綜合管廊天然氣管道與給水管道共艙敷設分析

趙 偉, 袁 野, 杜建梅, 安 然, 劉佩釗, 左 川

(1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司第十設計研究院,天津300074; 2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司第四設計研究院,天津300074)

1 概述

綜合管廊是按照統一規劃、設計、施工和維護原則,在城市地下用于敷設城市工程管線的市政公用設施,包括天然氣管道在內的各類市政管線均可納入綜合管廊[1]。2015年8月發布的《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》,為全國范圍內城鎮地下綜合管廊建設的快速發展發揮了強大的推動作用。綜合管廊在我國從2015年開始試點建設,到2022年6月底,累計開工建設綜合管廊項目1 647個,長度5 902 km,形成廊體3 997 km。

直埋鋼質天然氣管道易發生腐蝕,同時容易受第三方施工破壞,且難以發現[2-4],維護搶修成本較高。將天然氣管道敷設在綜合管廊中不僅可以解決這些問題,還能使城市地下空間得到充分利用[5]。2016年6月,住建部召開了推進城市地下綜合管廊建設電視電話會議,要求包括天然氣管道在內的全部管線入廊。因此,天然氣管道入廊成為近幾年的焦點問題。天然氣入廊相關標準、圖集等相繼發布,相關科研課題持續開展。

GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規范》(簡稱GB 50838)第4.3.4條規定“天然氣管道應在獨立艙室內敷設”,并在條文說明中介紹日本《共同溝設計指針》規定“天然氣隧道:考慮到對發生災害時的影響等因素,原則上采用單獨隧洞。”GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》(2020年版)第6.3.7條規定,地下燃氣管道不宜與其他管道或電纜同溝敷設。當需要同溝敷設時,必須采取有效的安全防護措施。因此,國內近些年建設的綜合管廊工程都是將天然氣管道敷設在獨立艙室內。管廊艙室需滿足安裝、檢修、維護作業所需空間,而每增加1個艙室,管廊橫斷面寬度增加約1.9 m,管廊本體造價增加約30%[6]。將天然氣管道敷設在綜合管廊中,對管道材質、焊接質量等要求更高,還需要設置可燃氣體探測報警器、機械通風裝置、消防器材等,天然氣管道運營單位需要支付管廊空間使用費、維護費等,部分地區建設費用達到直埋敷設的7倍以上[7]。因此,有專家學者根據管道輸送介質之間的兼容性提出建議:天然氣管道可與給水及再生水管道同艙建設,在保障安全基礎上,降低造價[8]。此外,GB 50838局部修訂送審稿已將GB 50838第4.3.4條“天然氣管道應在獨立艙室內敷設”修訂為“天然氣管道宜在獨立艙室內敷設”,并在條文說明中闡述“天然氣管道入廊可以和給水、排水等管線共艙敷設,不強制一定要分艙獨立敷設”。

本文對綜合管廊工程中常見的幾種收容管線組合形式,根據各類市政管線的特點和進入綜合管廊的基本要求,提出天然氣管道和給水管道共艙敷設(簡稱共艙敷設)標準段橫斷面設計方案,對比分析天然氣管道單艙敷設(簡稱單艙敷設)和共艙敷設的優缺點,并提出共艙敷設的技術要求,為規范相關條文的修編提供數據支撐。

2 單艙敷設和共艙敷設對比分析

GB 50838第3.0.1條規定“給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等城市工程管線可納入綜合管廊”,不同綜合管廊工程收容的市政管線種類、規格不盡相同。基于各類市政管線在綜合管廊中敷設的特點,以及相關規范對橫斷面設計的要求,本文對綜合管廊工程中常見的管線組合形式(見表1)提出單艙敷設和共艙敷設標準段橫斷面設計方案,表1中“—”表示管廊內不存在該管線。方案6中熱力管道為上下布置,方案7中熱力管道為并排布置。

表1 綜合管廊工程中常見的管線組合形式

① 天然氣管道和給水管道入廊

如果單艙敷設,天然氣管道和給水管道入廊需設置兩個艙室,而且每個艙室都需考慮安裝間距和檢修空間的需求,因此綜合考慮進行設計,天然氣艙標準段橫斷面凈尺寸1.9 m×2.4 m,給水艙標準段橫斷面凈尺寸1.8 m×2.4 m。如果共艙敷設,只需將天然氣管道和給水管道敷設在同一個艙室內,該艙室稱為水氣艙。為充分利用給水管道上方的空間,天然氣管道設置在給水管道的正上方,采用墻上支架支撐。根據GB 50838相關要求預留安裝間距和檢修空間,設計水氣艙標準段橫斷面凈尺寸1.9 m×2.8 m,對于天然氣管道設置補償器或引出支管的管廊,橫斷面應根據實際情況加高加寬處理。相比于天然氣管道單艙敷設,共艙敷設時管廊標準段橫斷面凈尺寸減小了約40%。可見,共艙敷設時管廊材料使用量和施工工程量都比天然氣管道單艙敷設小得多,天然氣管道和給水管道入廊成本和維護成本相應也會少很多,經濟性優勢明顯。方案1單艙敷設和共艙敷設對比見圖1。圖1～7的尺寸單位均為mm。

