基于運維的綜合管廊規(guī)劃設(shè)計逆向分析

李建華 宋杰 高華 張偉娜 毋磊

1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，中國·北京 100044

2.中國建筑設(shè)計研究院有限公司，中國·北京 100044

1 引言

隨著綜合管廊建設(shè)的不斷推進，在日常維護中逐漸暴露出一些問題，如變形縫滲漏、管廊本體沉降、附件銹蝕等。部分發(fā)生問題的設(shè)備設(shè)施、管廊本體雖然經(jīng)維護修復或更換后能恢復其功能，不影響綜合管廊正常運行，但是增加了管廊運維任務(wù)和費用；而有一些問題則無法在運維階段徹底解決，嚴重影響綜合管廊的使用壽命，同時增加了綜合管廊安全風險。

目前，在綜合管廊運維安全風險的研究方面存在以下不足：

①軟土地基條件對綜合管廊長期運維影響研究不足。

②內(nèi)澇對綜合管廊運行安全產(chǎn)生了較大影響，但研究不足。

③內(nèi)部環(huán)境對管線運行安全的影響研究尚為空白。

為減少上述安全風險的發(fā)生，論文通過中國不同地區(qū)進入運營期的綜合管廊情況進行分析，針對存在的問題，通過逆向分析手段，提出對規(guī)劃、設(shè)計的逆向指導，提升管廊安全運行能力，減少安全風險，達到保障綜合管廊本質(zhì)安全的目的[1]。

2 軟土地基安全問題及逆向分析

2.1 病害情況及原因分析

根據(jù)調(diào)查情況，軟土地基問題引起的常見病害主要為主體結(jié)構(gòu)的位移、變形縫的錯臺、滲漏等。

軟土地區(qū)土層具有強度低、壓縮性高、抗剪強度低、具流變觸變特征，水文地質(zhì)環(huán)境變化時容易使綜合管廊產(chǎn)生傾斜、水平位移、垂直位移等結(jié)構(gòu)變形，進而造成綜合管廊產(chǎn)生裂縫、滲漏等病害。軟土地基建設(shè)的綜合管廊，縱向沉降差異會導致管廊管節(jié)間形成剪切力，超過變形縫的容許范圍則會造成變形縫開裂[2]。

管廊周邊進行深基坑開挖降水、強夯施工時會打破地下水的平衡狀態(tài)，導致綜合管廊變形，產(chǎn)生豎向、水平或者傾斜位移，進而在管廊內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫、管廊節(jié)段之間的錯臺、變形縫滲漏等病害。

綜上所述，地基問題引起的結(jié)構(gòu)病害，其原因可分為內(nèi)部環(huán)境因素和外部環(huán)境因素。

內(nèi)部環(huán)境因素指設(shè)計、施工技術(shù)方案和施工質(zhì)量等對綜合管廊造成的病害，包括裂縫、銹蝕、局部微小滲漏點等，發(fā)生概率高，但危害程度相對較低。病害發(fā)生后相對容易處理，不會對綜合管廊安全運營產(chǎn)生太大影響[3]。外部環(huán)境因素指管廊周邊地塊開發(fā)、市政設(shè)施施工、地質(zhì)情況突變等產(chǎn)生的綜合管廊不良影響，外部環(huán)境一般危害程度高，需要加強運營過程中的安全保護措施，提前預防。

2.2 逆向分析

根據(jù)綜合管廊存在的病害進行逆向分析，按危害大小、產(chǎn)生原因是否可控將對策原則分為接受、避開、管控三大類。

軟土地基會引起管廊不均勻沉降及由此產(chǎn)生的各類病害，危害較大而不易控制，產(chǎn)生病害后難以修復，在規(guī)劃設(shè)計階段應(yīng)以地勘資料為依據(jù)，將平面路由避開軟土地基區(qū)域。

規(guī)劃無法避開或城市普遍分布有不良地基時，需要接受既有條件，并在規(guī)劃設(shè)計中加強地基設(shè)計。由于此類問題占比較大，因此雕琢設(shè)計細節(jié)、提高設(shè)計質(zhì)量是提高管廊運維期結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。

①綜合管廊地基處理除承載力控制外，還需要增加沉降作為驗算指標，軟土地區(qū)建設(shè)時應(yīng)計算綜合管廊的工后沉降，相應(yīng)調(diào)整地基處理方案，對于地基加固的起終點應(yīng)做重點設(shè)計。

