地下管廊機(jī)電管線施工技術(shù)探討

胡 軍

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090

在地下管廊各機(jī)電管線設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)單位設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往缺少橫向協(xié)調(diào)，導(dǎo)致在實(shí)際施工過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，管線排布、管廊內(nèi)空間有效利用及后期維修等都有待進(jìn)一步的改善[1-2]。以上海海昌海洋公園地下管廊為例，對(duì)施工過(guò)程中地下管廊機(jī)電管線合理排布及新技術(shù)工藝的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，旨在為類似工程提供參考。

1 工程概況

上海海昌極地海洋公園位于臨港新城，總建筑面積約250 000 m2。海洋公園（東區(qū)）包含辦公樓、酒店等配套工程，以及海底世界館、火山鯨鯊館、海豚表演場(chǎng)等海洋生物展館，并設(shè)有能源中心。能源中心包含冷凍機(jī)房及泵房、鍋爐房、柴油發(fā)電機(jī)房、生活泵房、消防泵房、變配電間等。能源中心通過(guò)三段管廊，為配套工程和展館提供冷熱源、生活用水、消防用水以及海洋生物所必需的維生系統(tǒng)管道等。

2 地下管廊機(jī)電施工難點(diǎn)

地下管廊高3.6 m，寬4.3 m，管廊內(nèi)機(jī)電安裝共有2路母線、3路強(qiáng)電橋架、5路弱電橋架、1路維生橋架、4根消防管道、2根給水管道、4根供回水管道和4根維生管道。原設(shè)計(jì)電氣采用吊架形式，給水管道采用斜支撐支架形式，底部維生管道及供回水管采用混凝土底座。原設(shè)計(jì)方案存在以下施工難點(diǎn)：

1）管廊 施工空間有限，屬于半密閉空間，各專業(yè)交叉施工作業(yè)較多，相互配合難度大，施工相互制約，半密閉空間焊接及管道切割作業(yè)等存在較大的安全隱患。

2）吊裝孔單一，尺寸僅能滿足橋架及母線吊裝要求，給排水管道及空調(diào)管道需從端部吊裝，水平駁運(yùn)，但由于混凝土底座施工完成，水平運(yùn)輸效率較低。

3）原設(shè)計(jì)方案各專業(yè)支架分開(kāi)施工，支架點(diǎn)位多、支架驗(yàn)算量及預(yù)制工作量大，機(jī)電管線數(shù)量、尺寸存在偏差，施工難度高，存在立體交叉施工情況。

3 地下管廊機(jī)電施工優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)施工難點(diǎn)，根據(jù)各專業(yè)管線支架間距、管線間凈距要求及施工方便性等因素，利用機(jī)電管線BIM模型進(jìn)行分析，采用共用支架的施工方案，支架間距4 m，共5層，支架上方設(shè)計(jì)為橋架及母線，中間為生活給水及消防管道，下方為供回水及維生管道。共用支架分別位于管廊兩側(cè)，中間留有1.3 m的巡檢及維修通道，巡檢通道施工期間能夠方便材料的水平駁運(yùn)，也為后期維修檢查提供了充足的空間。通過(guò)機(jī)電管線BIM綜合深化，滿足了機(jī)電各系統(tǒng)功能性和美觀性的需求。

通過(guò)對(duì)管廊內(nèi)的支架進(jìn)行深化，合理排布管線，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工及規(guī)范的要求，同時(shí)還有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）采用共用支架的形式縮短了施工周期，也為業(yè)主節(jié)省了投資成本。

2）避免因各專業(yè)自行進(jìn)行支架安裝而導(dǎo)致的后續(xù)施工及下道工序無(wú)法順利進(jìn)行等不利情況。

3）減少了支架安裝時(shí)，各專業(yè)施工人員在有限空間內(nèi)的交叉施工，減少施工安全隱患。

4）后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)及保養(yǎng)便利。

4 管廊施工部署

共用支架立柱上方的鋼板按深化點(diǎn)位在結(jié)構(gòu)施工階段預(yù)埋到位，下方鋼板按深化點(diǎn)位在建筑地坪施工時(shí)預(yù)埋到位。每段管廊在中間位置結(jié)構(gòu)頂板上設(shè)置1個(gè)9 000 mm×900 mm的吊裝留洞（后澆），一方面作為通風(fēng)孔，便于管廊內(nèi)的換氣；另一方面有利于施工材料的運(yùn)送。各類支架材料、管道、橋架利用吊車吊裝至管廊內(nèi)。

支架材料吊裝至管廊內(nèi)后，從吊裝洞向管廊兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行支架安裝。機(jī)電各專業(yè)管線的施工原則為：先施工給排水管道，后施工母線槽及橋架；先底部施工，后上部施工。為節(jié)約施工周期，采取流水作業(yè)，支架完成一段后，各類管道就位在對(duì)應(yīng)支架上。待所有支架完成后，空調(diào)管道先對(duì)口固定，后焊接；然后進(jìn)行給排水、消防管道卡箍連接固定。在管道焊接及卡箍連接的同時(shí)，進(jìn)行橋架及母線施工，保證各機(jī)電管線施工緊密銜接，提高施工效率。