圖1 方案1單艙敷設和共艙敷設對比

② 天然氣、給水、電力(或通信)管線入廊

對于天然氣、給水、電力(或通信)管線入廊的情況,如果綜合艙需要容納的電纜數量在10排及以內,天然氣管道獨立成艙時,無論是天然氣管道或者給水管道上方均有較大的空間。共艙敷設時,天然氣管道設置在給水管道上方,縮小了艙室的橫向空間,但艙室的凈高增加,導致單艙敷設和共艙敷設相比管廊標準段橫斷面面積基本一致,共艙敷設經濟性優勢不明顯,但共艙敷設比單艙敷設內部空間利用更充分。方案2、3單艙敷設和共艙敷設對比分別見圖2、3。

如果綜合艙需要容納的電纜數量超過10排,則天然氣管道獨立成艙時,占用的艙室空間較大。共艙敷設時管廊標準段橫斷面凈尺寸減小了約20%,艙室內部空間利用率更高,經濟性優勢明顯。方案4單艙敷設和共艙敷設對比見圖4。

圖2 方案2單艙敷設和共艙敷設對比

圖3 方案3單艙敷設和共艙敷設對比

圖4 方案4單艙敷設和共艙敷設對比

③ 天然氣、給水、通信、電力管線入廊

天然氣管道單艙敷設時,給水、通信、電力管線敷設在綜合艙;共艙敷設時,天然氣管道與給水管道敷設在水氣艙,通信、電力電纜敷設在信電艙。相比于天然氣管道單艙敷設,共艙敷設時管廊標準段橫斷面凈尺寸減小約21%,優勢明顯。如果需要容納更多的通信和電力電纜,則共艙敷設比單艙敷設管廊內部空間利用率更高,經濟性優勢更明顯。方案5單艙敷設與共艙敷設對比見圖5。

圖5 方案5單艙敷設與共艙敷設對比

④ 天然氣、給水、熱力、通信管線入廊

當熱力管道上下布置時,共艙敷設優勢不明顯。而當熱力管道并排布置時,共艙敷設時管廊標準段橫斷面凈尺寸約比天然氣管道單艙敷設時減小19%,管廊內部空間利用率更高,優勢明顯。如果熱力管道管徑更大、通信電纜更多,共艙敷設管廊內部空間利用率更高,經濟性優勢更明顯。方案6、方案7單艙敷設和共艙敷設對比分別見圖6、7。

圖6 方案6單艙敷設和共艙敷設對比

圖7 方案7單艙敷設和共艙敷設對比

3 防范共艙敷設給水管道泄漏危害的措施

① 管廊本體:共艙敷設時艙室的技術要求不得低于各類型管線單艙敷設時艙室的技術要求。

② 天然氣管道:建議將天然氣管道敷設在給水管道上方較高位置。若天然氣管道與給水管道并排敷設,天然氣管道應進行抗浮驗算,并根據情況采取必要的抗浮措施。

③ 給水管道:給水管道應滿足敷設在易燃易爆環境的要求。建議給水管道采用鋼管,焊接連接,提高焊縫檢測比例,減小給水管道泄漏或爆管的風險。

④ 附屬電氣設備:天然氣管道和給水管道敷設在水氣艙內,水氣艙內的附屬電氣設備防護等級應適應地下環境的使用要求,應采取防水防潮措施,建議防護等級不低于IP66。水氣艙內檢修插座設置高度需高于事故工況時最高水位,建議不小于1.2 m,方便人員操作。

4 結論

① 對于天然氣管道和給水管道同時入廊敷設的情況,共艙敷設比單艙敷設具有明顯優勢。

② 對于天然氣、給水、電力(或通信)管線同時入廊的情況,如果電纜數量在10排及以內,共艙敷設經濟性優勢不明顯;如果電纜數量超過10排,共艙敷設具有經濟性優勢,并且電纜數量越多,優勢越大。

③ 對于天然氣、給水、電力、通信管線同時入廊的情況,相比于天然氣管道單艙敷設,共艙敷設經濟性優勢明顯。如果需要容納更多的通信和電力電纜,則共艙敷設比單艙敷設經濟性優勢更明顯。

④ 對于天然氣、給水、熱力、通信管線同時入廊的情況,當熱力管道上下布置時,共艙敷設優勢不明顯;當熱力管道并排布置時,共艙敷設優勢明顯。如果熱力管道管徑更大、通信電纜更多,則共艙敷設經濟性優勢更明顯。

⑤ 天然氣管道與給水管道是否共艙需根據綜合管廊收容管線情況,結合工程實際統籌考慮確定。