浅谈综合管廊内有毒有害物质的来源及控制

李双凤，陆继诚，王恒栋，张 浩

（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运维人员、各类专业管线及附属设施设备安全运行的保障。而各类现场检测仪表对于管廊而言犹如人之五官，对综合管廊内部的各种关键环境数据进行监测，是获取管廊内各类危险信息实现智慧控制的重要途径。

目前，我国综合管廊的运营管理经验尚浅，研究不够深入，特别是缺少对综合管廊内部环境的研究。在不同外部建设条件、不同管线入廊时对综合管廊内部环境的影响方面的研究更是空白。不能为各专业管线及附属设施设计提供充分的基础数据资料，设计人员难以对设计方案的制定做到充分而全面的考虑。既往工程中检测仪表的设置缺少理论与实验数据支撑。

本文分析综合管廊内有毒有害物质的来源、种类及浓度。对针对结合管廊内有毒有害物质的来源，逐一讨论综合管廊内部在不同来源作用下可能出现的有毒有害物质类型及浓度。从各类有毒有害物质对巡检人员、管廊主体及管线安全的威胁角度探讨管廊内的现场检测仪表配置、布置的原则以及环境控制策略，并采取切实有效的技术措施。用于管廊的附属监控系统设计参考，既要防止设计考虑过于理想，缺少必要条件下的现场检测仪表设置，又要防止过度设计，造成投资浪费[1-9]。

1 综合管廊内有毒有害物质的来源及种类

综合管廊整体浅埋于城市道路下方，内部有毒有害物质的类型、浓度及来源因素众多，包括气候因素，水文地质条件及土壤环境，地表浮尘、扬尘及汽车尾气排放，周边动植物进入的途径，入廊管道的类型及腐蚀漏损情况，管廊日常运维办法等等。笔者结合自身综合管廊设计及施工配合经验分析，管廊内有毒有害气体的产生途径主要有以下几种情况：（1）受有毒有害物质污染的空气，包括颗粒粉尘及气体随通风系统引入综合管廊内部；（2）地面雨污水通过井盖及吊装孔盖板缝隙渗漏至管廊设备夹层内；（3）土壤中的有毒有害物质通过管廊的结构薄弱环节，包括施工缝、变形缝、管线引出口等处渗入至管廊内部；（4）由通风百叶进入管廊内的动物尸体及排泄物、植物及其他有机物在微生物作用下腐败分解，生成有毒有害物质；（5）管廊内的管道腐蚀漏损、爆管，管道内的有毒有害物质释出至综合管廊内部。

综合管廊的内部环境影响因素复杂，且各因素会在潮湿环境下共同作用，相互叠加。

1.1 受有毒有害物质污染的空气随通风系统引入

随通风系统引入综合管廊的有毒有害物质成分及浓度受管廊建设实施地的道路扬尘及汽车尾气排放、工业环境、大气污染物排放管理、管廊内部的通风系统设计及运行的影响。

当综合管廊实施地点为城市住宅、商业、轻工业等无工业污染区域时，管廊外部空气较为清洁，随通风系统引入管廊的有毒有害物质主要来自底层离地1.5 m以下受道路扬尘及汽车尾气排放污染的空气。这些固体颗粒、粉尘粒径较小，可伴随空气由通风系统直接引入管廊内沉积。由于管廊内的平均风速低于1 m/s，一般低于地面扬尘的启动风速，故不会经呼吸系统损害运维人员的人身安全。

当综合管廊实施地点位于重工业区域，且管廊进风口不可避免处于大气污染物质的排放的下风向区域时，则存在经通风系统引入的来自受污染的空气的有毒有害物质，此种情况综合管廊内的有毒有害气体种类及浓度与周围大气的浓度相同，一般符合国家的相关大气污染物排放标准，亦无须考虑此种情况下的相关仪表设置。

当处于工业污染环境的综合管廊，偶遇污染生产企业发生设备突发状况，大气污染性有毒有害物质短时超标排放时，如此时开启综合管廊的通风系统则将超标有毒有害物质引入综合管廊内部，因综合管廊内存在较多的通风不良处，超标的有毒有害物质将在这些通风不良处聚集，将威胁运维人员的人身安全，恰在潮湿季节发生时，这些有毒有害物质与管廊内的潮湿空气作用，或将腐蚀入廊管线的管道，威胁管线的安全运行。综合管廊内的通风系统可由现场氧气、温度仪表联动控制自动启停，更可以人为干预。即当管廊外部空气环境短时受到超标有毒有害气体威胁时，可通过合理的运维管理安排关闭通风系统，将管廊密闭与外部空气隔离，避免事故期间的人员入廊巡检活动。因此，综合管廊环境研究亦不考虑此种情况下的仪表设置。

