综合管廊兼顾人防工程建设研究及应用进展

2022-03-12郑建建张良尘卢辰

特种结构 2022年1期

郑建建张良尘卢辰

1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 200092 2.上海水业设计工程有限公司 200092

引言

综合管廊是一个城市的生命线工程，是重要的市政基础设施。随着综合管廊的不断发展，兼顾人防工程进行建设的理念应运而生。1991年，Tetsuya［1］首先提出人防工程与综合管廊结合的理念，国内的董银山［2］也做了相关阐述。在和平时期，兼顾人防可以提高综合管廊的整体防护能力，抵御自然灾害和恐怖袭击。在战争时期，综合管廊作为地下通道，可以有效地紧急疏散人员，提供临时避难场所，降低空袭财产损失和人员伤亡。21世纪开始，综合管廊和人防工程平战结合、平战转换的城市建设模式成为重要发展方向［3］。

日本是世界上共同沟（地下综合管廊）建设较为先进的国家，其《共同沟设计指南》明确规定了共同沟结构设计的荷载、地震、基础、接头、防水、结构构造以及避难向导设备的具体要求［4］。

钱七虎院士［5］提出，地下综合管廊兼顾人防工程应到位而不越位，要提高战时的防空性能，但不能因此改变管廊的功能定位，大幅增加造价；不应要求战时管廊用作人防掩蔽部，不应按防护单元的要求建设管廊，以免造成成本增加过大。对于综合管廊兼顾人防的设计要求，张阳［6］对防护级别、是否需要设置防护单元以及孔口的防护设备等给出了一些具体建议。

2010年以来，我国综合管廊建设持续快速发展，管廊兼顾人防工程的研究不断推进，同时出台了一系列的标准、规范。目前已经发布的地方标准、导则有浙江省的《浙江省城市地下综合管廊工程兼顾人防需要设计导则》［7］，河北省的《城市地下空间暨人防工程综合利用规划编制导则》［8］、《城市地下空间兼顾人民防空要求设计标准》［9］和《城市综合管廊工程人民防空设计导则》［10］，河南省的《河南省城市地下空间暨人防工程综合利用规划编制导则》［11］和《河南省城市地下综合管廊工程人民防空设计导则》［11］，安徽省的《城市地下空间兼顾人民防空工程设计标准》［12］，广州市的《地下综合管廊人民防空设计规范》［13］等。国家标准中可供参考的规范有《人民防空地下室设计规范》［14］、《轨道交通工程人民防空设计规范》［15］，目前尚无专门针对综合管廊兼顾人防设计的国家标准，且尚缺少相关的施工及验收规范。各地方标准、导则主要从建筑、结构、通风、给排水、电气、管线防护、平战转换等几方面做出了相关规定。

随着国内综合管廊的快速发展，综合管廊兼顾人防工程的建设案例陆续出现，如广州国际金融城起步区综合管廊［16］、金华市金义都市新区综合管廊［17］、聊城古城区综合管廊［18］、石家庄华星路综合管廊（以下简称广州综合管廊、金华综合管廊、聊城综合管廊、石家庄综合管廊）等等。下面结合标准、导则规定对各工程案例进行分析。

1 建筑设计

1.1 标准、导则规定

关于防护单元的划分，各地标准均要求设于地下的管廊控制中心应设立防护单元；而对于地下综合管廊舱室，安徽省标准、广州市标准规定管廊舱室可不划分防护单元；河南省导则规定地下综合管廊工程每条独立单舱划分为一个防护单元；河北省导则规定按照甲类人防设防时，城市综合管廊廊道部分可按舱室分别划分为一个防护单元，按照乙类人防设防时，可不划分防护单元。

各地标准均规定投料口、通风口以及与战时人员出入无关的平时人员出入口，战时应采取临战封堵措施；而孔口的防护密闭井盖（门）是一次施工安装到位，还是预埋战时封堵转换所需的预埋件，则各地规定有所不同。

1.2 工程案例分析

广州综合管廊、金华综合管廊、聊城综合管廊、石家庄综合管廊均划分为一个防护单元；广州综合管廊防护等级为常6级，不考虑核武器防护，而另外三地均考虑了核武器防护。

人防出入口设置方面，广州综合管廊不另设战时出入口，人防出入口结合逃生口设计，投料口、逃生口、通风口由地面通往夹层，在夹层设防护密闭门封堵，再通往管廊，如图1所示。

金华综合管廊战时人员疏散入口布置在热力舱，人员通道处管线局部上弯避让，在该侧的连通口部位管廊加高，连通道内加装防护门，如图2所示。

聊城综合管廊与人防通道合建处每个分区内另设一个人防出入口，管廊与通道连接处设有防护密闭门门框，临战时安装防护密闭门完成平战转换，如图3所示。

图3 聊城管廊出入口Fig.3 Alleyway of Liaocheng utility tunnel

可以看出，三地的人防人员出入口都与管廊主体结构做了一定的分隔，在竖向或平面位置上相对独立。石家庄综合管廊也做了类似的处理，如图4所示，管廊侧边出地面门洞处采用防空地下室防护门，而管廊舱室位置门洞则采用普通的防火门。

