綜合管廊燃?xì)馀撏L(fēng)設(shè)計(jì)與探討

高彪

北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司

城市地下綜合管廊由于能夠容納各類市政管線，有效解決“拉鏈馬路”、“空中蜘蛛網(wǎng)”、管線事故等問(wèn)題，近年來(lái)得到了較快的發(fā)展。綜合管廊是地下空間相對(duì)密閉的構(gòu)筑物，容納的各類市政管線在自然狀態(tài)下隨著時(shí)間的推移會(huì)產(chǎn)生大量的余熱，余濕及有害氣體，對(duì)綜合管廊的安全運(yùn)維存在較大的危害，為保證綜合管廊的運(yùn)維環(huán)境，應(yīng)保障其通風(fēng)系統(tǒng)安全有效。其中，燃?xì)馀摯嬖诳扇細(xì)怏w泄露的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，其通風(fēng)、安全問(wèn)題受到了建設(shè)、設(shè)計(jì)、管理等相關(guān)單位的高度重視。

1 工程概況

北京市通州文化旅游區(qū)位于北京市東南部，總占地面積約12 km2。為配合北京環(huán)球主題公園開(kāi)園，需加快通州文化旅游區(qū)交通市政配套工程建設(shè)。工程范圍內(nèi)城市道路共包括主干路9 條、次干路12 條、支路37 條，總長(zhǎng)度約70 km。其中綜合管廊工程涉及的道路共20 條，綜合管廊總長(zhǎng)度約22.5 km。

圖1 綜合管廊布局圖

本工程綜合管廊大部分平行于道路中線布置，位于道路一側(cè)，沿線設(shè)置風(fēng)井、吊裝口、人員出入口、出線節(jié)點(diǎn)等管廊附屬設(shè)施，出地面的附屬構(gòu)筑物位于道路邊隔帶或周邊綠地內(nèi)。綜合管廊多數(shù)為并排布置的2～4 艙結(jié)構(gòu)，包含電力艙、水信艙、電力艙、燃?xì)馀摰扰撌翌愋?。本工程綜合管廊均為單層管廊，燃?xì)馀撆c其他艙室并排布置，考慮當(dāng)燃?xì)馀摪l(fā)生爆炸事故的極端狀態(tài)下，為使造成的次生災(zāi)害損失降到最低，將燃?xì)馀摬贾迷诰C合管廊各艙室的最外側(cè)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 通風(fēng)分區(qū)劃分

天然氣具有易擴(kuò)散、易爆炸的特點(diǎn)，綜合管廊在設(shè)計(jì)時(shí)考慮將危險(xiǎn)控制在一定區(qū)間內(nèi)，減小危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)波及的范圍。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范GB50838-2015》的要求，本工程綜合管廊燃?xì)馀撌颐扛?00 m 采用耐火極限不低于3 h 的防火墻劃分防火分隔，防火分隔處設(shè)置甲級(jí)防火門及監(jiān)控系統(tǒng)，管線穿過(guò)防火分隔處采用防火封堵措施進(jìn)行嚴(yán)密封堵。通風(fēng)分區(qū)原則上不可跨越防火分隔，本工程將通風(fēng)分區(qū)與防火分隔統(tǒng)一設(shè)置，在每個(gè)通風(fēng)分區(qū)的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別設(shè)一座進(jìn)風(fēng)井、一座排風(fēng)井，在綜合管廊燃?xì)馀撊€形成進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井間隔布置的縱向通風(fēng)系統(tǒng)。

圖2 綜合管廊通風(fēng)分區(qū)示意圖

2.2 通風(fēng)方式選擇

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范GB50838-2015》的要求，綜合管廊的通風(fēng)系統(tǒng)可采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)結(jié)合的方式，但燃?xì)馀?、污水艙由于存在可燃?xì)怏w、有毒有害氣體，應(yīng)及時(shí)有效地將其排出管廊艙室，應(yīng)采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的強(qiáng)制通風(fēng)方式。本工程均按照此要求對(duì)每個(gè)通風(fēng)分區(qū)設(shè)置獨(dú)立的機(jī)械進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)，保證燃?xì)馀摳鱾€(gè)通風(fēng)分區(qū)能夠在正常工程和事故工況下獨(dú)立有效的通風(fēng)。

2.3 通風(fēng)量計(jì)算

綜合管廊燃?xì)馀撆棚L(fēng)量根據(jù)通風(fēng)區(qū)間、管廊艙室斷面尺寸計(jì)算確定，為保證通風(fēng)換氣的時(shí)效性，采用通風(fēng)換氣次數(shù)法[1]。

換氣次數(shù)法計(jì)算排風(fēng)量的計(jì)算公式為：

式中：L 為燃?xì)馀撆棚L(fēng)量，m3/h；N 為換氣次數(shù)，次/h；V為燃?xì)馀撏L(fēng)分區(qū)體積，m3；φ 為安全系數(shù)，不小于1，本工程取1.05。

燃?xì)馀撜Ｅ棚L(fēng)量、事故排風(fēng)量按照通風(fēng)換氣次數(shù)分別不小于6 次/h、12 次/h 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

