綜合管廊工程風(fēng)險識別與設(shè)計防控措施探討

崔毅

北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司 100082

引言

城市地下綜合管廊是指在城市道路下建造一個市政共用隧道，將電力、通信、供水、燃氣等多種市政管線集中于一體的構(gòu)筑物，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng)，施工統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理，做到地下空間綜合利用和資源共享［1］。

19世紀初，世界上第一條真正意義上的城市綜合管廊誕生于法國巴黎。而后，英國、德國、美國、俄羅斯，日本等發(fā)達國家也開始大規(guī)模興建城市綜合管廊［2］。

國內(nèi)第一條城市綜合管廊建設(shè)于1958年天安門廣場下部，全長約1km［2］。自此之后，國內(nèi)許多城市開建城市綜合管廊，已建成的地區(qū)包含上海、天津、廣州等。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國建設(shè)里程約800km［2］。

地下綜合管廊系統(tǒng)解決了城市交通擁堵問題，極大方便了電力電信、燃氣熱力、給排水等市政基礎(chǔ)設(shè)施的維護和檢修。同時地下綜合管廊系統(tǒng)還具有一定的防震減災(zāi)作用。

在國外，由于城市發(fā)展較成熟，對綜合管廊工程研究較早，基礎(chǔ)設(shè)計建設(shè)相對完善，現(xiàn)代化程度較高。在安全風(fēng)險研究評價方面，大概可分為三個層面：分別是規(guī)劃層面、設(shè)計層面和運維管理層面。

近年來，我國城市化進程不斷加快，城市綜合實力不斷增強，城市地下空間不斷被開發(fā)利用，綜合管廊的重要性越來越被大眾認識。針對于綜合管廊工程風(fēng)險識別及安全保障研究，大致可分為規(guī)范標準制定與研究、安全評價技術(shù)方法研究、管廊安全特性研究。

本文主要針對管廊工程的設(shè)計風(fēng)險源進行研究，提出工程設(shè)計的風(fēng)險管控措施，提高對項目風(fēng)險預(yù)判能力，創(chuàng)新以項目風(fēng)險源為前提的項目管理模式，以此降低設(shè)計及施工風(fēng)險。

1 城市綜合管廊安全風(fēng)險辨識

1.1 辨識內(nèi)容

綜合管廊內(nèi)容納了水、電、氣、電力、電信、燃氣等供城市運轉(zhuǎn)的“生命線”，綜合管廊的安全運行是城市安全運行的保障。確保綜合管廊安全運行，首先要認真分析各類風(fēng)險因素，找到風(fēng)險源，并相應(yīng)制定預(yù)防管控措施；影響綜合管廊安全運行的風(fēng)險因素存在于綜合管廊全壽命周期范圍內(nèi)。

1.2 綜合管廊系統(tǒng)構(gòu)成

城市綜合管廊主要的組成部分包含管廊本體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部管線、附屬設(shè)施、標志標識、監(jiān)控設(shè)備等以及與之相關(guān)的外部道路結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素、人為因素等內(nèi)容，如圖1所示。

1.3 管廊風(fēng)險因素構(gòu)成及特點

1.內(nèi)部風(fēng)險因素

綜合管廊內(nèi)部風(fēng)險因素主要研究管廊基本構(gòu)件系統(tǒng)自發(fā)性產(chǎn)生的安全事故。

2.外部風(fēng)險因素

綜合管廊外部風(fēng)險因素以管廊整體為研究對象，同時管廊在運維維護過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的安全方面的變化和影響也包括在內(nèi)。

2 綜合管廊主要風(fēng)險源及等級劃分

2.1 綜合管廊安全風(fēng)險源識別

1.管廊本體因素

城市綜合管廊屬于地下構(gòu)筑物，在使用年限內(nèi)，會因為自身原因產(chǎn)生災(zāi)害事故，影響整體的使用安全性能。因此在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮管廊型式、斷面合理性、結(jié)構(gòu)特點等相關(guān)因素。

2.廊內(nèi)管線因素

城市綜合管廊主要納入的管線類型有供水管道、排水管道、燃氣管道、電力電信管道、熱力管道，不同管道因其本身材料以及內(nèi)容物性質(zhì)不同，所具有的安全風(fēng)險事故隱患及其影響因素也有較大差異，見表1。

