浅谈综合管廊的内部环境特点及安全隐患

2018-03-02李双凤王恒栋陆继诚

城市道桥与防洪 2018年1期

李双凤，王恒栋，张浩，陆继诚

(上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092)

0 引言

综合管廊安全良好的内部环境是各类专业管线及附属设施设备安全运行的保障，亦是运营管理单位安全运营的前提，是综合管廊百年工程得以实现的基石。

综合管廊多与新建道路同步建设，入廊管线多为全新管线，而目前各类专业管线入廊并已投入运营的综合管廊的运营时间均较短，管道漏损问题等尚未有体现，因此，综合管廊建设的参与者们对综合管廊基本功能的实现关注较多，对管廊的内部环境关注较少。随着综合管廊建设经验的不断积累，很多为实现综合管廊基本功能的专业技术难题得到了较好的解决。目前，全国各地均出现了因管廊内潮湿的工作环境所导致的大量现场金属支架锈蚀及部分附属设备损坏的情况，为综合管廊建设的参与者敲了警钟。人们越来越多地着眼于综合管廊的内部环境对管道运行安全、附属设施正常运行及运维巡检人员的人身安全的影响，希望从对巡检人员的安全保护，以及综合管廊内部环境对管道安全运行的角度考虑，制定经济合理的环境控制策略，并采取切实有效的技术措施[1-6]。

1 管线采用综合管廊敷设方式的特点

综合管廊将市政公用给水、雨水、中水、污水、供冷、供热、燃气、电力及通信管线等集中敷设，一般布置于道路一侧绿化带的下方，具有呈狭长带状分布的特点。

从管线运行及运维人员安全方面考虑，采用综合管廊敷设方式与传统的管道直埋敷设方式相对比其特点主要表现在以下这几个方面，见表1。

2 综合管廊的布置及结构特点

综合管廊整体布置于地面浅层土壤内，覆土深度在 0.7～2.5 m。

管廊的结构主体由标准断面段及特殊节点组成。标准断面段结构施工采用预制拼装方式时，约每2 m即有需设有一处拼接缝；采用混凝土现浇方式时，一般每30 m左右设置一处变形缝，变形缝处设置密封橡胶圈密封。

管廊标准断面段一般覆土2.5 m，往往整体位于地下水位之下，管廊四周土壤潮湿，对结构主体的防水性能要求较高，而结构主体的防水性能对各入廊专业管线的安全运行以及附属设施的正常运行影响较大。

变形缝的密封性能以及结构内、外防水性能受产品质量、施工方法及施工质量的影响较大。已投入运行的部分综合管廊存在结构变形缝处渗水严重，夏季内部空气相对湿度长期较高的情况。

3 综合管廊的通风形式及环境特点

综合管廊一般各舱独立划分通风区间，即每个防火分区为一个通风分区。综合管廊内较为成熟、工程中普遍应用的通风形式有两种：一种为机械送风、机械排风，一个典型的通风分区一般在分区中间位置设置一个投料口兼自然进风口，两端各设置一个排风口，排风口内设置风机；另一种为自然进风、机械排风，一个典型的通风分区两端分别设置送风口、排风口，送（排）风口内均安装风机。

综合管廊内的气流组织较为复杂，主要体现在以下两个方面：（1）管廊的廊道即风道，风道内设有大量的各类专业管线，且综合管廊沿道路延伸、弯曲；（2）综合管廊全线设有较多的特殊节点，包括投料口、引出口、通风口、设备口等，具不完全统计这些特殊节点相对综合管廊标准段的占比高达30%以上，这些节点或位于管廊顶板正上方与管廊连通，或节点处顶板局部抬高。

既受限于综合管廊的结构，又要充分考虑工程造价及廊道的可利用空间，通风设计的难度较大，管廊中存在较多的通风不良处，且难以在设计阶段准确判断，管廊内的附属设施有时难免设置于通风不良处。

管廊内与地面温差较大，可谓“冬暖夏凉”。夏季室外空气温度与管廊内空气温度相差近10℃，特别是雨季室外空气湿度已饱和，管廊通风时室外空气遇冷即在管道及附属设施设备表面凝结。目前已投入运营的综合管廊普遍存在夏季管廊内长期空气湿度较高的情况。综合管廊内未作防腐处理的金属安装辅材甚至在管廊投入运营前已锈蚀，潮湿已成为综合管廊内管线安全运行最大的潜在威胁。

表1 综合管廊与传统管道直埋的对比

4 综合管廊内各入廊管线的运行特点及安全隐患

综合管廊内集中敷设的公用管线等归属不同单位，一般由管线归属单位进行维护。不同专业管线的运行特点不同，安全隐患亦不同。不仅影响管廊的正常运营，更威胁运维人员的人身安全。

