèi)主要涉及6回110/220 kV高壓電力管線。在案例綜合管廊綜合艙室內(nèi)，屬于遠(yuǎn)期預(yù)留的DN200中水管線被吊裝至管廊頂板位置，10kV中壓電力管線和通信管線位于綜合艙室右側(cè)。在該綜合管廊斷面結(jié)構(gòu)中，當(dāng)給水管線完成安裝后，將會(huì)給遠(yuǎn)期預(yù)留的DN200中水管線的安裝作業(yè)造成阻礙，增加安裝難度。

1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合案例兩艙綜合管廊斷面設(shè)計(jì)情況來看，綜合艙室內(nèi)設(shè)計(jì)存在較多不足之處，管線類型較多，且受到入廊管線時(shí)序的影響，在建設(shè)安裝期間容易出現(xiàn)互相干擾現(xiàn)象，不僅會(huì)阻礙管廊管線的安裝工作，還會(huì)影響綜合管廊該艙室的后續(xù)檢修維護(hù)工作，不利于綜合管廊的持續(xù)管理[1]。針對這一現(xiàn)象，應(yīng)基于管廊規(guī)模、管線種類，并結(jié)合檢修運(yùn)營需求及管道入廊時(shí)序，對案例綜合管廊項(xiàng)目的斷面進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)綜合考量后，可調(diào)換通信管線與中水管的位置，為避免中水管道吊裝安裝所帶來的檢修更換困難現(xiàn)象，增設(shè)支架結(jié)構(gòu)，為中水管道提供支撐。

1.4 結(jié)果討論

為檢驗(yàn)綜合管廊斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)情況，從安裝便捷性、運(yùn)營檢修、土建工程量三個(gè)方面進(jìn)行分析。第一，安裝便捷性。在原有的兩艙斷面結(jié)構(gòu)中，因管道入廊時(shí)序不同，存在遠(yuǎn)期預(yù)留管道，導(dǎo)致管道在安裝期間易出現(xiàn)相互干擾碰撞的現(xiàn)象，受到給水管道的限制，遠(yuǎn)期預(yù)留的中水管道安裝存在一定困難。而優(yōu)化后的斷面結(jié)構(gòu)，綜合考慮了管道入廊時(shí)序，減少了管線之間的碰撞干擾問題，且遠(yuǎn)期預(yù)留的DN200中水管道在安裝時(shí)不會(huì)遭受阻礙，并增設(shè)了支架結(jié)構(gòu)，為安裝作業(yè)提供了便利。第二，運(yùn)營檢修。在原兩艙斷面結(jié)構(gòu)中，存在中水管道檢修運(yùn)營不便的問題。而優(yōu)化后的斷面結(jié)構(gòu)中，將中水管放置在更靠近檢修通道的位置，檢修時(shí)不會(huì)受到大口徑管道的干擾，并設(shè)計(jì)了管道支架，解決了檢修運(yùn)營不便的問題，同時(shí)考慮到壓力管道的物理檢修相較于通信電纜更為頻繁，優(yōu)化后的方案使得綜合管廊管道運(yùn)營更為便捷[2]。第三，土建工程量。優(yōu)化前后兩個(gè)斷面的尺寸未發(fā)生變化，混凝土用量無需調(diào)整。

經(jīng)上述分析可見，經(jīng)優(yōu)化后的綜合管廊斷面各方面因素均合理，故優(yōu)化設(shè)計(jì)效果較好。對原兩艙斷面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安裝問題的原因進(jìn)行總結(jié)，最主要的則是未考慮管道安裝和檢修作業(yè)需求，將遠(yuǎn)期預(yù)留的中水管道設(shè)置在了給水管道左上方，以此干擾了后期管道安裝工作，因此，在綜合管廊總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將管道安裝和檢修需求作為重點(diǎn)設(shè)計(jì)因素，繼而規(guī)避管道入廊困難的問題。

2 綜合管廊轉(zhuǎn)彎對管道運(yùn)輸?shù)挠绊?/h2>

2.1 分析案例

綜合管廊具有較強(qiáng)的線性特征，管廊沿線常遭遇河道與橋梁，受到橋梁樁基的限制，綜合管廊需平面避讓河道橋梁，不可直接布設(shè)于橋梁下方，應(yīng)由道路范圍轉(zhuǎn)至紅線外，繞過河道橋梁后，回到原路由。

為確保管道運(yùn)輸效果，減少綜合管廊與道路間的斜向交叉長度，需對綜合管廊的平面夾角進(jìn)行控制，通常情況下，盡量采用小角度轉(zhuǎn)彎，能減少管廊對道路紅線外場地的占用面積。但受到綜合管廊內(nèi)部空間局限，若平面轉(zhuǎn)角過小，則出現(xiàn)管道運(yùn)輸時(shí)過轉(zhuǎn)角困難或無法轉(zhuǎn)向的情況[3]。為進(jìn)一步驗(yàn)證綜合管廊平面夾角設(shè)計(jì)受廊內(nèi)運(yùn)輸?shù)挠绊懬闆r，本次利用三角函數(shù)公式推理分析運(yùn)輸通道寬度、轉(zhuǎn)彎角度及轉(zhuǎn)彎半徑與運(yùn)輸管道尺寸之間的關(guān)系，并選取前文所述兩艙綜合管廊項(xiàng)目為實(shí)例展開分析，案例綜合管廊項(xiàng)目劃分為綜合艙室和高壓電力艙室。案例綜合管廊沿線共涉及2處河道，全長三千米，綜合管廊內(nèi)主要包括通信管線、10 kV中壓電力管線、110/220 kV高壓電力管線、DN600給水管道、DN200中水管道、，案例綜合管廊中所涉及的管道均為焊接鋼管。案例綜合管廊項(xiàng)目為控制接頭數(shù)量，便于施工并縮減工期，優(yōu)先選用長管節(jié)管道進(jìn)行安裝，要求管道節(jié)段長度處于6～12m范圍內(nèi)。