本工程燃?xì)馀摰膸追N典型計(jì)算結(jié)果如表1 所示：

表1 燃?xì)馀撏L(fēng)量

考慮綜合管廊燃?xì)馀摰沫h(huán)境要求，應(yīng)使燃?xì)馀搩?nèi)部保持微負(fù)壓狀態(tài)，將進(jìn)風(fēng)量設(shè)置略小于排風(fēng)量，本工程燃?xì)馀撛O(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)量取排風(fēng)量的90%[3]。

2.4 風(fēng)機(jī)配置

本工程綜合管廊燃?xì)馀撛诿總€(gè)通風(fēng)分區(qū)的起終點(diǎn)分別設(shè)置進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井。通風(fēng)機(jī)房以機(jī)房下方的主管廊防火分隔為界，兩側(cè)分別設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，分別負(fù)責(zé)各自所在通風(fēng)分區(qū)的通風(fēng)。

由于燃?xì)馀擄L(fēng)機(jī)有正常工況和事故工況兩種運(yùn)行狀態(tài)，相應(yīng)的通風(fēng)量按照兩種工況分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮燃?xì)馀摵笃谕L(fēng)主要是平時(shí)正常通風(fēng)工況，為節(jié)約運(yùn)營(yíng)期間的風(fēng)機(jī)能耗，本工程設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，平時(shí)一用一備，每臺(tái)風(fēng)機(jī)均能滿足不低于6 次/h 的通風(fēng)量。事故工況時(shí)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同啟，可以滿足事故工況下不低于12 次/h 的通風(fēng)量。

風(fēng)機(jī)在滿足功能性要求的前提下，選擇高效節(jié)能的通風(fēng)設(shè)備，同時(shí)風(fēng)機(jī)選用防爆風(fēng)機(jī)并設(shè)置導(dǎo)除靜電的接地裝置。另外，為防止各風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)相互之間的影響及室外空氣對(duì)管廊內(nèi)環(huán)境的影響，在風(fēng)機(jī)出口處均設(shè)置通風(fēng)止回閥。

2.5 通風(fēng)百葉設(shè)置

本工程綜合管廊出地面的通風(fēng)口綜合考慮噪聲、道路景觀、防雨、防淹等方面的要求，避開(kāi)道路交叉口，設(shè)置于道路綠化帶或道路外的綠地內(nèi)。通風(fēng)口采用消聲防雨百葉，防雨率不低于98%，百葉底部高出所在地面不小于300 mm，以降低汛期雨水倒灌的風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)亭整體高度均不超過(guò)1 m，避免對(duì)道路交通安全的影響。為防止小動(dòng)物入侵及雜物等通過(guò)通風(fēng)口進(jìn)入綜合管廊，通風(fēng)口百葉處設(shè)置網(wǎng)孔凈尺寸不大于10 mm×10 mm 的金屬防護(hù)網(wǎng)。由于天然氣具有易燃易爆性，危險(xiǎn)性高于其他類型艙室，應(yīng)避免燃?xì)馀撛谄綍r(shí)及事故通風(fēng)時(shí)影響其他艙室，為此，本工程燃?xì)馀撆棚L(fēng)口嚴(yán)格控制與其他各類孔口的安全距離，保證與其他艙室的排風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口及周邊建(構(gòu))筑物的口部等有不小于10 m 的安全距離，并在燃?xì)馀撏L(fēng)口部設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)識(shí)。同時(shí)，為使綜合管廊風(fēng)亭與道路景觀相協(xié)調(diào)，對(duì)風(fēng)亭進(jìn)行了適當(dāng)?shù)拿阑b飾。

圖3 綜合管廊風(fēng)亭效果圖

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及建議

3.1 通風(fēng)機(jī)房位置

本工程綜合管廊隨道路線位敷設(shè)于道路下方，通風(fēng)機(jī)房沿管廊每隔不超過(guò)200 m 設(shè)置一座，數(shù)量較多，通風(fēng)機(jī)房設(shè)置于管廊主廊結(jié)構(gòu)上方，是敷設(shè)于地面下的結(jié)構(gòu)夾層空間。風(fēng)機(jī)及風(fēng)口設(shè)置于通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，燃?xì)馀撆懦奶烊粴庵苯优胖镣L(fēng)機(jī)房并利用風(fēng)壓通過(guò)土建風(fēng)道排至室外大氣。由于天然氣易燃易爆，危險(xiǎn)性較大，這種將排除的天然氣直接排至通風(fēng)機(jī)房的做法存在一定的安全隱患?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50016-2014》相關(guān)條文規(guī)定，排除有燃燒或爆炸危險(xiǎn)氣體的排風(fēng)系統(tǒng)，其排風(fēng)設(shè)施不允許布置在地下或半地下建筑內(nèi)[2]。由于綜合管廊是一特殊的地下構(gòu)筑物，不同于常規(guī)的建筑物，參照但未完全執(zhí)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50016-2014》的規(guī)定。

