管道安裝和運輸作業對綜合管廊總體設計影響研究

李愷琳

深圳市市政設計研究院有限公司 廣東 深圳 518000

綜合管廊結構憑借其土地集約利用率高、無需反復開挖路面的優勢而在現代化城市建設期間備受關注，因此，在現代化城市建設過程中，涌現出了較多城市綜合管廊項目。但結合現階段綜合管廊整體設計情況來看，設計重點主要集中在管廊平面、管線分析、特殊節點、橫斷面等方面上，對大口徑管道的安裝和運輸在空間方面需求的關注度較為欠缺，但這兩種因素若考慮不當，則易出現入廊困難等問題，需加強重視。

1 綜合管廊斷面設計受管道安裝時序的影響

1.1 分析實例

集約性強是綜合管廊結構最大的優勢，可容納較多管線，能夠最大限度利用地下空間，在綜合管廊設計過程中，為降低工程投資成本，提高空間利用率，多將通信管線、電力管線（10 kV）、中水管線、給水管線規劃至同一管廊艙室內，盡可能壓縮斷面。在總體設計時，各類管線建設進度存在差異，且管線產權不同，在綜合管廊投入使用后，管道常受到已安裝管線的限制而難以便捷安裝，繼而引發入廊困難、無法入廊等問題。為進一步分析了解綜合管廊斷面設計受管道入廊時序的影響情況，以某兩艙綜合管廊項目為實例展開分析，該項目的入廊規模及管線種類如表1所示。

表1 案例兩艙綜合管廊項目入廊規模及管線種類

1.2 管廊斷面

該綜合管廊項目按照傳統設計方法而將其規劃為兩艙斷面，即綜合艙室與高壓電力艙室。其中綜合艙室內包含2排12孔通信管線、12回10 kV中壓電力管線、DN200中水管線、DN600給水管線，其中DN200中水管線建設時間遠落后于其他管線，屬于遠期預留管道；而高壓電力艙室內主要涉及6回110/220 kV高壓電力管線。在案例綜合管廊綜合艙室內，屬于遠期預留的DN200中水管線被吊裝至管廊頂板位置，10kV中壓電力管線和通信管線位于綜合艙室右側。在該綜合管廊斷面結構中，當給水管線完成安裝后，將會給遠期預留的DN200中水管線的安裝作業造成阻礙，增加安裝難度。

1.3 優化設計

結合案例兩艙綜合管廊斷面設計情況來看，綜合艙室內設計存在較多不足之處，管線類型較多，且受到入廊管線時序的影響，在建設安裝期間容易出現互相干擾現象，不僅會阻礙管廊管線的安裝工作，還會影響綜合管廊該艙室的后續檢修維護工作，不利于綜合管廊的持續管理[1]。針對這一現象，應基于管廊規模、管線種類，并結合檢修運營需求及管道入廊時序，對案例綜合管廊項目的斷面進行優化。經綜合考量后，可調換通信管線與中水管的位置，為避免中水管道吊裝安裝所帶來的檢修更換困難現象，增設支架結構，為中水管道提供支撐。

1.4 結果討論

為檢驗綜合管廊斷面優化設計情況，從安裝便捷性、運營檢修、土建工程量三個方面進行分析。第一，安裝便捷性。在原有的兩艙斷面結構中，因管道入廊時序不同，存在遠期預留管道，導致管道在安裝期間易出現相互干擾碰撞的現象，受到給水管道的限制，遠期預留的中水管道安裝存在一定困難。而優化后的斷面結構，綜合考慮了管道入廊時序，減少了管線之間的碰撞干擾問題，且遠期預留的DN200中水管道在安裝時不會遭受阻礙，并增設了支架結構，為安裝作業提供了便利。第二，運營檢修。在原兩艙斷面結構中，存在中水管道檢修運營不便的問題。而優化后的斷面結構中，將中水管放置在更靠近檢修通道的位置，檢修時不會受到大口徑管道的干擾，并設計了管道支架，解決了檢修運營不便的問題，同時考慮到壓力管道的物理檢修相較于通信電纜更為頻繁，優化后的方案使得綜合管廊管道運營更為便捷[2]。第三，土建工程量。優化前后兩個斷面的尺寸未發生變化，混凝土用量無需調整。

經上述分析可見，經優化后的綜合管廊斷面各方面因素均合理，故優化設計效果較好。對原兩艙斷面結構產生安裝問題的原因進行總結，最主要的則是未考慮管道安裝和檢修作業需求，將遠期預留的中水管道設置在了給水管道左上方，以此干擾了后期管道安裝工作，因此，在綜合管廊總體設計時，應將管道安裝和檢修需求作為重點設計因素，繼而規避管道入廊困難的問題。

