綜合管廊的環(huán)境特點(diǎn)分析及檢測儀表配置*

李 雙 鳳

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司, 上海 200092]

0 引 言

綜合管廊安全、良好的內(nèi)部環(huán)境是各類專業(yè)管線及附屬設(shè)施設(shè)備安全運(yùn)行的保障,亦是運(yùn)營管理單位安全運(yùn)營的前提。我國綜合管廊的運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)尚淺,研究不夠深入,不能為各專業(yè)管線及附屬設(shè)施設(shè)計(jì)提供充分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料,設(shè)計(jì)人員難以對(duì)設(shè)計(jì)方案的制定做到充分而全面的考慮。設(shè)計(jì)單位往往基于自身類似工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)制定綜合管廊的設(shè)計(jì)方案,綜合管廊施工建設(shè)方式粗獷,待管廊投入運(yùn)營后往往暴露大量的缺陷,而后修訂未來待建管廊的設(shè)計(jì)方案,顯然缺乏可靠性、經(jīng)濟(jì)性及合理性。因此,需要對(duì)綜合管廊的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行前瞻性研究。

目前,全國各地均出現(xiàn)因管廊內(nèi)潮濕的工作環(huán)境所導(dǎo)致的大量現(xiàn)場金屬支架銹蝕及部分附屬設(shè)備損壞的情況。人們?cè)絹碓蕉嗟刂塾诰C合管廊的內(nèi)部環(huán)境對(duì)管道運(yùn)行安全、附屬設(shè)施正常運(yùn)行及運(yùn)維巡檢人員人身安全的影響,希望根據(jù)綜合管廊不同艙室內(nèi)不同的內(nèi)部環(huán)境,有針對(duì)性地合理配置不同的現(xiàn)場檢測儀表,對(duì)綜合管廊內(nèi)部的各種關(guān)鍵環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測,并從各種環(huán)境參數(shù)特別是各類有毒有害物質(zhì)對(duì)巡檢人員的安全保護(hù),以及綜合管廊內(nèi)部環(huán)境對(duì)管道安全運(yùn)行的角度考慮,制定經(jīng)濟(jì)、合理的環(huán)境控制策略。

1 綜合管廊的環(huán)境特點(diǎn)

綜合管廊整體布置于地面淺層土壤內(nèi),覆土深度為0.7～2.5 m,雨季往往整體位于地下水位之下,管廊四周土壤潮濕,對(duì)結(jié)構(gòu)主體的防水性能要求較高,而結(jié)構(gòu)主體的防水性能對(duì)各入廊專業(yè)管線的安全運(yùn)行以及附屬設(shè)施的正常運(yùn)行影響較大。

管廊的結(jié)構(gòu)主體由標(biāo)準(zhǔn)斷面段及變電所、通風(fēng)口、投料口、引出口、交叉口等特殊節(jié)點(diǎn)組成。標(biāo)準(zhǔn)斷面段結(jié)構(gòu)施工采用預(yù)制拼裝方式時(shí),約每2 m需設(shè)有一處拼接縫;采用混凝土現(xiàn)澆方式時(shí),一般每30 m左右設(shè)置一處變形縫,變形縫處設(shè)置密封橡膠圈密封。變形縫的密封性能以及結(jié)構(gòu)內(nèi)、外防水性能受產(chǎn)品質(zhì)量、施工方法及施工質(zhì)量的影響較大。

綜合管廊內(nèi)的氣流組織較為復(fù)雜,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:① 管廊的廊道即風(fēng)道,風(fēng)道內(nèi)設(shè)有大量的各類專業(yè)管線,且綜合管廊沿道路延伸、彎曲;② 綜合管廊全線設(shè)有較多的特殊節(jié)點(diǎn),包括投料口、引出口、通風(fēng)口、設(shè)備口等,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)這些特殊節(jié)點(diǎn)相對(duì)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段的占比高達(dá)30%以上,這些節(jié)點(diǎn)或位于管廊頂板正上方與管廊連通,或節(jié)點(diǎn)處頂板局部抬高。既受限于綜合管廊的結(jié)構(gòu),又要充分考慮工程造價(jià)及廊道的可利用空間,通風(fēng)設(shè)計(jì)的難度較大,管廊中存在較多的通風(fēng)不良處,且難以在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確判斷,管廊內(nèi)的附屬設(shè)施有時(shí)難免設(shè)置于通風(fēng)不良處。