为避免综合管廊对管线的保护失效，综合管廊设置于避开地震带等结构不稳定区域，且设置于地质条件较好的区域。另为避免高危管线事故时发生其他市政管线的耦合事故，综合管廊规划设计阶段即将高危管线单独敷设，因此，除综合管廊在战争、恐怖袭击、城市内涝、地震等灾害发生时可能合并发生各专业管道集中爆管，危险叠加之外，同舱敷设的不同专业管道同时发生爆管事故的可能性极低。

（1）给水管的运行特点及安全隐患

目前，已入廊敷设的市政给水主干及配水管道管径均较大，给水管道由于受到综合管廊内的结构主体保护而免于受到其他工程的影响，正常运行时应无漏损。但在管材加工质量差、管道运输下料过程中轻微受损，接口质量不佳，阀门锈蚀、磨损，施工质量不高，管道或管道支架防腐不力等情况发生时仍存在管道漏损甚至爆管的可能性。以直径1 m的给水管内为例，给水管内介质流量约 1～2 m/s，一旦爆管发生，阀门需及时关断，否则将在半小时内淹没管廊事故段，威胁运维人员、电力电缆及附属设施的安全运行。

（2）雨水管的运行特点及安全隐患

入廊敷设的雨水管可采用管道或雨水渠道。入廊敷设的雨水管可采用钢管、球墨铸铁管、塑料塑料管等，一般管径在 300 mm以上，雨水管道内雨水流量满流时在 0.75 m/s以上。考虑市政雨水多为重力流，且雨水流量变化较大，目前雨水入廊均采用雨水渠道方式。

水入廊采用雨水渠道敷设时一般独立成舱，雨水渠直接利用综合管廊结构壁面。渠道内雨水流速在0.4 m/s以上，雨水渠道的降雨历时包含两部分，地面集水时间（5～15 min）以及渠道内雨水流行时间。理论上可实现雨水渠道对其他相邻舱室敷设的专业管线无影响。但由于受到结构施工及防水处理质量的影响，或存在舱室间的出现渗漏水，以及雨水渠道内雨水渗漏至管廊外部的情况。特别是降雨初期的雨水中富含大气中的颗粒状污染物，以及道路浮尘，降雨初期的渗漏至相邻舱室的渗漏水污染物含量较高。但由于雨水渠道内雨水非持续流，仅在降雨时使用持续时间较短，因此雨水渠道的渗漏情况一般轻于管廊外部土壤地下水渗漏至管廊内的情况。

（3）中水管的运行特点及安全隐患

入廊敷设的市政中水管道内介质pH值接近中性，即便发生水管漏损或爆管事故对管廊内防腐金属支架及管材的腐蚀性极小。由于中水管道管径较小，中水流量远小于给水管道，即便发生爆管亦不会短时间内淹没管廊事故段，抢修时效性以及实施难度小，对同舱敷设的其余专业管道威胁较小，为安全管道。

（4）污水管的运行特点及安全隐患

入廊敷设的污水管道有两种，一种为经污水处理厂处理过可直接排入城镇排水系统的污水管道，另一种为收集去往污水处理厂的抽送产生易燃易爆和有毒有害气体的污水管道。前者的威胁主要是漏损或爆管后生物耗氧导致的管廊内部含氧量下降。以DN1000，的一根流速 0.6 m/s的管污水管为例，管廊不通风时，最不利条件下，在爆管工况下2 h的污水溢出量需管廊内的排水泵运行近33 h，期间管廊内空气中氧气将被耗氧物质消耗殆尽。期间如需人员进入管廊污水管道所在舱室工作，则将因管廊内的空气含氧量过低，威胁巡检人员的人身安全。后者管道内可能存在的有毒有害气体种类繁多成份复杂，包括有毒气体（窒息性气体）、腐蚀性气体和易燃易爆气体。其中有毒有害气体浓度较高，且在输送途中仍在不断发酵产生，一旦管道漏损或发生爆管事故，则管道内有毒有害气体将源源不断释放至综合管廊内部，污染管廊内的空气环境，严重威胁检修人员的人身安全。溢流液及有毒有害气体如长期滞留在管廊内部，还将威胁到其他专业管道的运行安全。笔者认为无论是哪种类型的污水管道都应视为危险管道，不同污水管道入廊敷设的区别在于现场检测仪表设置的类型。

（5）供热管的运行特点及安全隐患

市政供热管一般采用压力流，入廊敷设的供热管应选用钢管、保温层及外护套紧密结合成一体的预制管。供热管道内介质可以为蒸汽或热水。其中蒸汽介质的设计压力小于等于1.6 MPa，设计温度小于或等于350℃；热水介质的设计压力小于等于 2.5 MPa，设计温度小于或等于 200℃。综合管廊埋于地下，供热管道敷设深度约地面以下4 m，管廊管道舱内的环境温度受管廊外部气候因素影响较小，降低了供热管道因补偿器出现变形漏损的危险性。然而，供热管道存在与他专业管道相同的薄弱环节，一旦出现漏水，或对整个管网和管廊造成影响。

