厦门市地下综合管廊电磁环境监测与分析

唐 超 章 路 林亚杰 廖艳艳 蔡 澎,5

1（中国科学院城市环境研究所环境与健康重点实验室 厦门361021）

2（中国科学院大学资源与环境学院 北京100190）；3（厦门市物理环境重点实验室 厦门361021）

4（厦门市政管廊投资管理有限公司 厦门361015）；5（中国科学院上海营养与健康研究所 上海200031）

随着中国改革开放40多年的城市化发展进程，人口逐渐向城市迁移，截至2019 年末中国城市化率为60.60%［1］。当下城市中的管网设计、建设、管理分离等工作的开展也造成了城市道路的反复开挖，施工事故频发［2-3］。目前，世界上比较先进的做法是采用地下综合管线廊道模式，且相较于反复开挖路面具有更好的经济效应，能够有效解决城市“空中蜘蛛网”、“拉链式马路”等影响居民居住体验的问题［4-5］。国务院已于2015年发文争取2020 年建成一批国际先进水平的地下综合管廊项目［6］。综合管廊集成有信号线、电力管道、电信管道、给水管道、热力管、燃气管等，是一个多种信号与传输对象交汇的场所，也是保证城市日常运行的重要基础设施。由于地下综合管廊空间狭小，敷设线路众多而导致环境复杂，因此需要对管廊进行相关的环境监测。目前研究工作以管廊的结构健康为主要监测对象；管廊中甲烷、硫化氢、氧气等气体的监测；电气设备的运行状况监测以及防入侵报警门禁监测［7-10］；而对管廊内的电磁环境尚未进行过系统监测，尤其是综合管廊最重要的入廊管线之一的高压线缆是否会对管廊环境带来电磁污染需要进行监测和分析。相关研究表明，过度暴露于高剂量电磁辐射中，可能会增加成人白血病、男性和女性乳腺癌和脑癌的患病风险和概率，可导致作业人员体内红细胞水平降低［11-15］。随着地下综合管廊建设里程数增加，管廊巡检人员的工作量和巡检时间也会增加。因此需要对地下综合管廊的电磁环境进行监测和评估，以便于及时掌握巡检的工作人员是否会因长时间地下巡检而受到超剂量电磁辐射。本文以厦门市为例，参考相关标准建立了一套地下综合管廊电磁环境布设监测点的流程及监测方法，选取了已完工并投入运营使用的5条地下综合管廊进行综合电磁环境监测和评估，拟为地下综合管廊电磁环境的影响评价提供参考数据和科学依据。

1 监测方法介绍

1.1 监测对象及监测点布设

以厦门市已竣工的市政地下综合管廊为监测对象，分别为湖边水库市政综合管廊（厦门市湖里区）、黄厝110 kV变电站进线工程综合管廊（厦门思明区）、集美大道市政综合管廊（厦门市集美区）、集美新城市政综合管廊（厦门市集美区）以及翔安南路新城片区洪钟大道综合管廊（厦门市海沧区）。选取样本涵盖厦门市4 个行政区并覆盖新旧城区，具有一定的代表性。目前对于地下综合管廊的电磁环境监测还没有标准的监测方法，由于地下管廊是一个集中放置输变电设施的特殊行业作业场所，所以本文参考《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器与方法》（HJ/T 10.2—1996）、《工作场所物理因素测量第3部分：1～100 kHz电场和磁场》（GBZ/T 189.3—2018）、《交流输变电工程电磁环境监测方法》（HJ 681—2013）、《电力行业劳动环境监测技术规范第7部分：工频电场、磁场监测》（DL/T 799.7—2010）、《电磁辐射暴露限值和测量方法》（GJB 5313A—2017）、《工作场所有害因素职业接触限值第2 部分：物理因素》（GBZ 2.2—2007）和《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838—2012）相关国家检测方法标准对地下综合管廊进行电磁环境监测［16-22］。考虑监测点监测需要兼顾代表性和可比性，对5条地下管廊从起点开始设立监测点，而后选择等距法布置管廊内的监测点，每间隔100 m 设立一个数据监测位点。如遇到拐角或分叉路口且距离上一个监测点不足100 m 时，设拐角或分叉路口为监测点进行监测，而后继续每间隔100 m设立一个监测位点进行监测，直至检测段管廊结束设立最终监测位点进行监测。图1 为对管廊编号后的第i 条管廊进行监测的流程示意图。

图1 地下综合管廊监测流程图Fig.1 Flow chart of utility tunnel monitoring

在单个管廊横截面空间中取巡检过道中间位置，如图2 所示，以湖边水库地下综合管廊为例，通行过道距离为1.70 m，取中心位置为距离管道0.85 m处，测量高度离地1.50 m设为横截面监测位点。该位置为巡检人员主要通行工作区域，因此选取此区域进行监测。除上述正常位点监测外，还应当对输电线连接处、逃出口、电力引出口、投料口、外表皮破损处等特殊位点进行单独监测。