②提高綜合管廊的截面抗彎剛度、減少綜合管廊埋深，可以減少綜合管廊接縫處滲漏隱患，減少滲漏后引起綜合管廊的變形和沉降。

③為減少管廊與道路橫向差異沉降，管廊本體宜設(shè)置在綠化帶范圍內(nèi)，如綜合管廊局部布置與行車道下，管廊邊緣需要采用減沉措施。

④設(shè)計階段提出對管廊結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測要求，并對觀測點和觀測設(shè)備進行預留預埋。

外部地塊開發(fā)、市政工程施工等因素對綜合管廊的安全威脅較大，主要需要通過加強管控來解決。采取加強地面標識、制定完善的管理措施來事前規(guī)避，當不可避免時，加強施工期間的檢測測量，尤其深基坑開挖和降水，地下水開采，要求對方施工單位做好施工組織計劃，控制不良影響。

3 外部水滲漏問題及逆向分析

3.1 病害情況及原因分析

外部水滲漏問題主要有：

①電力電纜、通訊電纜分支口一般無預埋套管，內(nèi)澇、降水及地下水通過分支管道進出管廊處侵入綜合管廊形成病害。

②管廊伸縮縫老化或因地基差異沉降開裂會引起地下水的滲入[4]。

③通風百葉窗是綜合管廊通風換氣的重要通道，但根據(jù)運營情況來看，雨水、澆灑水易通過百葉窗侵入綜合管廊，引起管廊內(nèi)積水。

綜合管廊水滲漏病害可分為外部原因和內(nèi)部原因。

外部原因主要有：管廊線路較長，低洼處管廊口部下邊緣易被洪水淹沒，導致洪水迅速入侵綜合管廊；地下水對易通過分支管道進出管廊處侵入綜合管廊；降雨時雨水可能通過百葉窗侵入綜合管廊。

內(nèi)部原因主要有：變形縫處防水效果差；管道反復作業(yè)擾動造成管廊分支口處滲漏。

3.2 逆向分析

對于外部滲漏水產(chǎn)生的病害對策同樣按照接收、避開、管控三個原則展開。對于城市內(nèi)澇區(qū)、地下水豐富的地點應(yīng)在規(guī)劃時盡量避開；對于一般路段的防洪排澇、灌溉清潔，應(yīng)接受問題并在設(shè)計階段采取措施減輕相關(guān)影響；運維階段加強管控，將防滲漏措施落實到位。

①綜合管廊規(guī)劃階段應(yīng)盡量避免與河谷交叉。結(jié)合當?shù)睾椋ǔ保┧蛔兓?guī)律和發(fā)展趨勢，合理規(guī)劃設(shè)計符合當?shù)貙嶋H的工程方案。

②應(yīng)避免管廊口部設(shè)置在低洼處。

③根據(jù)城市積水不同設(shè)置不同高度通風口；通風口可以設(shè)置外部防止降水及灑水、噴灌澆灑侵入管廊措施，可設(shè)置防水百葉。

④綜合管廊穿越河流溝谷段，應(yīng)在兩端節(jié)點處設(shè)防淹門，防淹門要求能快速關(guān)閉。

⑤逃生口結(jié)合道路綠化景觀設(shè)置成逃生口構(gòu)筑物，逃生口高度應(yīng)高出綠化帶標高，防止降雨、積水及澆灌水等侵入綜合管廊，同時做好逃生口的密封，防止降雨、積水及澆灌水等滲入綜合管廊[5]。

⑥綜合管廊應(yīng)根據(jù)防水等級要求和水環(huán)境條件，來選擇防水措施，建立起“周圍土體+防水層+結(jié)構(gòu)自防水”的綜合防水體系。

4 內(nèi)部溫濕度的影響及對策分析

4.1 病害情況及原因分析

管廊內(nèi)部環(huán)境常見問題有密閉環(huán)境、潮濕、廊內(nèi)通風問題、嚴寒問題等。

綜合管廊屬于線性狹長封閉環(huán)境，一般只在通風井、逃生口、吊裝口、部分管線分支引出處與外界聯(lián)通，同時由于管廊內(nèi)部直接利用外部通訊信號較困難，目前管廊基本均利用管廊內(nèi)部無線通訊與外部進行通訊，巡檢維護人員長期在管廊內(nèi)部工作，情緒較為壓抑。

潮濕環(huán)境會導致管道、支吊架、預埋件的金屬構(gòu)件銹蝕，影響綜合管廊內(nèi)檢測、檢測儀儀表儀器的準確度和壽命，促進霉菌生長，可能會對長期進入管廊的運維人員身體健康造成不良影響。