1.2 道路扬尘及地表浮尘在雨水冲刷下渗漏进入

综合管廊设置于城市道路下方，管廊外部道路扬尘以及地表浮尘不仅可以悬浮于空气中伴随通风系统引入综合管廊内部，也可能在雨水冲刷下经管廊井盖以及吊装孔盖板缝隙处渗入管廊的设备夹层内，雨水渗漏水经排水管道收集后下排至下层管廊的集水坑内。渗漏水严重情况下，较高的积水水位可联动开启集水坑内的排水泵，排出至管廊外部。仅有少量渗漏水时，随雨水冲入管廊内的颗粒、浮尘或在管廊设备夹层底（管廊中板）或在集水坑底部沉积。道路扬尘及地表浮尘在雨水冲刷下渗漏至综合管廊内部，并最终沉积的影响方式与其悬浮于空气中并伴随通风系统引入综合管廊内部的情况相似，而这一影响的强弱受到井盖以及吊装孔盖板防水性能及施工质量的影响。

1.3 土壤及水文地质因素

从土壤中释出的有毒有害物质渗入综合管廊内部的有毒有害物质成分及浓度受管廊实施地点的水文地质条件、土壤成分、地下水位高度、管廊内的通风设计及管廊运维管理办法的影响。

综合管廊一般位于城市地质条件相对稳定区域的新建或改造道路的下方，由于受到结构主体的防护、隔绝，因此在管廊埋深处土壤中的颗粒状有毒有害物质无法进入综合管廊内部。只有当土壤中的有毒有害物质以气体状态释出或溶解于地下水中并以地下水为载体才能经结构施工缝、变形缝、缆线进出口等薄弱处渗入综合管廊内部。

未受到污染土壤中的固态溶解物质主要包括各类矿物质和腐殖质。腐殖质中富含较多的有机质可经微生物分解。一般北方地区的综合管廊埋深处的底层土壤中的腐殖质含量远少于表层土壤，南方沿海地区的综合管廊埋深处的底层土壤中腐殖质含量接近于表层土壤。特别是在明挖施工方法，部分土回填时富含腐殖质及微生物的土壤或将被回填至管廊埋深处。特定的地质条件下未受污染的土壤中确实存在少量有机质在微生物作用下释放有毒有害物质的条件。

受工业污染的土壤中的有机体以及硫酸盐等在还原细菌的作用下会缓慢释出可燃气体以及有毒气体，包含CO、CH4、H2S等气体。其中CO难溶于水，只有在综合管廊埋深处及以下深度的土壤中释出的CO才可能通过管廊结构薄弱环节直接深入综合管廊内部。CH4与 H2S气体溶解于水，地下水位可及深度的土壤中的 CH4与H2S其他均可同土壤中的矿物质类溶解物质一起以结构渗漏的地下水为载体渗入综合管廊内，待渗漏水蒸发后释出，并在管廊内扩散开，影响综合管廊的内部环境，当CH4与 H2S气体浓度达到一定量级将危害运维人员的人身安全。工程中可结合综合管廊外部的区域地块属性、工业生产情况以及地质勘探结果，或借鉴相关部门备案的实时地土壤污染物含量进行较为全面的预判。

综合管廊内设有机械通风系统，可以定期通风。笔者认为如果仅考虑土壤成分因素，在满足下述条件之一时可不设置针对有毒有害气体设置固定安装的在线式检测仪表：一、综合管廊周边无相关污染性企业存在，深层土壤未受到工业污染；二、地下水位常年低于综合管廊埋深；三、地勘资料显示管廊施工全线未探出H2S等气体，或探出含量低于国家及地方相关标准中对相关工作场所有害因素职业接触限值的要求。然而，一方面，因工程实际施工中往往仅选取若干测试点来分析综合管廊沿途的水文地质的整体情况，或在实验室做一些试验得出结论，所得的这些数据和试验结果并不一定与管廊全线的真实的水文地质情况相符；另一方面管廊沿途的水文地质情况可能并不是固定的，具有变异性。因此，实际工程中如仅满足第三条时还需谨慎处理，在工程经费允许的情况下宜增加勘探点数量并参考相邻构筑物的地质勘探数据与相关部门记录备案，设计宜采用较高的设计标准。当无危险管道入廊时，可优先考虑为巡检人员配备便携式的在线式检测仪表，以避免过度设计，造成投资浪费。

如上述条件均不满足，但可获取已投运的地质条件、气候条件、工业环境等均相似的综合管廊内部环境的实际监测数据供参考，且长期连续实时监测数据均低于工作场所有害因素职业接触限值时，无需设置有毒有害气体检测仪表；如上述条件均不满足，且无已投运的地质条件、气候条件、工业环境等均相似的综合管廊内部环境的实际监测数据可供参考时，综合管廊附属监控设计宜采用较高的设计标准，即考虑在综合管廊内部针对可能出现的有毒有害气体类型设置相应的检测仪表，并安装于通风不良、气体易积聚位置。