图2 横截面监测位点示意图Fig.2 Map of cross section monitoring points

1.2 监测方法及设备

对每个监测点的工频电场强度和工频磁感应强度分别连续监测5 次，每次监测时长不小于15 s，读取稳定状态的最大值和平均值。对每次监测结果取方均根值读数的最大值，并对5次监测最大值求算术平均值作为该监测点的监测结果。监测仪器主要采用PMM8053B电磁辐射分析仪；Narda低频探头EHP-50C：5 Hz～100 kHz，0.01V/m～100 kV/m，10 nT～10 mT；激光测距仪Leica DISTO D5，测量范 围0.05～200.00 m；CENTER-314 记 忆 式 温 湿度计。

2 结果与讨论

2.1 厦门市地下综合管廊电磁环境分析

根据§1.1的监测流程以及监测点的布设和测量方法，在2017-2019年间分别对厦门市的5条地下综合管廊进行了电磁环境监测。表1展示了各个管廊接管路段、舱室类型以及运营里程数。通过SPSS 22.0 对总共设立的175 个监测点所采集的环境数据进行统计分析。表2展示了5条管廊设立电磁环境监测点数目的具体情况和监测基础环境参数。采集时间集中在09：00-18：00，温度处于22.73～26.49 ℃，湿度处于39.53%～51.29%。根据表3分析监测数据显示，总体工频电场强度数值监测范围为0.084～4.995 V/m，工频磁感应强度数值监测范围为0.026～21.069 μT。工频电场强度平均值最大的是集美新城段，为1.201 V/m，标准差为1.209。工频磁感应强度平均值最大为湖边水库段，为3.042 μT，标准差为1.751。

表1 地下综合管廊基本信息Table 1 Basic information of utility tunnel

表2 地下综合管廊基本监测环境Table 2 Basic monitoring environment of utility tunnel

表3 地下综合管廊电磁环境监测Table 3 Electromagnetic environment monitoring of utility tunnel

图3和图4横坐标为管廊名称，纵坐标为对应监测项目数值强度。

图3 地下综合管廊工频电场强度分布Fig.3 Power frequency electric field strength distribution of utility tunnel

图4 地下综合管廊工频磁感应强度分布Fig.4 Power frequency magnetic induction strength distribution of utility tunnel

根据图3可以看出，工频电场强度监测集美大道段较为聚集，监测值较为稳定，集美新城段较为发散。监测数值主要处于0.084～1 V/m，中位数处于0.181～1.201 V/m，监测数值较小。从图4可以看出，工频磁感应强度环境监测数值中，黄厝段和翔安洪钟段较为聚集，监测数值比较稳定。整体中位数处于0.470～3.040 μT。

2.2 厦门集美大道综合管廊电磁环境差异分析

考虑冬季与夏季的居民用电可能存在差异，从而导致地下综合管廊的电磁环境发生显著性变化。本研究分别于2017年12月和2018年8月对集美大道地下综合管廊的8 个特殊位点进行重点监测，包括输电线连接处（1、4、5、7）、逃出口（2）、电力引出口（3）、投料口（6）和外表皮破损处（8）进行电磁环境的数据采样，括号内为监测位点编号。表4基本描述了8个监测点的总体情况，12月的工频电场强度区间为0.187～5.561 V/m，平均值为2.277 V/m，工频磁感应强度区间为0.541～9.123 μT，平均值为3.789 μT。8月份的工频电场强度区间为0.475～4.037 V/m，平均值为1.423 V/m，工频磁感应强度区间为0.486～12.560 μT，平均值为5.531μT。

运用SPSS 22.0 对12 月份和8 月份的数据进行两独立样本的非参数检验进行验证，分别采用了曼-惠特尼U 检验（Mann-Whitney U test）、K-S 检验（Kolmogorov-Smirnov test）、极端检验（Moses test）、游程检验（Wald-Wolfowitz test）进行验证。设零假设是H0为样本来自的两独立总体分布没有显著差异。根据表5 分析结果，看曼-惠特尼U 检验工频电场强度的相伴概率为0.462、工频磁感应的相伴概率为0.529。K-S 检验中工频电场强度的相伴概率为0.270，工频磁感应的相伴概率为0.964。 极端检验中工频电场强度的跨度（Observed control group span）为16，相伴概率为1；截头跨度为13，相伴概率为0.285；工频磁感应的跨度为13，相伴概率为0.962；截头跨度为10，相伴概率为0.500；游程检验工频电场强度的相伴概率为0.214，工频磁感应的相伴概率为0.991。所采用的4 种非参数检验均大于显著性水平0.05，因此不能拒绝零假设H0，认为两个独立样本（12 月和8 月）的总体分布没有显著的季节差异。

表4 集美大道综合管廊12月和8月监测数据统计Table 4 Monitoring data statistics of the utility tunnel of Jimei Avenue in December and August

