廈門市地下綜合管廊電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析

唐 超 章 路 林亞杰 廖艷艷 蔡 澎,5

1（中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門361021）

2（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京100190）；3（廈門市物理環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門361021）

4（廈門市政管廊投資管理有限公司 廈門361015）；5（中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所 上海200031）

隨著中國(guó)改革開(kāi)放40多年的城市化發(fā)展進(jìn)程，人口逐漸向城市遷移，截至2019 年末中國(guó)城市化率為60.60%［1］。當(dāng)下城市中的管網(wǎng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理分離等工作的開(kāi)展也造成了城市道路的反復(fù)開(kāi)挖，施工事故頻發(fā)［2-3］。目前，世界上比較先進(jìn)的做法是采用地下綜合管線廊道模式，且相較于反復(fù)開(kāi)挖路面具有更好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，能夠有效解決城市“空中蜘蛛網(wǎng)”、“拉鏈?zhǔn)今R路”等影響居民居住體驗(yàn)的問(wèn)題［4-5］。國(guó)務(wù)院已于2015年發(fā)文爭(zhēng)取2020 年建成一批國(guó)際先進(jìn)水平的地下綜合管廊項(xiàng)目［6］。綜合管廊集成有信號(hào)線、電力管道、電信管道、給水管道、熱力管、燃?xì)夤艿?，是一個(gè)多種信號(hào)與傳輸對(duì)象交匯的場(chǎng)所，也是保證城市日常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。由于地下綜合管廊空間狹小，敷設(shè)線路眾多而導(dǎo)致環(huán)境復(fù)雜，因此需要對(duì)管廊進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。目前研究工作以管廊的結(jié)構(gòu)健康為主要監(jiān)測(cè)對(duì)象；管廊中甲烷、硫化氫、氧氣等氣體的監(jiān)測(cè)；電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)以及防入侵報(bào)警門禁監(jiān)測(cè)［7-10］；而對(duì)管廊內(nèi)的電磁環(huán)境尚未進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，尤其是綜合管廊最重要的入廊管線之一的高壓線纜是否會(huì)對(duì)管廊環(huán)境帶來(lái)電磁污染需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。相關(guān)研究表明，過(guò)度暴露于高劑量電磁輻射中，可能會(huì)增加成人白血病、男性和女性乳腺癌和腦癌的患病風(fēng)險(xiǎn)和概率，可導(dǎo)致作業(yè)人員體內(nèi)紅細(xì)胞水平降低［11-15］。隨著地下綜合管廊建設(shè)里程數(shù)增加，管廊巡檢人員的工作量和巡檢時(shí)間也會(huì)增加。因此需要對(duì)地下綜合管廊的電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，以便于及時(shí)掌握巡檢的工作人員是否會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間地下巡檢而受到超劑量電磁輻射。本文以廈門市為例，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建立了一套地下綜合管廊電磁環(huán)境布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流程及監(jiān)測(cè)方法，選取了已完工并投入運(yùn)營(yíng)使用的5條地下綜合管廊進(jìn)行綜合電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)估，擬為地下綜合管廊電磁環(huán)境的影響評(píng)價(jià)提供參考數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)方法介紹

1.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

以廈門市已竣工的市政地下綜合管廊為監(jiān)測(cè)對(duì)象，分別為湖邊水庫(kù)市政綜合管廊（廈門市湖里區(qū)）、黃厝110 kV變電站進(jìn)線工程綜合管廊（廈門思明區(qū)）、集美大道市政綜合管廊（廈門市集美區(qū)）、集美新城市政綜合管廊（廈門市集美區(qū)）以及翔安南路新城片區(qū)洪鐘大道綜合管廊（廈門市海滄區(qū)）。選取樣本涵蓋廈門市4 個(gè)行政區(qū)并覆蓋新舊城區(qū)，具有一定的代表性。目前對(duì)于地下綜合管廊的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)方法，由于地下管廊是一個(gè)集中放置輸變電設(shè)施的特殊行業(yè)作業(yè)場(chǎng)所，所以本文參考《輻射環(huán)境保護(hù)管理導(dǎo)則電磁輻射監(jiān)測(cè)儀器與方法》（HJ/T 10.2—1996）、《工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量第3部分：1～100 kHz電場(chǎng)和磁場(chǎng)》（GBZ/T 189.3—2018）、《交流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)方法》（HJ 681—2013）、《電力行業(yè)勞動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范第7部分：工頻電場(chǎng)、磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)》（DL/T 799.7—2010）、《電磁輻射暴露限值和測(cè)量方法》（GJB 5313A—2017）、《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值第2 部分：物理因素》（GBZ 2.2—2007）和《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB50838—2012）相關(guān)國(guó)家檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地下綜合管廊進(jìn)行電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)［16-22］?？紤]監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)需要兼顧代表性和可比性，對(duì)5條地下管廊從起點(diǎn)開(kāi)始設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而后選擇等距法布置管廊內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每間隔100 m 設(shè)立一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)。如遇到拐角或分叉路口且距離上一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不足100 m 時(shí)，設(shè)拐角或分叉路口為監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而后繼續(xù)每間隔100 m設(shè)立一個(gè)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直至檢測(cè)段管廊結(jié)束設(shè)立最終監(jiān)測(cè)位點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖1 為對(duì)管廊編號(hào)后的第i 條管廊進(jìn)行監(jiān)測(cè)的流程示意圖。