1.4 结构渗漏因素

一般综合管廊结构渗漏水并不是有毒有害物质产生的直接来源，工程中往往考虑结构渗漏水导致管廊内部环境潮湿，合并发生动植物腐败分解以及管道腐蚀漏损因素的间接影响

综合管廊的结构渗漏水的成因复杂，包括较多的工程地质与水文因素，渗漏水中含有很多的有害物质会造成管廊结构壁面及密封材料的腐蚀，导致综合渗水现象，如排水环节处理不得当，长期的渗漏水影响将导致管廊内部环境潮湿，渗漏水流经、或滴落之处的金属支架或金属管道易腐蚀，造成支架失效及金属管道漏损。综合管廊内敷设有大量的市政主干管线及附属设施，内部设有较多的供电、照明、监控与报警设备。综合管廊的结构渗漏水将会在极大程度上降低综合管廊内入廊管线及附属设施的使用寿命。特别是入廊敷设的危险管道，如污水管道及天然气管道发生漏损时，管道内原充斥的有毒有害物质将释放至管廊内部，影响管廊内的环境，危害其他专业管线的运行安全以及运维人员的人身安全。

目前已投入运行的综合管廊的漏水主要受到结构施工质量的影响。特别是防水材料控制、防水施工的影响较大。综合管廊的结构施工材料与质量的控制是是隔绝渗漏水对综合管廊内部环境影响的屏障，是综合管廊内各专业管线以及附属设施正常运行的保障。综合管廊的结构施工质量控制较好时，适当的选择具有一定防腐性能的管道材料，提高电气、监控与报警设备产品的外壳防护等级，选择宽潮湿范围的产品，即能够满足管道及附属设施的使用寿命。

1.5 外部动植物腐败分解因素

综合管廊内并非密闭空间，综合管廊一般在绿化带内设置通风口，通风口外部设置通风百叶。通风口百叶处如未设置滤网，则绿化带内的落叶会随风飘落至管廊的通风口设备夹层内，如未及时清理将在管廊内潮湿的环境下经微生物分解并释放出有毒有害物质；绿化带内的老鼠、昆虫等也可随意进出，而管廊内出入口较少且都位于管廊上部夹层内，动物一旦误入，难以离开，最终在死去后尸体在微生物作用下腐败分解。无论是飘落的落叶还是误入的动物可通过百叶进入综合管廊内的数量均较少，即便未及时清理而腐败变质并分解释出有毒有害物质，其量甚微仅可能局部降低管廊内部空气的清洁度，而不会对人体及管道造成伤害。

1.6 管道漏损、泄露因素

综合管廊在连续降雨的夏季，内外温差较大，外部空气相对湿度长期100%，期间如开启通风设备通风换气，则高温、潮湿的空气将进入凉爽的管廊内部，此时通风系统的启用不仅无法将水汽排出还将加重管廊内部的潮湿状况，导致管廊内部长期潮湿，水汽遇冷后将在管廊的四周壁面、金属支架、管道外壁面、电缆外护套外部凝结析出。悬浮于空气的腐蚀性物质溶解于凝结水形成腐蚀性酸性溶液，与专业管线的管道外壁面长期直接接触，将腐蚀金属管道，直接威胁管廊内的管道的安全；酸性溶液腐蚀管道的同时还将腐蚀管道的金属支架，长期作用下易导致金属支架锈蚀失效，致使管道跌落破损的风险。实际上笔者在多个已投入运行的综合管廊内观察到了金属支架及管道的锈蚀情况。

一旦危险管道如污水管道或燃气管道发生漏损、泄露，管道内充斥的有毒有害气体将释出至综合管廊内部。综合管廊特别是规模较大，运维人员不足时，管廊内专业管道漏损情况如不能及时发现，存在危险管道严重漏损甚至爆管的可能性。由于危险管道内充斥的有毒有害浓度较高，漏损特别是爆管时将严重威胁管道维护、检修人员的人身安全。综合管廊相对密闭，燃气管道的泄漏还将威胁管廊结构主体的安全，间接影响相邻舱室内的专业管线安全。

考虑综合管廊即便采用较好的施工方法、防水材料，严控施工质量，仍难以避免内部的结构渗漏水情况的发生，且存在夏季持续阴雨天气下运维人员入廊巡检以及进行管线维护期间的通风换气需求。而现有的除潮措施因管廊内的除湿量较大、下料运输困难，以及供电困难，难于实施。因此，现有技术下管廊内部空气潮湿导致的金属支架及管道的腐蚀情况只能削弱却难以消除。

