綜合管廊天然氣管道與給水管道共艙敷設(shè)分析

趙 偉, 袁 野, 杜建梅, 安 然, 劉佩釗, 左 川

(1.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司第十設(shè)計研究院,天津300074; 2.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司第四設(shè)計研究院,天津300074)

1 概述

綜合管廊是按照統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、施工和維護(hù)原則,在城市地下用于敷設(shè)城市工程管線的市政公用設(shè)施,包括天然氣管道在內(nèi)的各類市政管線均可納入綜合管廊[1]。2015年8月發(fā)布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》,為全國范圍內(nèi)城鎮(zhèn)地下綜合管廊建設(shè)的快速發(fā)展發(fā)揮了強(qiáng)大的推動作用。綜合管廊在我國從2015年開始試點(diǎn)建設(shè),到2022年6月底,累計開工建設(shè)綜合管廊項(xiàng)目1 647個,長度5 902 km,形成廊體3 997 km。

直埋鋼質(zhì)天然氣管道易發(fā)生腐蝕,同時容易受第三方施工破壞,且難以發(fā)現(xiàn)[2-4],維護(hù)搶修成本較高。將天然氣管道敷設(shè)在綜合管廊中不僅可以解決這些問題,還能使城市地下空間得到充分利用[5]。2016年6月,住建部召開了推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)電視電話會議,要求包括天然氣管道在內(nèi)的全部管線入廊。因此,天然氣管道入廊成為近幾年的焦點(diǎn)問題。天然氣入廊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、圖集等相繼發(fā)布,相關(guān)科研課題持續(xù)開展。

GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(簡稱GB 50838)第4.3.4條規(guī)定“天然氣管道應(yīng)在獨(dú)立艙室內(nèi)敷設(shè)”,并在條文說明中介紹日本《共同溝設(shè)計指針》規(guī)定“天然氣隧道:考慮到對發(fā)生災(zāi)害時的影響等因素,原則上采用單獨(dú)隧洞。”GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》(2020年版)第6.3.7條規(guī)定,地下燃?xì)夤艿啦灰伺c其他管道或電纜同溝敷設(shè)。當(dāng)需要同溝敷設(shè)時,必須采取有效的安全防護(hù)措施。因此,國內(nèi)近些年建設(shè)的綜合管廊工程都是將天然氣管道敷設(shè)在獨(dú)立艙室內(nèi)。管廊艙室需滿足安裝、檢修、維護(hù)作業(yè)所需空間,而每增加1個艙室,管廊橫斷面寬度增加約1.9 m,管廊本體造價增加約30%[6]。將天然氣管道敷設(shè)在綜合管廊中,對管道材質(zhì)、焊接質(zhì)量等要求更高,還需要設(shè)置可燃?xì)怏w探測報警器、機(jī)械通風(fēng)裝置、消防器材等,天然氣管道運(yùn)營單位需要支付管廊空間使用費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等,部分地區(qū)建設(shè)費(fèi)用達(dá)到直埋敷設(shè)的7倍以上[7]。因此,有專家學(xué)者根據(jù)管道輸送介質(zhì)之間的兼容性提出建議:天然氣管道可與給水及再生水管道同艙建設(shè),在保障安全基礎(chǔ)上,降低造價[8]。此外,GB 50838局部修訂送審稿已將GB 50838第4.3.4條“天然氣管道應(yīng)在獨(dú)立艙室內(nèi)敷設(shè)”修訂為“天然氣管道宜在獨(dú)立艙室內(nèi)敷設(shè)”,并在條文說明中闡述“天然氣管道入廊可以和給水、排水等管線共艙敷設(shè),不強(qiáng)制一定要分艙獨(dú)立敷設(shè)”。

本文對綜合管廊工程中常見的幾種收容管線組合形式,根據(jù)各類市政管線的特點(diǎn)和進(jìn)入綜合管廊的基本要求,提出天然氣管道和給水管道共艙敷設(shè)(簡稱共艙敷設(shè))標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面設(shè)計方案,對比分析天然氣管道單艙敷設(shè)(簡稱單艙敷設(shè))和共艙敷設(shè)的優(yōu)缺點(diǎn),并提出共艙敷設(shè)的技術(shù)要求,為規(guī)范相關(guān)條文的修編提供數(shù)據(jù)支撐。

2 單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比分析

GB 50838第3.0.1條規(guī)定“給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等城市工程管線可納入綜合管廊”,不同綜合管廊工程收容的市政管線種類、規(guī)格不盡相同。基于各類市政管線在綜合管廊中敷設(shè)的特點(diǎn),以及相關(guān)規(guī)范對橫斷面設(shè)計的要求,本文對綜合管廊工程中常見的管線組合形式(見表1)提出單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面設(shè)計方案,表1中“—”表示管廊內(nèi)不存在該管線。方案6中熱力管道為上下布置,方案7中熱力管道為并排布置。

表1 綜合管廊工程中常見的管線組合形式

① 天然氣管道和給水管道入廊

如果單艙敷設(shè),天然氣管道和給水管道入廊需設(shè)置兩個艙室,而且每個艙室都需考慮安裝間距和檢修空間的需求,因此綜合考慮進(jìn)行設(shè)計,天然氣艙標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸1.9 m×2.4 m,給水艙標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸1.8 m×2.4 m。如果共艙敷設(shè),只需將天然氣管道和給水管道敷設(shè)在同一個艙室內(nèi),該艙室稱為水氣艙。為充分利用給水管道上方的空間,天然氣管道設(shè)置在給水管道的正上方,采用墻上支架支撐。根據(jù)GB 50838相關(guān)要求預(yù)留安裝間距和檢修空間,設(shè)計水氣艙標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸1.9 m×2.8 m,對于天然氣管道設(shè)置補(bǔ)償器或引出支管的管廊,橫斷面應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加高加寬處理。相比于天然氣管道單艙敷設(shè),共艙敷設(shè)時管廊標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸減小了約40%。可見,共艙敷設(shè)時管廊材料使用量和施工工程量都比天然氣管道單艙敷設(shè)小得多,天然氣管道和給水管道入廊成本和維護(hù)成本相應(yīng)也會少很多,經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯。方案1單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比見圖1。圖1～7的尺寸單位均為mm。