表1 管廊管線材質(zhì)及安全事故風(fēng)險因素匯總Tab.1 Summary of pipeline material and safety accident risk factors of pipeline gallery

廊內(nèi)管線風(fēng)險主要由設(shè)計因素和材料質(zhì)量因素造成，對于不同類型的管線，應(yīng)進行具體因素分析，如圖2所示。

3.環(huán)境因素

圖2 管廊管線本身安全影響因素分類Fig.2 Safety influence factors of utility tunnel

城市綜合管廊內(nèi)屬于密封的環(huán)境，有各種有毒、有害氣體，發(fā)生氣體泄漏會危害工作人員生命，同時管廊內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境因素影響也是不可忽略的。根據(jù)綜合管廊的系統(tǒng)特性，可將環(huán)境因素分為內(nèi)部環(huán)境因素和外部環(huán)境因素。溫度、濕度、壓力影響均屬內(nèi)部因素；地質(zhì)、環(huán)評、災(zāi)害均屬外部環(huán)境因素。

4.人的因素

人的因素主要指以人為行為主體，所開展的活動對管廊系統(tǒng)可能產(chǎn)生的安全性影響，將其分為人為損害因素和人為誤操作因素。

2.2 綜合管廊風(fēng)險等級劃分及接受標準

1.風(fēng)險等級標準

依據(jù)風(fēng)險發(fā)生概率大小，擬將風(fēng)險發(fā)生概率分為五級［3］，見表2。

表2 風(fēng)險發(fā)生概率分級Tab.2 Risk occurrence probability grading

2.風(fēng)險事故損失等級標準

綜合管廊工程中，一旦發(fā)生風(fēng)險會對工程本身、周邊環(huán)境、人員等造成損失與傷害，考慮損失的不同程度，建立風(fēng)險損失的等級標準，見表3。

表3 風(fēng)險損失等級標準Tab.3 Risk loss grade standard

3.風(fēng)險接受準則

不同風(fēng)險等級需采用不同風(fēng)險管理措施，建立不同的風(fēng)險接受準則［4］，見表4。

表4 風(fēng)險接受準則等級Tab.4 Hierarchy of risk acceptance criteria

3 綜合管廊風(fēng)險防控與應(yīng)急管理

綜合管廊的風(fēng)險防控是通過風(fēng)險識別、風(fēng)險評估、風(fēng)險評價，對風(fēng)險實施有效的控制和處理，達到最大的安全目標。

3.1 綜合管廊風(fēng)險防控措施

1.投融資階段風(fēng)險防控

綜合管廊是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要考慮近遠期規(guī)劃的緊密結(jié)合。由于納入管廊的管線分屬不同部門，因此需要強有力的管理機構(gòu)進行協(xié)調(diào)和管理。

2.規(guī)劃階段風(fēng)險防控

綜合管廊工程，涉及給排水、電力、通信、道路、燃氣等專業(yè)。因此，綜合管廊的規(guī)劃與建設(shè)必然要做好各個市政專業(yè)部門的協(xié)調(diào)［5］。

規(guī)劃要結(jié)合現(xiàn)狀統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，應(yīng)重視近期建設(shè)規(guī)劃，并且適應(yīng)城鎮(zhèn)遠景發(fā)展的需求。

3.設(shè)計階段風(fēng)險防控

（1）管廊總體設(shè)計

管廊總體設(shè)計防控措施主要包括：管廊設(shè)計條件要與上位規(guī)劃一致；管廊附屬構(gòu)筑物覆土及出地面孔口位置要合適；管廊分支節(jié)點處管道安裝空間應(yīng)滿足設(shè)計及使用要求；管廊出地面設(shè)施要與周邊景觀協(xié)調(diào)；管廊要考慮澇水影響等因素。

（2）管廊建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

綜合管廊的結(jié)構(gòu)形式包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)兩種主要形式，根據(jù)目前的建設(shè)情況來看，城市綜合管廊多以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。不同廊體結(jié)構(gòu)在耐久性、耐沖擊性、防火性等多方面存在較大差異。綜合管廊結(jié)構(gòu)上的作用，按性質(zhì)可分為永久作用和可變作用。在進行綜合管廊防水設(shè)計時，嚴格按照《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）、《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108—2008）標準進行設(shè)計，防水設(shè)計等級應(yīng)不低于二級。綜合管廊結(jié)構(gòu)在縱向應(yīng)設(shè)置變形縫，變形縫的最大間距應(yīng)為30m，同時在結(jié)構(gòu)剛度突變部位及地基土層突變處也應(yīng)設(shè)置變形縫。