管廊內(nèi)與地面溫差較大。夏季室外空氣溫度與管廊內(nèi)空氣溫度相差近10 ℃,特別是雨季室外空氣濕度已飽和,管廊通風(fēng)時(shí)室外空氣遇冷即在管道及附屬設(shè)施設(shè)備表面凝結(jié)。目前,已投入運(yùn)營的綜合管廊普遍存在夏季管廊內(nèi)長期空氣濕度高,雨季長期空氣相對(duì)濕度為100%。綜合管廊內(nèi)未作防腐處理的金屬安裝輔材甚至在管廊投入運(yùn)營前已銹蝕,潮濕已成為綜合管廊內(nèi)管線安全運(yùn)行最大的潛在威脅。

2 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中對(duì)相關(guān)工作場所的環(huán)境要求

GBZ/T 205—2007《密閉空間作業(yè)職業(yè)危害防護(hù)規(guī)范》[1]中規(guī)定:缺氧環(huán)境,<18%;富氧環(huán)境,>22%。GB 8958—2006《缺氧危險(xiǎn)作業(yè)安全規(guī)程》中規(guī)定:在已確定為缺氧作業(yè)環(huán)境的作業(yè)場所,必須采取充分的通風(fēng)換氣措施,使該環(huán)境空氣中氧含量在作業(yè)過程中始終保持在0.195以上。

GBZ 2.1—2007 《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》中規(guī)定工作場所各類有毒有害物質(zhì)的接觸極限,甲烷的爆炸濃度下限約為5%(約35 714.3 mg/m3)。GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)定》[2]規(guī)定甲烷的報(bào)警濃度不應(yīng)大于爆炸濃度下限的20%。

綜合管廊內(nèi)平時(shí)無人值守,運(yùn)維及管線歸屬單位人員日常工作中往往是新管線敷設(shè)與安裝、巡檢管線、清理管廊內(nèi)積灰、管線維修等,在管廊內(nèi)停留時(shí)間因維護(hù)內(nèi)容不同而不等?？紤]人員可能在管廊內(nèi)任一區(qū)段長時(shí)間停留,本文針對(duì)綜合管廊內(nèi)各種有毒有害氣體的濃度研究均以日常工作8 h的平均容許接觸濃度限制為依據(jù)。

3 綜合管廊內(nèi)各入廊管線的安全隱患

綜合管廊內(nèi)集中敷設(shè)的公用給水、雨水、中水、污水、供冷、供熱、燃?xì)?、電力及通信管線等集中敷設(shè)的公用設(shè)施、管線等歸屬不同單位,一般由管線歸屬單位進(jìn)行維護(hù)。不同專業(yè)管線的運(yùn)行特點(diǎn)不同,安全隱患也不同,不僅影響管廊的正常運(yùn)營,更威脅運(yùn)維人員的人身安全[3-7]。

(1) 壓力水管的安全隱患。給水管、中水管、供熱管、供冷管均為壓力水管,一般采用鋼管、球墨鑄鐵管等。入廊敷設(shè)的壓力水管由于受綜合管廊內(nèi)的結(jié)構(gòu)主體保護(hù)而免于受到其他工程的影響,正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)無漏損。但在管材加工質(zhì)量差、管道運(yùn)輸下料過程中輕微受損,接口質(zhì)量不佳,閥門銹蝕、磨損,施工質(zhì)量不高,管道或管道支架防腐不力等情況發(fā)生時(shí),仍存在管道漏損,甚至爆管的可能。

上述水管輸送的介質(zhì)均經(jīng)過凈水廠、污水廠或能源站等處理,符合相關(guān)行業(yè)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。水管內(nèi)PH值接近中性,即便發(fā)生水管漏損或爆管事故對(duì)管廊內(nèi)防腐金屬支架及管材的腐蝕性極小,對(duì)同艙敷設(shè)的其余專業(yè)管道無威脅。即便是成分較復(fù)雜的中水內(nèi)多為非揮發(fā)性物質(zhì),且容量遠(yuǎn)小于相應(yīng)物質(zhì)在水中的溶解度,不會(huì)析出。石油類揮發(fā)性物質(zhì)即便全部滲入空氣中其濃度仍不超過GBZ 2.1—2007的規(guī)定。