由于管廊内部环境潮湿的影响因素较多，特别是结构防水施工质量难以预判，考虑到危险管线一旦漏损对综合管廊内部环境影响较大。因此，笔者认为对于存在污水管道以及天然气管道入廊的综合管廊，在附属监控设计阶段，即针对危险管线内的有毒有害物质（主要是气体）在管廊内的通风不良处设置相应的检测仪表。此外，建议综合管廊投运，危险管线入廊后，运维部门另需在危险管道的薄弱环节，如阀门以及连接法兰处增设有毒有害物质的检测仪表。并将日常巡检中发现、记录的管道的锈蚀情况及时上报管线归属单位，局部加强防腐处理，预防危险管道锈蚀继发漏损及爆管情况的发生。

2 综合管廊检测仪表配置中的新技术

近年开展的综合管廊附属监控设计已在综合管廊全线设置无线覆盖系统。无线通讯网络的实施为基于无线通讯进行实时数据传输的巡检机器人及由电动滑轨搭载的各类现场检测仪表的使用提供了条件。

具体到某一条综合管廊的附属监控设计中是否采用移动式的现场检测仪表尚需经技术经济比较后判定。可以预见的是对于规模较大的综合管廊，采用电动滑轨搭载若干套各类现场检测仪表的方式，替代在管廊全线点式布置大量固定安装的现场检测仪表的做法，即可以实现管廊内部环境的全覆盖检测，又能大量节约工程投资。当管廊内设有巡检机器人时更可以以巡检机器人搭载各类现场检测仪表，更可节约管廊运营部门的人力成本。

3 结论及建议

（1）综合管廊内有毒有害物质来源众多，但除污水管或燃气管等危险管道入廊的情况外，其余有毒有害物质的来源途径产生的有毒有害物质浓度均不足以威胁运维人员、入廊管线机附属设施的运行安全，无需设置有毒有害气体检测仪表；

（2）可获取地质条件、气候条件、工业环境等均相似的综合管廊内部环境的实际监测数据供参考，且长期连续实时监测数据均低于工作场所有害因素职业接触限值时，无需设置有毒有害气体检测仪表；

（3）外部深层土壤受工业污染区域的综合管廊，当无危险管道入廊时，可优先考虑为巡检人员配备便携式的在线式检测仪表，以避免过度设计，造成投资浪费；

（4）危险管道入廊时，可综合管廊内部针对可能出现的有毒有害气体类型设置相应的检测仪表，并安装于通风不良、气体易积聚位置；

（5）综合管理内的氧气的消耗及有毒有害气体的积聚是一个较为漫长的过程。即便现场不设置O2检测仪表，只要管廊日常运维中严格执行人员进入综合管廊前先行通风换气半小时的管理办法，即可有效清除管廊内的积聚的有毒有害气体，保证运维人员的人身安全。因此，笔者建议各地方政府将“人员进入综合管廊前需先行通风换气”列入综合管廊的运行管理规定中，并强制执行；

（6）避免在潮湿季节由综合管廊内的湿度检测仪表的检测值联动开启通风系统。以免加重综合管廊内的潮湿情况；

（7）潮湿季节综合管廊的通风系统联动策略应综合考虑管廊内外温度差及外部大气湿度，避免通风引入空气在管廊内达到露点温度凝结析出；

（8）南方地区的综合管廊，高温雨季可利用巡检机器人代替人员入廊巡检，避免因通风设施的运行将管廊外部的潮湿空气引入管廊内部。

[1]GB50838-2015,城市综合管廊工程技术规范[S].

[2]GBZT205-2007,密闭空间作业职业危害防护规[S].

[3]孙平,王立,刘克会,等.城市供热地下管线系统危险因素辨识与事故预防对策[J].中国安全生产科学技术,2008,4(3)：130-133.

[4]孙平,朱伟,宋瑞.城市地下管线典型事故分析及防治对策[J].城市公用事业,2012,26(2)：43-45.

[5]张乐乐,宋守信,郭佳,等.城镇煤气管道漏损分析与风险评价[J].中国安全生产科学技术,2007,17(5)：144-148.

[6]俞为荣.给水管道漏损的原因及对策[J].四川建筑,2005,25(2)：103-106.

[7]孙兵,陈立卫.现代隧道防水防渗漏技术与方法[J].桥梁与隧道工程,2016(12)：68-69.

[8]梅稚平,肖扬,李洪强,杨威.水电工程地下洞室有害气体成因及防治措施[J].隧道建设,2010,30(12)：638-642.

[9]王栋.天坪隧道施工中硫化氢气体防治技术探讨[J].隧道建设,2016(10)：67-70.