表5 12月份和8月份监测非参数检验Table 5 Monitoring non-parametric tests in December and August

将集美大道地下综合管廊的特殊部位的8个监测点采集数据和32 个普通监测点采集数据进行多独立样本非参数检验。设零假设H0为样本来自的多独立总体分布没有显著差异。根据结果分析，工频电场强度的K-W 检验、Median 检验以及J-T（Jonckheere-Terpstra）检验的相伴概率均为0.000，小于显著性水平0.05，因此拒绝零假设H0。工频磁感应的K-W检验相伴概率为0.541、Median检验相伴概率为0.473，J-T 检验的相伴概率为0.392，均大于显著性水平0.05，因此不能拒绝零假设H0。因此集美大道地下综合管廊特殊部位监测点所采集与普通监测点采集的工频电场强度环境数据之间存在显著性差异，工频磁感应环境数据之间不存在显著性差异。

如图5所示，集美大道地下综合管廊特殊部位监测点与普通监测点（12月和8月）所采集的工频电场强度环境数据之间存在显著性差异，工频磁感应环境数据之间不存在显著性差异。12月和8月的工频电场强度和工频磁场强度的总体分布没有显著的季节性差异。

图5 集美大道综合管廊：(a)12月和8月特殊监测点和正常工频电场监测点强度；(b)12月和8月特殊监测点和正常工频磁感应监测点强度；*p＜0.05，**p＜0.01Fig.5 Utility tunnel of Jimei Avenue:(a)strength of special monitoring points and normal power frequency electric field monitoring points in December and August;(b)strength of special monitoring points and normal power frequency magnetic induction monitoring points in December and August;*p＜0.05,**p＜0.01

2.3 综合管廊外部连接口监测

在集美大道地下综合管廊与地表周边环境相连通的地方，主要选取了电力引出口、投料口和逃生口，进行了电磁环境监测。根据表6的监测结果显示，工频电场强度值为1.359～3.530 V/m，工频磁感应强度值为0.114 ～0.138 μT。监测点周围50 m 以内区域空旷，无其他可疑干扰放射源。地下综合管廊外部工频电场强度和工频磁感应强度远低于国家《电磁环境控制限值》（GB8702—2014）标准限值4 000 V/m和100 μT［23］。

表6 集美大道综合管廊与地面连通处监测Table 6 Monitoring of the connection between the utility tunnel and the ground on Jimei Avenue

3 对比分析

通过查找相关文献，厦门市地下综合管廊与国内黑龙江、重庆、上海、河北承德以及新疆等地区的架空110 kV 输电线路对比。从表7 可以看出，厦门市地下综合管廊的管廊内工频电场强度为0.080～4.995 V/m，工频磁感应强度为0.026～21.069 μT。管廊外工频电场强度为1.465～2.842 V/m，工频磁感应强度为0.119～0.138 μT。厦门市地下综合管廊地上和地下工频电场强度远低于国内其他地区地表110 kV 输电线路的工频电场强度，地下工频磁感应强度高于国内其他地区地表110 kV 输电线路的工频磁感应强度，地上工频磁感应强度基本一致。110 kV 输电电缆的工频电场强度远远小于架空110 kV输配电线路周围的工频电场强度，是因为输电电缆外有接地的屏蔽层的作用。110 kV输电电缆产生的工频磁感应相对较大是由于电缆通过的电流量较大［24］。

表7 国内相关110 kV输电线路监测对比Table 7 Comparison of domestic related 110 kV transmission line monitoring

4 结论

（1）通过厦门市5条市政地下综合管廊110 kV输电线路进行电磁环境监测分析发现，地下综合管廊的整体工频电场强度为0.084～4.995 V/m，工频磁感应强度为0.026～21.069 μT 均满足且远小于国家《电磁环境控制限值》（GB8702—2014）对于公众暴露控制限值的相关标准，50 Hz对应的电场强度E 应小于4 000 V/m 和磁感应强度B 应小于100 μT。说明地下综合管廊巡检的特殊作业人员在此环境下无电磁暴露风险。（2）集美大道地下综合管廊对比12 月和8 月不同季节之间不存在显著性差异。在电缆连接处和电缆外表皮破损处与普通监测点之间工频电场强度存在显著性差异，工频磁感应强度不存在显著性差异。本文的监测结果能够较为全方面地反映管廊的电磁水平，对于输电线连接处和输电线外皮破损处等特殊部位需要单独设立监测点进行监测。（3）地下综合管廊与地表连通处电磁监测数值符合GB8702—2014限值要求。管廊外的工频磁感应强度与地下管廊中的监测数值对比已经减弱至与架空110 kV 输电线路基本一致。因此地下管廊与架空110 kV 输电线路相比具有较低的工频电场强度以及一致的工频磁感应强度，不会对周边电磁环境产生影响。与架空110 kV 输电线路相比地下综合管廊对周边电磁环境影响更小。