2.2 最不利工況

在設(shè)計(jì)綜合管廊平面轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮通道寬度、管節(jié)長度、管道外徑，并計(jì)算管道運(yùn)輸?shù)陌踩D(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)彎半徑，為保障管道運(yùn)輸平面轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)質(zhì)量，管廊運(yùn)輸通道的寬度、管節(jié)長度、管道外徑及廊體轉(zhuǎn)彎角度直接存在如下關(guān)系：

式中，L代表綜合管廊運(yùn)輸管節(jié)長度，D為管道外徑，θ代表管廊平面轉(zhuǎn)角，B為可供管道運(yùn)輸?shù)木C合管廊通道寬度，一般應(yīng)在設(shè)計(jì)綜合管廊通道寬度的基礎(chǔ)上扣除0.1～0.2m，防止管道發(fā)生碰撞而損壞。此外，若在管道運(yùn)輸之前還需進(jìn)行支墩支架施工，則計(jì)算最不利工況管道安全運(yùn)輸距離時(shí)，需在原有的通道凈寬參數(shù)基礎(chǔ)上扣除支墩支架占用通道的寬度。由式（1）可知，當(dāng)管道外徑D和管節(jié)長度L固定時(shí)，固定通道寬度B對應(yīng)的可運(yùn)輸管道最小轉(zhuǎn)彎角度θ也是確定值，此時(shí)對應(yīng)的運(yùn)輸通道最小轉(zhuǎn)彎半徑可用下式表示：

式中，R代表管道運(yùn)輸通道凈寬度對應(yīng)的中心線轉(zhuǎn)彎半徑。

2.3 可運(yùn)輸管節(jié)長度

在案例綜合管廊項(xiàng)目工程中，中水管道、給水管道、燃?xì)夤艿谰鶠殚L管節(jié)運(yùn)輸管道，在設(shè)計(jì)綜合管廊平面轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮長管節(jié)運(yùn)輸管道所處艙室、管節(jié)長度最大值、管道外徑等因素，以此盡可能降低管道運(yùn)輸對于綜合管廊平面轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)的影響，提高綜合管廊平面夾角設(shè)計(jì)科學(xué)性[4]。在綜合管廊總體設(shè)計(jì)時(shí)，常根據(jù)入廊管線最大的管道口徑設(shè)定檢修通道的最小寬度，一般B≥D+0.4m。以式（1）關(guān)系式為依據(jù)，按常規(guī)的管節(jié)長度6m，計(jì)算120°、135°、150°三個(gè)平面夾角在運(yùn)輸焊接鋼管時(shí)所需的最小通道寬度以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎半徑，依據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷案例綜合管廊平面轉(zhuǎn)彎節(jié)點(diǎn)與可運(yùn)輸管道之間的匹配度。

2.4 綜合分析

管道口徑越大，管節(jié)長度越長，運(yùn)輸受管廊轉(zhuǎn)彎處的影響越大。一般入廊的管線中，口徑最大、管節(jié)長度最長的往往是給水管、中水管，以DN600和DN800管徑的焊接鋼管為例，通過上述運(yùn)算得到轉(zhuǎn)彎角度、管徑、最小運(yùn)輸凈寬和對應(yīng)轉(zhuǎn)彎半徑之間的關(guān)系如下表：

表2 不同管徑與運(yùn)輸通道設(shè)計(jì)參數(shù)分析表

前文所述案例中，綜合管廊內(nèi)管道運(yùn)輸通道寬度為1m，因此，在案例綜合管廊項(xiàng)目中，平面夾角至少為150°，以此方可確保所設(shè)計(jì)的管廊管道符合項(xiàng)目運(yùn)輸要求。在本次分析研究中，主要按照河道橋梁工況進(jìn)行平面夾角分析設(shè)計(jì)，而在城市地下綜合管廊項(xiàng)目中，管廊交叉口、高壓出線口、管線分支口等特殊節(jié)點(diǎn)同樣存在平面夾角現(xiàn)象，此時(shí)同樣需關(guān)注管道運(yùn)輸因素。

3 結(jié)束語

綜上所述，城市地下綜合管廊內(nèi)涉及較多管線，為保障總體設(shè)計(jì)質(zhì)量，應(yīng)認(rèn)識(shí)到管廊斷面設(shè)計(jì)時(shí)管道安裝時(shí)序所產(chǎn)生的影響，在斷面規(guī)劃時(shí)，應(yīng)有意識(shí)的按照入廊時(shí)序進(jìn)行管道規(guī)劃，確保遠(yuǎn)期預(yù)留管道能夠順利安裝。此外，城市地下綜合管廊可能會(huì)穿過河道橋梁，此時(shí)需注意控制管道平面夾角，在案例綜合管廊項(xiàng)目中，要求平面夾角至少為150°，以此方可確保平面夾角為綜合管廊管道長度相匹配，若在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)平面夾角無法滿足長管道運(yùn)輸條件，則需在管線專項(xiàng)設(shè)計(jì)時(shí)選用短管節(jié)運(yùn)輸，以此保障運(yùn)輸效果。