因管廊內(nèi)的排水泵為排除日常滲漏水設(shè)計(jì),受限于事故段的排水流量,壓力水管一旦爆管,短時(shí)間內(nèi)即將達(dá)到管廊事故段允許的淹沒深度(含電纜的綜合艙為最底層電纜支架安裝高度,約0.3 m,管道艙為附屬設(shè)施最低安裝高度,約1.2 m),威脅電力電纜及附屬設(shè)施的安全運(yùn)行。

此外,供熱管一旦漏損嚴(yán)重或發(fā)生爆管事故,將在管廊內(nèi)部形成高溫/高濕的空氣環(huán)境,或?qū)εc其同艙敷設(shè)的給水管道內(nèi)水質(zhì)產(chǎn)生影響,破壞其他專業(yè)管道的防腐設(shè)施。而供熱管道因?yàn)橛斜貙拥谋Ｗo(hù),管道初期的暗漏不易察覺,待發(fā)展到明漏往往已出現(xiàn)嚴(yán)重漏損。因此,日常需實(shí)時(shí)監(jiān)測供熱管道的溫度,以便運(yùn)維部門及早發(fā)現(xiàn)管道的初期漏損。

(2) 污水管的安全隱患。排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的污水水質(zhì)必須符合現(xiàn)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。輸送達(dá)標(biāo)排放污水的污水管道內(nèi)多為非揮發(fā)性物質(zhì),且容量小于相應(yīng)物質(zhì)在水中的溶解度,不會(huì)析出。石油類及揮發(fā)酚即便全部滲入空氣中其濃度仍不超過標(biāo)準(zhǔn)GBZ 2.1—2007的規(guī)定。因此,管廊內(nèi)用于輸送排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)污水的管道威脅主要是漏損或爆管后生物耗氧導(dǎo)致的管廊內(nèi)部含氧量下降。

收集去往污水處理廠的抽送產(chǎn)生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道內(nèi)可能存在的有毒有害氣體種類繁多、成份復(fù)雜,根據(jù)危害方式的不同,可分為有毒氣體(窒息性氣體)、腐蝕性氣體和易燃易爆氣體三大類:① 有毒氣體是通過人的呼吸器官在人體內(nèi)部對(duì)其他組織器官造成危害的氣體,如硫化氫、氰化氫、一氧化碳、二氧化碳等氣體。這些氣體在人體內(nèi)部一般是抑制人體內(nèi)部組織或細(xì)胞的換氧能力,引起肌體組織缺氧而發(fā)生窒息性中毒,因此也叫窒息性氣體;② 腐蝕性氣體一般是消毒氣體,如氯氣、臭氧氣體、二氧化氯氣體等,發(fā)生泄漏時(shí),對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)起腐蝕作用,產(chǎn)生毒害;③ 易燃易爆氣體通過與空氣混合產(chǎn)生一定比例時(shí)遇明火引起燃燒甚至爆炸而造成危害,如甲烷、氫氣等。此種類型的污水管道中的有毒有害氣體濃度較高,且在輸送途中仍不斷發(fā)酵產(chǎn)生,一旦管道漏損或發(fā)生爆管事故,則管道內(nèi)有毒有害氣體將不斷釋放至綜合管廊內(nèi)部,污染管廊內(nèi)的空氣環(huán)境,嚴(yán)重威脅檢修人員的人身安全。溢流液及有毒有害氣體如長期滯留在管廊內(nèi)部,還將威脅到其他專業(yè)管道的運(yùn)行安全。需要設(shè)置相應(yīng)的有毒有害氣體檢測儀表,并聯(lián)動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)。

(3) 天燃?xì)夤艿陌踩[患。入廊敷設(shè)的城鎮(zhèn)天然氣管道為主干管道,管道內(nèi)天然氣為氣田、油田經(jīng)預(yù)處理后通過管道輸送的商品天然氣。天然氣中甲烷的含量在90%左右,甲烷著火溫度為540 ℃,天然氣的最小點(diǎn)火能量較低,為0.48 MJ。天然氣擴(kuò)散能力強(qiáng),泄漏后易形成大面積擴(kuò)散區(qū),與空氣形成爆炸性的混合氣體,在有氧情況下如果局部達(dá)到爆炸極限(體積濃度5%～15%),就有可能會(huì)引發(fā)爆炸。因此,燃?xì)馀搩?nèi)的附屬用電設(shè)備選型必須嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