廊內(nèi)通風不暢可能會引起廊內(nèi)溫度過高、濕度過大、氧氣濃度不足、有毒有害氣體濃度超標和危險物質(zhì)堆積，增加了運維人員面臨的人身安全風險[6]。

中國地區(qū)冬季寒冷，開啟風機進行廊內(nèi)正常通風換氣，室外溫度較低的冷空氣會直接灌入廊內(nèi)，會造成有凝露的壁面結(jié)冰或者會造成廊內(nèi)管線儀表凍結(jié)等危害，同時裂縫中發(fā)生凍結(jié)容易引起結(jié)構(gòu)裂縫的進一步加劇，影響結(jié)構(gòu)安全性。

由于管廊工程施工把關(guān)不嚴、管廊外部水位較高、管廊上部車輛荷載變化、道路開挖等因素，導致綜合管廊外防水層防水效果差或防水層被破壞，伸縮縫、施工縫處滲漏水、甚至涌水加重了管廊內(nèi)潮濕程度。

管廊設(shè)計通風能力不足或通風氣流紊亂導致管廊內(nèi)通風氣流不暢，無法有效改善管廊內(nèi)部環(huán)境。

4.2 逆向分析

導致管廊內(nèi)部潮濕的原因，一方面是客觀環(huán)境，一方面是管廊自身的通風能力?？陀^環(huán)境如地下水位、空氣濕度等對于特定的城市來講一般是無法改變的，需要接受并在規(guī)劃設(shè)計中加強通風設(shè)計或采取其他措施避免、減輕對運維階段的影響[7]。

①由于綜合管廊屬于地下封閉場所，綜合管廊內(nèi)需要保證一定的環(huán)境溫度、濕度要求以適合維護人員檢修作業(yè)的需要。

②綜合管廊宜采用自然進風和機械排風相結(jié)合的通風方式，天然氣管道艙室和含有污水管道的艙室應(yīng)采用機械進、排風的通風方式。各艙室內(nèi)加設(shè)誘導風機，改善通風氣流組織，提升廊內(nèi)衛(wèi)生環(huán)境。

③增加預埋件的防腐性能，按照百年設(shè)計使用壽命選擇鋼材，并適當提高預埋件的防腐蝕設(shè)計年限，建議提高至20～30年，同時配合高效的運維巡檢，有效提高預埋件的使用壽命。

④管廊內(nèi)蓋板、扶梯、電纜橋架等采用阻燃玻璃鋼等不易于銹蝕的復合材料，避免高鹽、高濕環(huán)境下的銹蝕。

5 設(shè)置安全保護區(qū)及安全標識

中國建設(shè)綜合管廊的歷史較短，運維管理經(jīng)驗積累不足，但軌道交通、隧道等工程建設(shè)運維經(jīng)驗豐富，總結(jié)了很多有效的經(jīng)驗與保護措施，這些工程在重要性程度、結(jié)構(gòu)形式上具有一定可比性，可合理借鑒，作為綜合管廊安全保護措施的參考。

為避免外部工程的實施對綜合管廊的運維安全產(chǎn)生危害，最直接的手段就是設(shè)立安全保護區(qū)，對綜合管廊沿線規(guī)定一定范圍，范圍內(nèi)設(shè)置標志、標識，明確保護范圍和禁止事項，并安排人員日常巡檢，避免不規(guī)范施工造成安全隱患。

5.1 安全保護區(qū)

為防止運營期管廊遭受鄰近工程的破壞，應(yīng)在管廊周邊設(shè)置安全保護區(qū)和安全控制區(qū)，并在安全敏感處設(shè)置內(nèi)外部保護標識。

①綜合管廊建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)GB 51354—2019《城市地下綜合管廊運行維護及安全技術(shù)標準》，在規(guī)定的安全保護范圍、安全控制區(qū)的邊界處設(shè)置明顯地面標識或標牌，明確保護邊界，對保護區(qū)內(nèi)作業(yè)進行明確限定。

②對于淺埋管廊及節(jié)點處地面區(qū)域設(shè)置保護范圍，標明可開挖深度，對在保護區(qū)域內(nèi)作業(yè)進行明確限定。

③在綜合管廊保護區(qū)沿線設(shè)立保護標識，有條件地方可并入城市應(yīng)急聯(lián)動體系，提供統(tǒng)一應(yīng)急聯(lián)系電話。

5.2 安全標識

GB50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，管廊內(nèi)部設(shè)置管廊介紹牌、管線標識牌、設(shè)備標示牌、安全警告標識牌、里程標識、管廊節(jié)點標識。主要存在問題如下有：