考慮到每段管廊長(zhǎng)約200 m，所有給排水管道長(zhǎng)度均為9 m一段。空調(diào)管道仍采用常規(guī)12 m長(zhǎng)度。橋架長(zhǎng)度均為4 m一段。由于母線沒(méi)有中間插接箱，故每段長(zhǎng)度均為6 m。這樣可以減少接頭數(shù)量，提高施工效率，且管道減少接頭，后期試壓的漏點(diǎn)概率也能降低。

管廊屬于半密閉空間，支架的安裝及管道切割、焊接等都會(huì)產(chǎn)生一定量的有毒有害氣體，在設(shè)計(jì)本身設(shè)置的通風(fēng)孔上，安裝一送一排2臺(tái)臨時(shí)風(fēng)機(jī)，確保每段管廊與外部空間形成環(huán)流。管廊內(nèi)施工作業(yè)時(shí)，保證地下管廊氣體流通，確保施工人員作業(yè)安全。

5 細(xì)部節(jié)點(diǎn)考慮

5.1 支架材質(zhì)選型及受力分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，最大荷載為1根DN300 mm和2根DN250 mm消防管道，考慮管道材質(zhì)及管道內(nèi)充滿水的質(zhì)量，梁間距為4 m，橫向支架按照此最大荷載計(jì)算，單根鋼梁所承擔(dān)管道總重約9 kN（恒載），所承擔(dān)水總重為7.5 kN（活載，并考慮動(dòng)力系數(shù)）?？紤]水流在管道內(nèi)的沖擊因素，經(jīng)計(jì)算，擬采用10#槽鋼，能夠滿足受力要求（圖1）。

圖1 支架橫擔(dān)受力分析簡(jiǎn)化模型

同理，荷載計(jì)算結(jié)果，按照每層鋼梁提供恒載8 kN、活載7.5 kN的梁端豎向壓力，一共5層，考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)后，單柱豎向軸力為106.5 kN，故可采用16#工字鋼作為支架柱。

5.2 支架立柱預(yù)埋板

支架立柱底部鋼板采用預(yù)埋方式安裝，加工制作250 mm×250 mm×16 mm鋼板，鋼板角部焊接4根12#鉤狀鋼筋（圖2）。在建筑地坪施工前，對(duì)支架立柱位置進(jìn)行放線定位，在確定支架位置后，在建筑地坪鋼筋綁扎階段，將其與鋼筋固定，后期再將立柱焊接固定在預(yù)埋鋼板上。同理，支架立柱上方的預(yù)埋鋼板在支模完成后、混凝土澆筑前，也按深化點(diǎn)位安裝預(yù)埋。

圖2 支架立柱底座預(yù)埋件示意

5.3 管廊側(cè)面支架安裝及管道支架的加固

支架立柱安裝完成后，在側(cè)墻的位置，利用250 mm× 250 mm×16 mm鋼板與M16 mm×140 mm膨脹螺栓固定，支架橫擔(dān)一端焊接在鋼板上，另一端與支架柱焊接，焊接完成后噴涂防銹漆。

考慮管道的自身質(zhì)量、滿水后的質(zhì)量以及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的水流沖擊，將所有給排水管道、空調(diào)管道以及維生管道的固定支架，在支架橫擔(dān)與立柱下方，設(shè)置邊長(zhǎng)15 cm、厚16 mm的斜三角鋼板進(jìn)行支撐加固，如圖3所示。

圖3 支架支撐加固節(jié)點(diǎn)

5.4 橋架及母線槽支架

由于橋架水平安裝的支架間距為1.5～3.0 m，共用支架的間距為4 m，所以在共用支架之間還需安裝吊架，以滿足橋架的安裝要求。母線槽在共用支架上安裝時(shí)采用支架托舉固定法，將由角鋼制作而成的支架先固定在柱上，將 母線槽橫擔(dān)在支架上，再用小角板將母線槽側(cè)邊和支架固定在一起，防止滑落（圖4）。這種固定方式既適合單側(cè)安裝，也適合雙側(cè)安裝，且安裝時(shí)簡(jiǎn)單方便。

圖4 共用支架上母線固定

5.5 共用支架的接地設(shè)置

在共用支架兩側(cè)的最底層，各設(shè)置1路40 mm×40 mm× 4 mm的鍍鋅扁鋼作為支架接地體，通過(guò)焊接將扁鐵與各個(gè)支架接地連通，并連接管廊內(nèi)所有預(yù)埋接地端子。

6 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)地下管廊的支架進(jìn)行深化施工，降低了各專業(yè)前期支架安裝交叉施工的安全隱患，對(duì)管線的標(biāo)高及走向進(jìn)行了定位，避免后續(xù)工序中管線碰撞，節(jié)省了施工成本，縮短了工期。采用共用支架，在為施工帶來(lái)便利的同時(shí)，也為后期維修提供了操作空間。統(tǒng)一使用共用支架，防止各專業(yè)支架隨意安裝，保證了管線安裝的美觀性。共用支架達(dá)到了預(yù)期的效果，解決了地下管廊施工中最困難且最重要的一項(xiàng)施工難題。

7 結(jié)語(yǔ)

上海海昌極地海洋公園項(xiàng)目地下管廊管線雖然采用傳統(tǒng)施工工藝，但管線多且使用功能不同，通過(guò)BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)，最終使各類管線有序排列。本文重點(diǎn)分析深化后管線支架設(shè)置的情況，有效保證了共用支架的施工質(zhì)量，提高了管廊工程機(jī)電管線的施工效率，實(shí)現(xiàn)了管線安裝的功能性和美觀性。