圖1 地下綜合管廊監(jiān)測(cè)流程圖Fig.1 Flow chart of utility tunnel monitoring

在單個(gè)管廊橫截面空間中取巡檢過(guò)道中間位置，如圖2 所示，以湖邊水庫(kù)地下綜合管廊為例，通行過(guò)道距離為1.70 m，取中心位置為距離管道0.85 m處，測(cè)量高度離地1.50 m設(shè)為橫截面監(jiān)測(cè)位點(diǎn)。該位置為巡檢人員主要通行工作區(qū)域，因此選取此區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。除上述正常位點(diǎn)監(jiān)測(cè)外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)輸電線連接處、逃出口、電力引出口、投料口、外表皮破損處等特殊位點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)。

圖2 橫截面監(jiān)測(cè)位點(diǎn)示意圖Fig.2 Map of cross section monitoring points

1.2 監(jiān)測(cè)方法及設(shè)備

對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度分別連續(xù)監(jiān)測(cè)5 次，每次監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)不小于15 s，讀取穩(wěn)定狀態(tài)的最大值和平均值。對(duì)每次監(jiān)測(cè)結(jié)果取方均根值讀數(shù)的最大值，并對(duì)5次監(jiān)測(cè)最大值求算術(shù)平均值作為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。監(jiān)測(cè)儀器主要采用PMM8053B電磁輻射分析儀；Narda低頻探頭EHP-50C：5 Hz～100 kHz，0.01V/m～100 kV/m，10 nT～10 mT；激光測(cè)距儀Leica DISTO D5，測(cè)量范 圍0.05～200.00 m；CENTER-314 記 憶 式 溫 濕度計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 廈門市地下綜合管廊電磁環(huán)境分析

根據(jù)§1.1的監(jiān)測(cè)流程以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量方法，在2017-2019年間分別對(duì)廈門市的5條地下綜合管廊進(jìn)行了電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)。表1展示了各個(gè)管廊接管路段、艙室類型以及運(yùn)營(yíng)里程數(shù)。通過(guò)SPSS 22.0 對(duì)總共設(shè)立的175 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。表2展示了5條管廊設(shè)立電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目的具體情況和監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)環(huán)境參數(shù)。采集時(shí)間集中在09：00-18：00，溫度處于22.73～26.49 ℃，濕度處于39.53%～51.29%。根據(jù)表3分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，總體工頻電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值監(jiān)測(cè)范圍為0.084～4.995 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值監(jiān)測(cè)范圍為0.026～21.069 μT。工頻電場(chǎng)強(qiáng)度平均值最大的是集美新城段，為1.201 V/m，標(biāo)準(zhǔn)差為1.209。工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值最大為湖邊水庫(kù)段，為3.042 μT，標(biāo)準(zhǔn)差為1.751。

表1 地下綜合管廊基本信息Table 1 Basic information of utility tunnel

表2 地下綜合管廊基本監(jiān)測(cè)環(huán)境Table 2 Basic monitoring environment of utility tunnel

表3 地下綜合管廊電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)Table 3 Electromagnetic environment monitoring of utility tunnel

圖3和圖4橫坐標(biāo)為管廊名稱，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)值強(qiáng)度。

圖3 地下綜合管廊工頻電場(chǎng)強(qiáng)度分布Fig.3 Power frequency electric field strength distribution of utility tunnel

圖4 地下綜合管廊工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度分布Fig.4 Power frequency magnetic induction strength distribution of utility tunnel