燃?xì)夤艿涝诰C合管廊內(nèi)敷設(shè)僅能沿管廊延伸方向泄壓,泄壓面積有限,由于缺少泄壓通道,燃?xì)夤艿酪坏┌l(fā)生嚴(yán)重漏損、爆管將嚴(yán)重威脅綜合管廊的結(jié)構(gòu)主體安全、燃?xì)馀搩?nèi)的附屬設(shè)施安全、相鄰艙室內(nèi)敷設(shè)的其他專業(yè)管線及附屬設(shè)施安全。因此,必須對(duì)入廊敷設(shè)的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控,嚴(yán)防燃?xì)夤艿佬孤┑陌l(fā)生。

燃?xì)夤艿朗蔷C合管廊內(nèi)危險(xiǎn)性極大的管線,必須在管廊燃?xì)馀摤F(xiàn)場通風(fēng)不良處設(shè)置相應(yīng)的可燃?xì)怏w檢測儀表,并實(shí)時(shí)檢測?？紤]天然氣比重小于空氣,可燃?xì)怏w檢測儀表一般吸附管廊頂板安裝。

4 綜合管廊內(nèi)有毒有害氣體濃度調(diào)研

對(duì)已投入運(yùn)行的沈陽某綜合管廊進(jìn)行調(diào)研,該綜合管廊總長約為18 km,呈幾字形分布于道路綠化帶下方,管廊東西、南北向縱伸均超過7 km,地質(zhì)及土壤條件多樣。該綜合管廊全線采用單艙斷面,內(nèi)部僅設(shè)有電纜艙,容納中、高壓電力電纜。管廊內(nèi)的儀表配備較為完備,現(xiàn)場在各防火分區(qū)中部(可視為通風(fēng)不利處)均固定安裝檢測氧氣、一氧化碳、甲烷及硫化氫的儀表。

調(diào)研結(jié)果表明,未有危險(xiǎn)管道入廊時(shí)管廊內(nèi)的典型有毒有害氣體的平均濃度均較低,遠(yuǎn)低于GBZ 2.1—2007的相關(guān)規(guī)定。

建議開展針對(duì)不同綜合管廊建設(shè)環(huán)境、不同地質(zhì)條件的有毒有害氣體產(chǎn)生來源的研究以及長期的跟蹤調(diào)研,為管廊的附屬監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。既要防止設(shè)計(jì)考慮過于理想,缺少必要條件下的現(xiàn)場檢測儀表設(shè)置,又要防止過度設(shè)計(jì),造成投資浪費(fèi)。

5 綜合管廊儀表配置建議

管廊內(nèi)僅敷設(shè)電力電纜、通信纜線時(shí),僅需配置基本的氧氣及溫/濕度檢測儀表,吸頂安裝。需要強(qiáng)調(diào)的是南方雨季室外空氣溫度較高,濕度較大,長期通風(fēng)反而將室外潮濕空氣引入管廊,在管廊“天然空調(diào)”的環(huán)境遇冷后冷凝析出,將嚴(yán)重威脅管廊內(nèi)金屬管道及附屬設(shè)施的安全。傳統(tǒng)的除濕措施在管廊內(nèi)應(yīng)用往往缺乏經(jīng)濟(jì)性。建議高溫潮濕季節(jié)管廊日常維護(hù)選擇在相對(duì)干爽的天氣(夜間)進(jìn)行。

壓力水管入廊時(shí),為防止壓力流水管或管廊外部水倒灌,在綜合管廊容納有壓力水管的艙室內(nèi)沿線需設(shè)置危險(xiǎn)水位報(bào)警裝置。危險(xiǎn)水位報(bào)警裝置采用爆管監(jiān)測液位開關(guān),安裝在每個(gè)單元地勢較低的集水坑旁,或在集水坑內(nèi)設(shè)置投入式液位儀。工程經(jīng)費(fèi)受限時(shí),僅在管道閥門安裝處等薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置;供熱管入廊時(shí)還需在管道沿線配置線型感溫光纜,具體做法為在每根供熱管道上平行捆綁敷設(shè)一根感溫光纖,與感溫光纖主機(jī)通信,并在管道閥門安裝處、補(bǔ)償器等薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置攝像機(jī),以便人工輔助判斷。