鑒于此，筆者建議：

1）在有條件時(shí)將燃?xì)馀撏L(fēng)機(jī)房設(shè)置于地面以上，將風(fēng)口直接接至室外大氣空間。

2）由于通風(fēng)機(jī)房占地較大，數(shù)量較多，對(duì)地面景觀、安全影響較大，往往很難有足夠空間用于設(shè)置通風(fēng)機(jī)房，可考慮采用類似于屋頂風(fēng)機(jī)的形式對(duì)燃?xì)馀撨M(jìn)行通風(fēng)，如此既解決了通風(fēng)機(jī)房的占地問(wèn)題，又可將泄露的危險(xiǎn)氣體直接排至室外安全空間。

3.2 易集氣節(jié)點(diǎn)通風(fēng)

同溫同壓下，天然氣與空氣密度比約為16:29，即天然氣密度較空氣的密度低，燃?xì)馀搩?nèi)天然氣泄漏時(shí)會(huì)在管廊內(nèi)部高處聚集，當(dāng)燃?xì)馀搩?nèi)泄露的天然氣濃度達(dá)到爆炸下限值（體積分?jǐn)?shù)）的20%時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)燃?xì)馀撌鹿识畏謪^(qū)及相鄰分區(qū)的通風(fēng)設(shè)備[1]。同時(shí)為保證天然氣泄漏時(shí)的及時(shí)排除，需在燃?xì)馀撌覂?nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警裝置，并聯(lián)動(dòng)相關(guān)通風(fēng)設(shè)施。

燃?xì)馀撝骼葍?nèi)的天然氣可由通風(fēng)區(qū)間兩側(cè)的進(jìn)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行排除，但綜合管廊沿線設(shè)置有人員出入口、吊裝口、燃?xì)獬鼍€等局部節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)往往是在主管廊上方設(shè)置局部較高的結(jié)構(gòu)空間，該結(jié)構(gòu)為埋設(shè)在土層以下的夾層，這些部位容易聚集天然氣且無(wú)法隨主廊的通風(fēng)系統(tǒng)有效排除，需要單獨(dú)設(shè)置通風(fēng)設(shè)施。

本工程由于管廊上方道路交通安全及景觀效果等因素的限制，這些易聚集天然氣的節(jié)點(diǎn)上方?jīng)]有設(shè)置單獨(dú)地面風(fēng)亭的條件。為解決這些局部節(jié)點(diǎn)的通風(fēng)問(wèn)題，本工程在這些部位高處均設(shè)置了排風(fēng)口，通過(guò)局部風(fēng)機(jī)、風(fēng)管將可燃?xì)怏w引到主管廊內(nèi)，通過(guò)主管廊的通風(fēng)系統(tǒng)排除到室外空間。此方式雖然能夠排除節(jié)點(diǎn)部位的可燃?xì)怏w，但將密度較低的可燃?xì)怏w由高處往低處排，存在一定的安全隱患。因此，在地面空間有條件時(shí)，建議在管廊上方地面單獨(dú)設(shè)置風(fēng)亭，將可燃?xì)怏w直接排至室外大氣，將能更有效的解決局部聚集可燃?xì)怏w的問(wèn)題。

3.3 通風(fēng)百葉設(shè)置

燃?xì)馀撚捎谖ｋU(xiǎn)性較大，其通風(fēng)口必須和其他艙室通風(fēng)口分開(kāi)獨(dú)立設(shè)置，且要保持有不低于10 m 的結(jié)構(gòu)安全凈距，這就導(dǎo)致每個(gè)風(fēng)井出地面的通風(fēng)口較為分散，對(duì)道路景觀有不利影響。由于最小安全凈距的限制，風(fēng)井設(shè)計(jì)尺寸跨度變大，對(duì)風(fēng)井上方地面景觀影響加大，且增大工程投資。風(fēng)井風(fēng)亭設(shè)置于道路邊隔帶時(shí)，為減少對(duì)道路交通安全的影響，應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)亭尺寸，盡量壓縮其高度及寬度。因此，在風(fēng)井設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各方面因素，與建筑、綠化、交通等各相關(guān)專業(yè)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，在保證安全的情況下盡量集約布置，精細(xì)化設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

天然氣易擴(kuò)散、易爆炸，發(fā)生安全事故后會(huì)對(duì)社會(huì)造成極大損失，綜合管廊燃?xì)馀撏L(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)本著安全第一的原則，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，從通風(fēng)分區(qū)、通風(fēng)方式、風(fēng)量計(jì)算、機(jī)房設(shè)置、風(fēng)機(jī)配置、風(fēng)口設(shè)置等各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析研究，確定設(shè)計(jì)方案。針對(duì)不同工程、不同段落的管廊應(yīng)分析其特殊性、疑難點(diǎn)，因地制宜，加強(qiáng)創(chuàng)新，提升精細(xì)化設(shè)計(jì)水平。

另外，綜合管廊的后期運(yùn)維管理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，其中燃?xì)馀摰陌踩芾硎侵刂兄?，因此，在綜合管廊科學(xué)合理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，尚應(yīng)在嚴(yán)防燃?xì)庑孤?，防范火源，?guī)范巡檢制度，制定應(yīng)急預(yù)案等方面增強(qiáng)管理運(yùn)營(yíng)能力。