根據(jù)圖3可以看出，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)集美大道段較為聚集，監(jiān)測(cè)值較為穩(wěn)定，集美新城段較為發(fā)散。監(jiān)測(cè)數(shù)值主要處于0.084～1 V/m，中位數(shù)處于0.181～1.201 V/m，監(jiān)測(cè)數(shù)值較小。從圖4可以看出，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)值中，黃厝段和翔安洪鐘段較為聚集，監(jiān)測(cè)數(shù)值比較穩(wěn)定。整體中位數(shù)處于0.470～3.040 μT。

2.2 廈門集美大道綜合管廊電磁環(huán)境差異分析

考慮冬季與夏季的居民用電可能存在差異，從而導(dǎo)致地下綜合管廊的電磁環(huán)境發(fā)生顯著性變化。本研究分別于2017年12月和2018年8月對(duì)集美大道地下綜合管廊的8 個(gè)特殊位點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，包括輸電線連接處（1、4、5、7）、逃出口（2）、電力引出口（3）、投料口（6）和外表皮破損處（8）進(jìn)行電磁環(huán)境的數(shù)據(jù)采樣，括號(hào)內(nèi)為監(jiān)測(cè)位點(diǎn)編號(hào)。表4基本描述了8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總體情況，12月的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)間為0.187～5.561 V/m，平均值為2.277 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度區(qū)間為0.541～9.123 μT，平均值為3.789 μT。8月份的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)間為0.475～4.037 V/m，平均值為1.423 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度區(qū)間為0.486～12.560 μT，平均值為5.531μT。

運(yùn)用SPSS 22.0 對(duì)12 月份和8 月份的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩獨(dú)立樣本的非參數(shù)檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，分別采用了曼-惠特尼U 檢驗(yàn)（Mann-Whitney U test）、K-S 檢驗(yàn)（Kolmogorov-Smirnov test）、極端檢驗(yàn)（Moses test）、游程檢驗(yàn)（Wald-Wolfowitz test）進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)零假設(shè)是H0為樣本來(lái)自的兩獨(dú)立總體分布沒(méi)有顯著差異。根據(jù)表5 分析結(jié)果，看曼-惠特尼U 檢驗(yàn)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的相伴概率為0.462、工頻磁感應(yīng)的相伴概率為0.529。K-S 檢驗(yàn)中工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的相伴概率為0.270，工頻磁感應(yīng)的相伴概率為0.964。 極端檢驗(yàn)中工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的跨度（Observed control group span）為16，相伴概率為1；截頭跨度為13，相伴概率為0.285；工頻磁感應(yīng)的跨度為13，相伴概率為0.962；截頭跨度為10，相伴概率為0.500；游程檢驗(yàn)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的相伴概率為0.214，工頻磁感應(yīng)的相伴概率為0.991。所采用的4 種非參數(shù)檢驗(yàn)均大于顯著性水平0.05，因此不能拒絕零假設(shè)H0，認(rèn)為兩個(gè)獨(dú)立樣本（12 月和8 月）的總體分布沒(méi)有顯著的季節(jié)差異。

表4 集美大道綜合管廊12月和8月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 4 Monitoring data statistics of the utility tunnel of Jimei Avenue in December and August

表5 12月份和8月份監(jiān)測(cè)非參數(shù)檢驗(yàn)Table 5 Monitoring non-parametric tests in December and August

將集美大道地下綜合管廊的特殊部位的8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)和32 個(gè)普通監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)。設(shè)零假設(shè)H0為樣本來(lái)自的多獨(dú)立總體分布沒(méi)有顯著差異。根據(jù)結(jié)果分析，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的K-W 檢驗(yàn)、Median 檢驗(yàn)以及J-T（Jonckheere-Terpstra）檢驗(yàn)的相伴概率均為0.000，小于顯著性水平0.05，因此拒絕零假設(shè)H0。工頻磁感應(yīng)的K-W檢驗(yàn)相伴概率為0.541、Median檢驗(yàn)相伴概率為0.473，J-T 檢驗(yàn)的相伴概率為0.392，均大于顯著性水平0.05，因此不能拒絕零假設(shè)H0。因此集美大道地下綜合管廊特殊部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)所采集與普通監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境數(shù)據(jù)之間存在顯著性差異，工頻磁感應(yīng)環(huán)境數(shù)據(jù)之間不存在顯著性差異。