收集去往污水處理廠的抽送產(chǎn)生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道入廊時(shí)還需配置相應(yīng)的有毒有害氣體檢測儀表。考慮污水管道內(nèi)的有毒有害物質(zhì)成分復(fù)雜,比重小于、大于或接近空氣,不同有毒有害氣體檢測儀表安裝高度需綜合考慮運(yùn)維人員作業(yè)高度范圍,按照有毒有害氣體積聚高度設(shè)置。工程經(jīng)費(fèi)受限時(shí),可僅在管道閥門安裝處等薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置相應(yīng)的有毒有害氣體檢測儀表。與污水管道歸屬單位信息交互后充分了解污水成分,也可僅針對(duì)某種典型有毒有害氣體設(shè)置檢測儀表。綜合管廊一般隨新建道路建設(shè),管廊的設(shè)計(jì)難以與入廊管線的設(shè)計(jì)同步,且管線設(shè)計(jì)往往落后于管廊建設(shè),設(shè)計(jì)人員難以在設(shè)計(jì)階段把控入廊污水管道內(nèi)介質(zhì)成分。為防止過度設(shè)計(jì),造成投資浪費(fèi),建議有毒有害氣體檢測儀表不在管廊附屬監(jiān)控設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì),待污水管線入廊時(shí)再與管道同步設(shè)計(jì)、同步施工。

天然氣管道入廊時(shí),還需設(shè)置甲烷濃度檢測儀表,采用吸頂安裝。此外,天然氣管道一旦泄漏,還會(huì)隨通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入通風(fēng)口上層風(fēng)道,因天然氣密度遠(yuǎn)小于空氣,風(fēng)道內(nèi)成為燃?xì)馀撝聘唿c(diǎn),為防止氣體積聚,也需設(shè)置檢測儀表。需要強(qiáng)調(diào)的是根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)定,天然氣管道敷設(shè)方式只允許直接埋地或架空敷設(shè),以形成密閉空間。綜合管廊為相對(duì)密閉空間,天然氣管道入廊敷設(shè),即便不計(jì)成本單獨(dú)成艙,仍嚴(yán)重威脅相鄰艙室的安全,建議燃?xì)夤苋肜扰c否需慎重考慮。

此外,考慮到綜合管廊主體的安全性對(duì)入廊敷設(shè)的各類專業(yè)管道保護(hù)的重要性,建議在綜合管廊地質(zhì)條件變化較大、較薄弱的區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的沉降、位移監(jiān)測儀表,監(jiān)控綜合管廊的結(jié)構(gòu)主體受力、變形情況。

6 結(jié) 語

介紹綜合管廊的總體布置、環(huán)境、通風(fēng)等特點(diǎn),以現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中對(duì)相關(guān)工作場所的環(huán)境要求為依據(jù),討論綜合管廊內(nèi)可能積聚的威脅管道安全及人身安全的有毒有害氣體的類型,并從兼顧保護(hù)巡檢人員安全及管線運(yùn)行安全需求,以及工程經(jīng)濟(jì)性的角度分析,確定現(xiàn)場檢測儀表配置的標(biāo)準(zhǔn)與原則。

(1) 入廊敷設(shè)的相對(duì)安全管道:給水管道、中水管道、供冷管道、輸送排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的污水管道。入廊敷設(shè)的危險(xiǎn)管道:收集去往污水處理廠的抽送產(chǎn)生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道、供熱管道以及燃?xì)夤艿馈?/p>

(2) 天燃?xì)夤艿廊肜确笤O(shè)的危險(xiǎn)性極大,且點(diǎn)火能量低,須實(shí)時(shí)檢測燃?xì)馀摤F(xiàn)場通風(fēng)不良處可燃?xì)怏w濃度,并與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。設(shè)置于燃?xì)馀搩?nèi)的所有用電設(shè)備,包括現(xiàn)場檢測儀表均需采用防爆產(chǎn)品。

(3) 僅設(shè)有安全管道的艙室內(nèi)可優(yōu)先考慮為巡檢人員配備便攜式、在線式有毒有害氣體檢測儀表,以避免過度設(shè)計(jì),造成投資浪費(fèi)。

(4) 現(xiàn)場安裝的有毒有害氣體檢測儀表僅需在敷設(shè)危險(xiǎn)管道的艙室內(nèi)通風(fēng)不良處設(shè)置,且僅需針對(duì)危險(xiǎn)管道內(nèi)的流體類型設(shè)置。

(5) 檢測儀表可以是固定安裝,也可以是移動(dòng)安裝,具體可經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。

[1]密閉空間作業(yè)職業(yè)危害防護(hù)規(guī)范:GBZ/T205—2007[S].

[2]城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范:GB50838—2015[S].

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