①標識設(shè)置不規(guī)范。管廊內(nèi)標識信息未按照國標規(guī)定設(shè)置，管理信息缺失。各地方規(guī)范對于標識具體形式規(guī)定形式多樣、各具特點，沒有形成一套統(tǒng)一的標準。

②管廊內(nèi)部一般不設(shè)置連續(xù)的里程樁號，定位需借助于零散的標識系統(tǒng)，造成檢修時定位不便。

③管廊交叉節(jié)點位置管線錯綜復雜，缺少相應(yīng)的排布示意圖，對檢修及日常維護造成不便。

綜合管廊外部標識設(shè)置較少，會引起以下問題：

①綜合管廊管理主體信息標識缺失，不便于涉及綜合管廊相關(guān)事項的申報處理。

②在埋深淺、易受道路施工破壞的管廊段缺少必要的指示標識，存在施工破壞的隱患。

③在綜合管廊保護區(qū)及控制區(qū)邊界缺少相關(guān)標識，對于影響管廊安全的相關(guān)工程缺少必要的提示。

綜合以上問題，對于綜合管廊內(nèi)外標識的設(shè)置，建議在設(shè)計階段從以下方面進行優(yōu)化：

①在檢修道地面設(shè)置連續(xù)里程標識，方便檢修人員隨時隨地可以進行里程定位[8]。

②對于管廊內(nèi)標識牌，需加強信息完整性的檢查，特別是設(shè)備規(guī)格、型號、主要參數(shù)、聯(lián)系電話等關(guān)鍵信息，保證日常檢修檢查以及應(yīng)急狀況下的安全處置順利進行。

③在管廊安全保護區(qū)及控制區(qū)范圍地面設(shè)置明顯標識，并對相關(guān)區(qū)域可進行哪些作業(yè)進行明確限定，設(shè)立指示牌。

④淺埋管廊（管廊頂板以上覆土小于1.5m）建議設(shè)置覆土較小的提示標識，對于道路施工起到提示作用。

⑤管線分支口、管廊交叉口等節(jié)點處，在頂板覆土較小區(qū)域路面設(shè)置明顯標志。

⑥每隔一定距離設(shè)置管廊管理主體標識，明確管理單位、禁止事項、聯(lián)系電話等。

⑦出入口井蓋、檢查井井蓋、投料口井蓋設(shè)置“綜合管廊”標識，明確產(chǎn)權(quán)歸屬。

⑧管廊穿越河道、鐵路橋、隧道處需在外部地面處設(shè)置明顯標識。

6 結(jié)語

論文通過對綜合管廊運營期病害梳理、病害原因分析，并進行逆向分析溯源，對影響綜合管廊安全性、耐久性的因素提出了規(guī)劃設(shè)計階段的改善措施。

①管廊選址時要將地質(zhì)情況作為選址的重要考慮因素。地下管廊作為重要的地下市政設(shè)施，其重要性、安全性遠比一般的地下構(gòu)筑物高。雖然可以通過技術(shù)措施提高地下綜合管廊的安全等級，但地下條件的復雜性、周邊建設(shè)的不可控性仍然是地下綜合管廊的安全隱患。在地下綜合管廊規(guī)劃時就將地質(zhì)條件作為重要的選址因素進行考慮，有利于城市的長遠和科學發(fā)展。

②城市規(guī)劃設(shè)計時要綜合考慮地下綜合管廊和周邊建筑的布置位置、建設(shè)時序。地下綜合管廊和周邊建筑物之間的距離、建設(shè)時序?qū)烧叩慕Y(jié)構(gòu)安全都非常重要，在城市建設(shè)近遠期規(guī)劃時應(yīng)通盤考慮，避免兩者相互干擾，能夠從根本上提高安全等級，減少隱患。

③建立城市地下空間開發(fā)管理體制，加強對地下空間開發(fā)的安全管理。不論是地下綜合管廊還是其他地下空間，只要涉及地下空間開發(fā)，應(yīng)統(tǒng)一報備、聯(lián)合管理，尤其重視管理地下綜合管廊周邊范圍內(nèi)從事深基坑開挖之類影響管廊安全的行為，避免造成地下空間構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)損害。

綜合管廊是百年工程，需要在規(guī)劃、設(shè)計階段對全壽命周期內(nèi)的安全性、耐久性問題做到提前預防。根據(jù)當前管廊運維的現(xiàn)狀，針對較為普遍的地基問題、滲漏水問題、內(nèi)部環(huán)境問題對規(guī)劃設(shè)計進行逆向分析，是一個新的研究思路，為提高中國綜合管廊建設(shè)質(zhì)量、保障各類管線長期安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。