图4 石家庄管廊人员出入口布置Fig.4 Layout of the gateway of Shijiazhuang utility tunnel

2 结构设计

2.1 标准、导则规定

各地标准、导则在结构设计方面比较共性的规定主要有：（1）地下综合管廊结构在武器爆炸动荷载作用下，应进行结构承载力验算，可不验算结构变形、裂缝、地基承载力等；（2）武器爆炸动荷载在设计时均按一次作用考虑；（3）考虑动荷载时，钢筋和混凝土材料强度设计值可乘以相应的动荷载作用下材料强度综合调整系数，混凝土的弹性模量可取静荷载作用时的1.2倍；（4）战时工况和平时工况取最不利组合进行包络设计。对于是否需要考虑核武器爆炸动荷载的作用，以及等效静力荷载标准值的大小的问题，各标准、导则的规定不尽相同。

2.2 工程案例分析

结构设计方面，各地综合管廊壁厚、配筋均由平时工况控制。以石家庄综合管廊为例，计算其考虑人防工况时对主体结构工程量的影响。该综合管廊分为两个舱室，分别为电力舱和综合舱（热力、通信舱），管廊顶覆土厚度2.8m，标准断面布置如图5所示。

图5 石家庄综合管廊标准横断面Fig.5 Standard cross section of Shijiazhuang utility tunnel

不考虑人防荷载，按照平时工况计算时，横截面尺寸和配筋主要由裂缝控制，同时需满足构造要求，如图6所示。

图6 石家庄综合管廊标准断面配筋（平时工况）Fig.6 Standard section reinforcement drawing of Shijiazhuang utility tunnel（normal working condition）

石家庄综合管廊按照甲类人民防空设防，防核武器抗力级别为6级，防常规武器抗力级别为6级。考虑武器爆炸动荷载作用时，管廊各部位等效静荷载标准分别为：顶板70kN／m2，外墙45kN／m2，底板55kN／m2。材料强度综合调整系数，HRB400钢筋为1.20，C40混凝土为1.50。战时工况时武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用，仅进行结构承载力验算，不验算结构变形、裂缝开展以及地基承载力与地基变形，计算其弯矩和强度配筋结果如图7所示。故平时工况截面、配筋可满足战时工况承载力计算要求。

图7 石家庄综合管廊弯矩强度配筋计算结果（战时工况）Fig.7 Calculation results of moment strength reinforcement for Shijiazhuang utility tunnel（wartime conditions）

对于该工程，考虑战时工况时，不会造成主体结构造价增加，仅各孔口防护、套管设置等会增加一定费用，对工程总投资影响较小。依据工程建设经验，综合管廊兼顾人防工程建设增加费用占工程总造价比例不超过0.5%［17，19］，可以在费用增加较小情况下，取得巨大的经济效益和社会效益。

3 附属专业设计

3.1 通风设计

河南省导则、广州市标准规定地下综合管廊舱室部分不设战时防护通风系统，地下监控中心战时应设置清洁式通风和隔绝式防护；浙江省导则规定地下综合管廊战时通风应采用机械排风，战时排风设施可战时设置。通风换气次数和隔绝式防护时间各标准、导则有所差异。

广州和金华综合管廊通风系统的设置均与当地标准、导则的要求一致；聊城综合管廊考虑了战时机械排风、自然进风。

3.2 给水排水设计

给水排水设计方面，各地标准对于给水、排水等压力管道穿越地下综合管廊侧壁的要求比较一致，均要求采用金属管材，并设置刚性防水套管；并应在防护结构内侧设置公称压力不小于1.0MPa的防护阀门。

各地综合管廊在给排水管道穿越综合管廊结构时均进行防护密闭处理，在人防区侧设置防护阀。金华综合管廊内设置了战时人员取水设施。

3.3 电气设计

电气设计方面，各标准均规定了穿过外墙、临空墙、防护密闭隔墙和密闭隔墙的各种电缆管线和预留备用管，应进行防护密闭或密闭处理；穿线管和备用管为管壁厚度不小于2.5mm的热镀锌钢管。对于照明各地规定也比较一致，平时和战时的照明均应有正常照明和应急照明，战时正常照明宜利用平时照明。

四地综合管廊对于各种电缆管线穿墙，均设置了热镀锌防护套管。金华综合管廊中设置了一层人防电力线路层，供人防区域电站电力线路使用；对工程外进、出管廊的强、弱电线路，均专门设置电缆井。

4 管线防护和平战转换

4.1 管线防护设计

对于穿过人防防护结构管道、管线等的防护要求，各标准、导则规定比较一致。对于压力管道，均要求在防护结构内侧设置公称压力不小于1.0MPa的防护阀门。同时对于给水、再生水、热力等压力管道的防护措施应符合下列要求：管径不大于DN200的管道，穿越人防防护结构处应设置刚性防水套管；管径大于DN200的管道，穿越人防防护结构处应设置外侧加防护挡板的刚性防水套管。穿过外墙、防护密闭墙的各种电缆管线和预留备用管，应选用管壁厚度不小于2.5mm的热镀锌钢管，并进行防护密闭处理。

4.2 平战转换设计

对于综合管廊平战转换设计，各标准、导则均要求平战转换措施中的各种预埋件、预留孔等应一次设计、施工完成；平战功能转换设计宜采用标准化、定型化的防护转换设备和构件。广州市标准对于各专业的转换时限要求为3d，河南省导则要求各孔口的防护设备在3d转换时限内进行可靠的关闭；其他各地导则没有明确规定具体转换时限。