如圖5所示，集美大道地下綜合管廊特殊部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)與普通監(jiān)測(cè)點(diǎn)（12月和8月）所采集的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境數(shù)據(jù)之間存在顯著性差異，工頻磁感應(yīng)環(huán)境數(shù)據(jù)之間不存在顯著性差異。12月和8月的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度的總體分布沒(méi)有顯著的季節(jié)性差異。

圖5 集美大道綜合管廊：(a)12月和8月特殊監(jiān)測(cè)點(diǎn)和正常工頻電場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度；(b)12月和8月特殊監(jiān)測(cè)點(diǎn)和正常工頻磁感應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度；*p＜0.05，**p＜0.01Fig.5 Utility tunnel of Jimei Avenue:(a)strength of special monitoring points and normal power frequency electric field monitoring points in December and August;(b)strength of special monitoring points and normal power frequency magnetic induction monitoring points in December and August;*p＜0.05,**p＜0.01

2.3 綜合管廊外部連接口監(jiān)測(cè)

在集美大道地下綜合管廊與地表周邊環(huán)境相連通的地方，主要選取了電力引出口、投料口和逃生口，進(jìn)行了電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)。根據(jù)表6的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度值為1.359～3.530 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度值為0.114 ～0.138 μT。監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍50 m 以內(nèi)區(qū)域空曠，無(wú)其他可疑干擾放射源。地下綜合管廊外部工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于國(guó)家《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702—2014）標(biāo)準(zhǔn)限值4 000 V/m和100 μT［23］。

表6 集美大道綜合管廊與地面連通處監(jiān)測(cè)Table 6 Monitoring of the connection between the utility tunnel and the ground on Jimei Avenue

3 對(duì)比分析

通過(guò)查找相關(guān)文獻(xiàn)，廈門市地下綜合管廊與國(guó)內(nèi)黑龍江、重慶、上海、河北承德以及新疆等地區(qū)的架空110 kV 輸電線路對(duì)比。從表7 可以看出，廈門市地下綜合管廊的管廊內(nèi)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為0.080～4.995 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.026～21.069 μT。管廊外工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為1.465～2.842 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.119～0.138 μT。廈門市地下綜合管廊地上和地下工頻電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)地表110 kV 輸電線路的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，地下工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度高于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)地表110 kV 輸電線路的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度，地上工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度基本一致。110 kV 輸電電纜的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于架空110 kV輸配電線路周圍的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，是因?yàn)檩旊婋娎|外有接地的屏蔽層的作用。110 kV輸電電纜產(chǎn)生的工頻磁感應(yīng)相對(duì)較大是由于電纜通過(guò)的電流量較大［24］。

表7 國(guó)內(nèi)相關(guān)110 kV輸電線路監(jiān)測(cè)對(duì)比Table 7 Comparison of domestic related 110 kV transmission line monitoring

4 結(jié)論

（1）通過(guò)廈門市5條市政地下綜合管廊110 kV輸電線路進(jìn)行電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，地下綜合管廊的整體工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為0.084～4.995 V/m，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.026～21.069 μT 均滿足且遠(yuǎn)小于國(guó)家《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702—2014）對(duì)于公眾暴露控制限值的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，50 Hz對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E 應(yīng)小于4 000 V/m 和磁感應(yīng)強(qiáng)度B 應(yīng)小于100 μT。說(shuō)明地下綜合管廊巡檢的特殊作業(yè)人員在此環(huán)境下無(wú)電磁暴露風(fēng)險(xiǎn)。（2）集美大道地下綜合管廊對(duì)比12 月和8 月不同季節(jié)之間不存在顯著性差異。在電纜連接處和電纜外表皮破損處與普通監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間工頻電場(chǎng)強(qiáng)度存在顯著性差異，工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度不存在顯著性差異。本文的監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠較為全方面地反映管廊的電磁水平，對(duì)于輸電線連接處和輸電線外皮破損處等特殊部位需要單獨(dú)設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（3）地下綜合管廊與地表連通處電磁監(jiān)測(cè)數(shù)值符合GB8702—2014限值要求。管廊外的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度與地下管廊中的監(jiān)測(cè)數(shù)值對(duì)比已經(jīng)減弱至與架空110 kV 輸電線路基本一致。因此地下管廊與架空110 kV 輸電線路相比具有較低的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度以及一致的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度，不會(huì)對(duì)周邊電磁環(huán)境產(chǎn)生影響。與架空110 kV 輸電線路相比地下綜合管廊對(duì)周邊電磁環(huán)境影響更小。