圖1 方案1單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比

② 天然氣、給水、電力(或通信)管線入廊

對于天然氣、給水、電力(或通信)管線入廊的情況,如果綜合艙需要容納的電纜數(shù)量在10排及以內(nèi),天然氣管道獨(dú)立成艙時,無論是天然氣管道或者給水管道上方均有較大的空間。共艙敷設(shè)時,天然氣管道設(shè)置在給水管道上方,縮小了艙室的橫向空間,但艙室的凈高增加,導(dǎo)致單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)相比管廊標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面面積基本一致,共艙敷設(shè)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢不明顯,但共艙敷設(shè)比單艙敷設(shè)內(nèi)部空間利用更充分。方案2、3單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比分別見圖2、3。

如果綜合艙需要容納的電纜數(shù)量超過10排,則天然氣管道獨(dú)立成艙時,占用的艙室空間較大。共艙敷設(shè)時管廊標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸減小了約20%,艙室內(nèi)部空間利用率更高,經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯。方案4單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比見圖4。

圖2 方案2單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比

圖3 方案3單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比

圖4 方案4單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比

③ 天然氣、給水、通信、電力管線入廊

天然氣管道單艙敷設(shè)時,給水、通信、電力管線敷設(shè)在綜合艙;共艙敷設(shè)時,天然氣管道與給水管道敷設(shè)在水氣艙,通信、電力電纜敷設(shè)在信電艙。相比于天然氣管道單艙敷設(shè),共艙敷設(shè)時管廊標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸減小約21%,優(yōu)勢明顯。如果需要容納更多的通信和電力電纜,則共艙敷設(shè)比單艙敷設(shè)管廊內(nèi)部空間利用率更高,經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢更明顯。方案5單艙敷設(shè)與共艙敷設(shè)對比見圖5。

圖5 方案5單艙敷設(shè)與共艙敷設(shè)對比

④ 天然氣、給水、熱力、通信管線入廊

當(dāng)熱力管道上下布置時,共艙敷設(shè)優(yōu)勢不明顯。而當(dāng)熱力管道并排布置時,共艙敷設(shè)時管廊標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面凈尺寸約比天然氣管道單艙敷設(shè)時減小19%,管廊內(nèi)部空間利用率更高,優(yōu)勢明顯。如果熱力管道管徑更大、通信電纜更多,共艙敷設(shè)管廊內(nèi)部空間利用率更高,經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢更明顯。方案6、方案7單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比分別見圖6、7。

圖6 方案6單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比

圖7 方案7單艙敷設(shè)和共艙敷設(shè)對比

3 防范共艙敷設(shè)給水管道泄漏危害的措施

① 管廊本體:共艙敷設(shè)時艙室的技術(shù)要求不得低于各類型管線單艙敷設(shè)時艙室的技術(shù)要求。

② 天然氣管道:建議將天然氣管道敷設(shè)在給水管道上方較高位置。若天然氣管道與給水管道并排敷設(shè),天然氣管道應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算,并根據(jù)情況采取必要的抗浮措施。

③ 給水管道:給水管道應(yīng)滿足敷設(shè)在易燃易爆環(huán)境的要求。建議給水管道采用鋼管,焊接連接,提高焊縫檢測比例,減小給水管道泄漏或爆管的風(fēng)險。

④ 附屬電氣設(shè)備:天然氣管道和給水管道敷設(shè)在水氣艙內(nèi),水氣艙內(nèi)的附屬電氣設(shè)備防護(hù)等級應(yīng)適應(yīng)地下環(huán)境的使用要求,應(yīng)采取防水防潮措施,建議防護(hù)等級不低于IP66。水氣艙內(nèi)檢修插座設(shè)置高度需高于事故工況時最高水位,建議不小于1.2 m,方便人員操作。

4 結(jié)論

① 對于天然氣管道和給水管道同時入廊敷設(shè)的情況,共艙敷設(shè)比單艙敷設(shè)具有明顯優(yōu)勢。

② 對于天然氣、給水、電力(或通信)管線同時入廊的情況,如果電纜數(shù)量在10排及以內(nèi),共艙敷設(shè)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢不明顯;如果電纜數(shù)量超過10排,共艙敷設(shè)具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢,并且電纜數(shù)量越多,優(yōu)勢越大。

③ 對于天然氣、給水、電力、通信管線同時入廊的情況,相比于天然氣管道單艙敷設(shè),共艙敷設(shè)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯。如果需要容納更多的通信和電力電纜,則共艙敷設(shè)比單艙敷設(shè)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢更明顯。

④ 對于天然氣、給水、熱力、通信管線同時入廊的情況,當(dāng)熱力管道上下布置時,共艙敷設(shè)優(yōu)勢不明顯;當(dāng)熱力管道并排布置時,共艙敷設(shè)優(yōu)勢明顯。如果熱力管道管徑更大、通信電纜更多,則共艙敷設(shè)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢更明顯。

⑤ 天然氣管道與給水管道是否共艙需根據(jù)綜合管廊收容管線情況,結(jié)合工程實(shí)際統(tǒng)籌考慮確定。