（3）管廊電氣設(shè)計

1）變配電系統(tǒng)：根據(jù)綜合管廊各相鄰配電單元負荷類型、容量、數(shù)量、受電位置基本相同，且具有沿線分布比較均勻的特點，并結(jié)合0.4kV電壓等級最大允許的電壓降，滿足對電能質(zhì)量的要求，并合理選擇變配電所內(nèi)的電氣設(shè)備。

2）照明系統(tǒng)：綜合管廊內(nèi)設(shè)一般照明、非消防應(yīng)急照明和消防應(yīng)急照明，其中非消防應(yīng)急照明兼做一般照明。

3）接地系統(tǒng)：綜合管廊為地下構(gòu)筑物，無需設(shè)置防直接雷擊措施，配電系統(tǒng)中設(shè)置避雷器、浪涌保護器等防雷電感應(yīng)過電壓保護裝置。地面以上建（構(gòu)）筑物按規(guī)范要求設(shè)置防直擊雷保護。

4）監(jiān)控中心和統(tǒng)一管理信息平臺系統(tǒng)［6］：中心設(shè)備包括統(tǒng)一管理信息平臺、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中心設(shè)備、安全防范系統(tǒng)中心設(shè)備、通信系統(tǒng)中心設(shè)備、電力監(jiān)控系統(tǒng)中心設(shè)備、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中心設(shè)備、可燃氣體探測報警系統(tǒng)中心設(shè)備、超細干粉滅火系統(tǒng)中心設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中心設(shè)備、其他輔助設(shè)備等。

（4）管廊通風(fēng)消防設(shè)計

1）通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計原則：綜合管廊的通風(fēng)系統(tǒng)主要為保證綜合管廊內(nèi)部空氣的質(zhì)量，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能提供足夠的新風(fēng)以確保維修人員的安全，保證管廊內(nèi)工藝管線運行安全，以及保證火災(zāi)后能及時排除有害煙氣。

2）通風(fēng)分區(qū)的劃分：結(jié)合目前全國已實施綜合管廊的工程設(shè)計經(jīng)驗，目前綜合管廊通風(fēng)分區(qū)長度一般是按照200m、400m和600m等幾種劃分方式考慮。

3）通風(fēng)系統(tǒng)控制要求：為確保綜合管廊平時正常運行及火災(zāi)后的排風(fēng)，需對管廊內(nèi)空氣品質(zhì)、通風(fēng)系統(tǒng)運行工況進行監(jiān)控。采用現(xiàn)場手動和監(jiān)控中心控制的兩級控制。

4）滅火器實施：根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015），綜合管廊內(nèi)應(yīng)在沿線、人員出入口、逃生口等處設(shè)置滅火器材。

5）自動滅火系統(tǒng)：根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015），干線綜合管廊中容納電力電纜的艙室，以及支線綜合管廊中容納6根及以上電纜管廊的艙室應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。

4.施工階段風(fēng)險防控

（1）管廊基坑開挖與支護

基坑應(yīng)采用“分段、分層、間隔、平衡開挖”，并應(yīng)“先撐后挖”。基坑開挖分段可根據(jù)開挖條件、環(huán)境影響和結(jié)構(gòu)分縫位置等綜合分析，一次開挖暴露的維護邊長不超50m。基坑開挖到設(shè)計標高后應(yīng)及時澆筑素混凝土墊層，坑底無墊層暴露時間不應(yīng)大于24h。

（2）監(jiān)控與監(jiān)測

監(jiān)測主要內(nèi)容應(yīng)包括維護結(jié)構(gòu)頂水平位移和沉降、裂縫、土體傾斜、坑外地表沉降，臨近建（構(gòu)）筑物、管線的位移、沉降、裂縫等，坑內(nèi)、外水位變化，支撐軸力等。監(jiān)測單位應(yīng)按監(jiān)測方案實施監(jiān)測。