2 綜合管廊轉彎對管道運輸的影響

2.1 分析案例

綜合管廊具有較強的線性特征，管廊沿線常遭遇河道與橋梁，受到橋梁樁基的限制，綜合管廊需平面避讓河道橋梁，不可直接布設于橋梁下方，應由道路范圍轉至紅線外，繞過河道橋梁后，回到原路由。

為確保管道運輸效果，減少綜合管廊與道路間的斜向交叉長度，需對綜合管廊的平面夾角進行控制，通常情況下，盡量采用小角度轉彎，能減少管廊對道路紅線外場地的占用面積。但受到綜合管廊內部空間局限，若平面轉角過小，則出現管道運輸時過轉角困難或無法轉向的情況[3]。為進一步驗證綜合管廊平面夾角設計受廊內運輸的影響情況，本次利用三角函數公式推理分析運輸通道寬度、轉彎角度及轉彎半徑與運輸管道尺寸之間的關系，并選取前文所述兩艙綜合管廊項目為實例展開分析，案例綜合管廊項目劃分為綜合艙室和高壓電力艙室。案例綜合管廊沿線共涉及2處河道，全長三千米，綜合管廊內主要包括通信管線、10 kV中壓電力管線、110/220 kV高壓電力管線、DN600給水管道、DN200中水管道、，案例綜合管廊中所涉及的管道均為焊接鋼管。案例綜合管廊項目為控制接頭數量，便于施工并縮減工期，優先選用長管節管道進行安裝，要求管道節段長度處于6～12m范圍內。

2.2 最不利工況

在設計綜合管廊平面轉彎節點時，應綜合考慮通道寬度、管節長度、管道外徑，并計算管道運輸的安全轉角和轉彎半徑，為保障管道運輸平面轉角設計質量，管廊運輸通道的寬度、管節長度、管道外徑及廊體轉彎角度直接存在如下關系：

式中，L代表綜合管廊運輸管節長度，D為管道外徑，θ代表管廊平面轉角，B為可供管道運輸的綜合管廊通道寬度，一般應在設計綜合管廊通道寬度的基礎上扣除0.1～0.2m，防止管道發生碰撞而損壞。此外，若在管道運輸之前還需進行支墩支架施工，則計算最不利工況管道安全運輸距離時，需在原有的通道凈寬參數基礎上扣除支墩支架占用通道的寬度。由式（1）可知，當管道外徑D和管節長度L固定時，固定通道寬度B對應的可運輸管道最小轉彎角度θ也是確定值，此時對應的運輸通道最小轉彎半徑可用下式表示：

式中，R代表管道運輸通道凈寬度對應的中心線轉彎半徑。

2.3 可運輸管節長度

在案例綜合管廊項目工程中，中水管道、給水管道、燃氣管道均為長管節運輸管道，在設計綜合管廊平面轉彎節點時，應綜合考慮長管節運輸管道所處艙室、管節長度最大值、管道外徑等因素，以此盡可能降低管道運輸對于綜合管廊平面轉彎節點的影響，提高綜合管廊平面夾角設計科學性[4]。在綜合管廊總體設計時，常根據入廊管線最大的管道口徑設定檢修通道的最小寬度，一般B≥D+0.4m。以式（1）關系式為依據，按常規的管節長度6m，計算120°、135°、150°三個平面夾角在運輸焊接鋼管時所需的最小通道寬度以及對應的轉彎半徑，依據計算結果判斷案例綜合管廊平面轉彎節點與可運輸管道之間的匹配度。

2.4 綜合分析

管道口徑越大，管節長度越長，運輸受管廊轉彎處的影響越大。一般入廊的管線中，口徑最大、管節長度最長的往往是給水管、中水管，以DN600和DN800管徑的焊接鋼管為例，通過上述運算得到轉彎角度、管徑、最小運輸凈寬和對應轉彎半徑之間的關系如下表：

表2 不同管徑與運輸通道設計參數分析表

前文所述案例中，綜合管廊內管道運輸通道寬度為1m，因此，在案例綜合管廊項目中，平面夾角至少為150°，以此方可確保所設計的管廊管道符合項目運輸要求。在本次分析研究中，主要按照河道橋梁工況進行平面夾角分析設計，而在城市地下綜合管廊項目中，管廊交叉口、高壓出線口、管線分支口等特殊節點同樣存在平面夾角現象，此時同樣需關注管道運輸因素。

3 結束語

綜上所述，城市地下綜合管廊內涉及較多管線，為保障總體設計質量，應認識到管廊斷面設計時管道安裝時序所產生的影響，在斷面規劃時，應有意識的按照入廊時序進行管道規劃，確保遠期預留管道能夠順利安裝。此外，城市地下綜合管廊可能會穿過河道橋梁，此時需注意控制管道平面夾角，在案例綜合管廊項目中，要求平面夾角至少為150°，以此方可確保平面夾角為綜合管廊管道長度相匹配，若在實際設計時發現平面夾角無法滿足長管道運輸條件，則需在管線專項設計時選用短管節運輸，以此保障運輸效果。