供热管内介质水质较为亦纯净，漏损及保管状况下对管廊内空气原有成分影响较小，但是由于供热管道内介质温度过高，一旦漏损严重或发生爆管事故，将在管廊内部形成高温高湿的空气环境，不仅将威胁人员的人身安全，亦威胁管廊内附属设施的安全，或对与其同舱敷设的给水管道内给水水质产生影响，破坏其他专业管道的防腐设施，威胁管线的安全运行。而供热管道因为有保温层及外护套的保护，管道初期的暗漏不易察觉，待发展到明漏往往已出现严重漏损，因此，笔者认为供热管道也应视为危险管道，日常需实时监测供热管道的温度，以便运维部门及早发现管道的初期漏损。

（6）冷水管的运行特点及安全隐患

市政冷水管一般采用压力流，入廊敷设的冷水管管材应选用钢管、保温层及外护套紧密结合成一体的预制管。常规的冷水系统设计为冷水在0℃～5℃的供水管和12℃～15℃ 的回水管内流动供冷。

冷水管内介质水质较为纯净，漏损及爆管状况下不会威胁人员的人身安全，对其他同舱敷设的专业管道无影响，不威胁其他专业管道的安全运行。

（7）燃气管的运行特点及安全隐患

入廊敷设的燃气管一般为0.4 MPa以下的中低压管道。GB 50383—2015《城市综合管廊工程技术规范》中规定天然气管道应采用无缝钢管，此为强制性条文，工程中必须严格遵守。输送天然气用无缝钢管设计阶段已考虑了管道防腐，危险阀门已禁止设于管廊内。正常运行时，天然气管道不应有泄露，然而在燃气管材存在缺陷、接头损坏、管道腐蚀、设于管廊内部的分段阀腐蚀、不规范操作、安全隐患未及时察觉、自然灾害下综合管廊主体保护失效时可能出现泄漏。入廊敷设的城镇天然气管道为主干管道，管道内天然气为气田、油田经预处理后通过管道输送的商品天然气。天然气中甲烷的含量在90%左右，甲烷着火温度为540℃，天然气的最小点火能量较低，为0.48 MJ。天然气扩散能力强，泄漏后易形成大面积扩散区，与空气形成爆炸性的混合气体，在有氧情况下如果局部达到爆炸极限（体积浓度5%～15%）还会引发爆炸。因此，燃气舱内的附属用电设备选型必须严格遵守国家标准GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》的要求。

早期燃气管道泄漏时浓度较低，管廊燃气舱内通风系统运行间隙积聚的燃气泄漏量本就较少，在人员进入管廊前如若先行通风换气稀释，则早期的燃气管道泄露不易被巡检人员查觉，未采取防护措施的情况下燃气管道泄漏点扩大、增多，以致严重漏损甚至爆管情况的发生。

燃气管道在综合管廊内敷设仅能沿管廊延伸方向纵向泄压，泄压面积有限，由于缺少泄压通道，燃气管道一旦发生严重漏损、爆管将严重威胁综合管廊的结构主体安全、燃气舱内的附属设施安全、相邻舱室内敷设的其他专业管线及附属设施安全。因此，入廊敷设的燃气管道必须对燃气管道泄露进行严密监控，严防燃气管道泄露的发生。笔者认为燃气管道是综合管廊内危险性极大的管线，必须在管廊燃气舱通风不良处设置相应的气体检测仪表，并实时检测。

（8）电力电缆与通信光缆

入廊敷设的电力电缆及通信光缆一般为市政主干或重要缆线，一旦出现故障，事故的影响范围较大，或造成较高的经济损失及人员伤亡。目前，综合管廊设计中往往将较多的电力电缆集中敷设于电缆舱内，在综合舱内集中敷设电力电缆、与电力电缆无干扰管道、通信光缆。为节约建设成本，综合舱内往往将给水管或中水管道与电力电缆集中敷设，存在压力管道爆管时喷溅水溅落、淋湿甚至冲刷电力电缆的电缆短路引发电气火灾危险。考虑到管廊内电力电缆的火灾危险性，管廊内需设置火灾自动报警系统及自动灭火设施。

通信光缆在综合管廊内敷设可避免其他工程施工中通信光缆的影响。光缆本身适用于潮湿环境，其在管廊内敷设的主要危险来源于电力电缆火灾以及从通风百叶处进入管廊内的老鼠等小动物的啃咬。通信光缆故障不会对入廊敷设的其他专业管线造成影响，为安全缆线。