（3）設(shè)備安裝施工要求

管廊內(nèi)設(shè)備安裝施工要求主要包括：地下管廊電氣系統(tǒng)工程的設(shè)備安裝施工要求；通風(fēng)設(shè)備施工安裝要求；消防設(shè)施施工安裝要求。

5.運維階段風(fēng)險防控

（1）運維管理概念

綜合管廊運維管理是對綜合管廊全生命周期運維過程的計劃、組織、實施和控制，是與綜合管廊服務(wù)創(chuàng)造密切相關(guān)的各項管理工作的總稱。

（2）運維管理目標

綜合管廊處于城市地下，因此，其主體結(jié)構(gòu)不可避免會與地上、地下其他建（構(gòu)）筑物發(fā)生關(guān)系，管廊周邊的建設(shè)工程也有可能危害管廊主體結(jié)構(gòu)。因此，盡可能防止和降低環(huán)境因素對運行期間的影響是綜合管廊安全防護的管理目標。

（3）管理責(zé)任劃分

依據(jù)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)【2015】61號）規(guī)定，地下綜合管廊本體及附屬設(shè)施管理由地下綜合管廊建設(shè)運維單位負責(zé)，入廊管線的設(shè)施維護及日常管理由各自管線單位負責(zé)。

（4）運維管理模式

根據(jù)投融資模式和運維承擔(dān)單位不同，綜合管廊運維管理模式主要分為委托管理模式和自建自管模式。

3.2 應(yīng)急管理及應(yīng)急處置措施

1.應(yīng)急管理原則

《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》提出六項工作原則，即：以人為本，減少危害；居安思危，預(yù)防為主；統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分級負責(zé)；依法規(guī)范，加強管理；快速反應(yīng)，協(xié)同應(yīng)對；依靠科技，提高素質(zhì)。

2.應(yīng)急管理內(nèi)容［7］

（1）根據(jù)發(fā)生和可能發(fā)生的突發(fā)事件研究制定應(yīng)急預(yù)案；

（2）建立健全和完善應(yīng)急預(yù)案體系；

（3）建立健全和完善應(yīng)急管理機制；

（4）建立健全和完善應(yīng)急運行機制；

（5）建立健全和完善應(yīng)急法制。

3.應(yīng)急處置措施

依據(jù)綜合管廊的主要功能和運行特點，按照性質(zhì)、嚴重程度、可控性和影響范圍等因素，可將應(yīng)急突發(fā)事件分為專項應(yīng)急突發(fā)事件及一般應(yīng)急突發(fā)事件。專項應(yīng)急突發(fā)事件包括火災(zāi)、爆管等，需編制相應(yīng)的專項應(yīng)急預(yù)案。

在事故結(jié)束24h內(nèi)形成書面調(diào)查報告并上報；召開事故分析會，總結(jié)教訓(xùn)，排查類似隱患，制定和落實整改方案，整改完畢后及時匯報。

在管廊應(yīng)急處置中要堅持以人為本的原則，把人身安全放在首要位置。同時，應(yīng)定期開展有關(guān)員工應(yīng)急安全方面的培訓(xùn)，提高員工安全意識，確保自身安全。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了城市綜合管廊的發(fā)展、現(xiàn)狀、特點，并以風(fēng)險辨識和評價為重點，針對城市地下綜合管廊安全風(fēng)險評價現(xiàn)狀進行全面分析，并提出了管控措施和解決思路，為城市綜合管廊建設(shè)的良性發(fā)展提供了技術(shù)保障。

城市綜合管廊是組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、影響因素多變的綜合性系統(tǒng)，在風(fēng)險辨識和評價方面，目前仍存在較大局限性和不足。下一步對管廊風(fēng)險源的辨識及評價應(yīng)著重從以下幾方面入手：

1.應(yīng)更深入地探究各類事故的發(fā)生規(guī)律和特點。

2.優(yōu)化現(xiàn)有安全風(fēng)險辨識和評價體系，形成完整的城市綜合管廊風(fēng)險識別及防控理論。

3.要注重管廊信息化、數(shù)據(jù)化、智慧化的發(fā)展方向，形成監(jiān)控、預(yù)警、云計算、大數(shù)據(jù)于一體的綜合性信息化系統(tǒng)。