綜合管廊內(nèi)給排水管材的選擇應(yīng)用研究

李愷琳

深圳市市政設(shè)計研究院有限公司 廣東 深圳 518000

綜合管廊是一種新概念的“地下城市管道綜合走廊”，在我國臺灣省被稱為“共同管道”，在日本被稱為“共同溝”。這種新型地下管道綜合走廊是指在城市地下建造出一個“隧道空間”，并不是傳統(tǒng)的“將管線埋于地下”，進(jìn)而集電力、通信、燃?xì)狻⒐?、給排水等工程管線于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口、監(jiān)測系統(tǒng)。總體而言，這種綜合管廊將會成為保障現(xiàn)代城市正常運行、保護(hù)城市重要基礎(chǔ)設(shè)施安全的“生命線”。身處綜合管廊內(nèi)的管線與傳統(tǒng)被埋于地下的管線所處的環(huán)境存在很大的差異，故在選擇管材時必須按照新標(biāo)準(zhǔn)。本文以給排水管材為例展開分析。

1 綜合管廊內(nèi)涵簡析

現(xiàn)代城市的綜合管廊分布情況如圖1所示。這種綜合管廊目前可分為三種類型：其一，干線綜合管廊。主要作用為：容納城市的主干工程管線，并采用“獨立分艙”方式完成建設(shè)。其二，支線綜合管廊。主要作用為：容納城市的配給工程管線，可采用“單艙”或“雙艙”的方式完成建設(shè)。其三，纜線管廊。這種管廊一般采用“淺埋溝道”的方式完成建設(shè)[1]。主要特點為，管廊設(shè)有能夠開啟蓋板，但內(nèi)部的空間較小，無法令人在其中正常行走[2]。這種管廊的主要作用為：收納電力電纜以及通信線纜。在現(xiàn)代城市中建設(shè)地下綜合管廊系統(tǒng)的意義在于：能夠在一定程度上解決因管道維護(hù)引起城市交通擁堵的問題，且在城市出現(xiàn)電力、通信、給排水、燃?xì)夤收蠒r，降低檢修維護(hù)的難度。不僅如此，由于地下綜合管廊結(jié)構(gòu)在設(shè)計時充分考慮到了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，故在發(fā)生地震等災(zāi)害時，地下管廊結(jié)構(gòu)能夠為地面上方的建筑體提供一定的支撐力，具有一定的防震減災(zāi)效果。退一步而言，即使地面房屋在地震中受損，但地下綜合管廊卻可能保持盡量保持原貌，能夠大幅度降低地震后的救災(zāi)以及重建工作的難度。

圖1 綜合管廊結(jié)構(gòu)示意圖

2 將給排水管道納入綜合管廊時需要重點解決材質(zhì)的問題

現(xiàn)代城市的給排水管道包括供水管道、再生水管道、雨水管道和污水管道[3]。其中，前兩種管道屬于“給水”管道，后兩種屬于排水管道。傳統(tǒng)的市政給排水工程施工期間，無論采用什么樣的施工技術(shù)，管道被放置于指定位置之后，施工人員均會進(jìn)行回填土作業(yè)，進(jìn)而使管道被“埋藏于”地下，給排水管道的外表直接與地下土層互相接觸。但將給排水管道納入綜合管廊后，管道身處地下管廊結(jié)構(gòu)空間之中，管道外表無需與地下土層接觸，環(huán)境中的大氣壓力等與地面上方環(huán)境的差異不大。在這種情況下，為了進(jìn)一步提高給排水管道使用壽命，需要解決材質(zhì)方面的問題。

（1）給水管道。傳統(tǒng)埋設(shè)于地下的給水管道一般采用直埋敷設(shè)法。基于此，在選用管道材質(zhì)時，首選大概率是鋼材質(zhì)管道或球墨鑄鐵管材質(zhì)管道。如果將上述兩種類型給水管道直接轉(zhuǎn)移至綜合管廊內(nèi)，不僅能夠提升對給水管道的維護(hù)水平，保證管道安全運行，還可以在一定程度上降低給水管道發(fā)生滲漏故障的概率。但需要注意，由于傳統(tǒng)直埋敷設(shè)方式與綜合管廊收納方式下，給水管道所處環(huán)境存在一定的差異，故進(jìn)行轉(zhuǎn)移收納時，防腐、防結(jié)露及伸縮變形標(biāo)準(zhǔn)的選擇需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

（2）排水管道。在常規(guī)敷設(shè)模式下，雨水管道和污水管道均基于“重力流”的標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)置——管道埋設(shè)過程中必須注意對坡度進(jìn)行運用，從而使雨水、污水中的雜物在自身重力的作用下“向下流動”，以達(dá)到防止管道內(nèi)部淤堵的目的。由于污水管道的常規(guī)埋設(shè)深度較大，故在選擇管材時并沒有過高的要求。除此之外，排水管道工程施工期間，一般按照“分流制”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，造成的結(jié)果是：雨水管道的管徑較大，能夠使路面積水就近流入，進(jìn)而實現(xiàn)相應(yīng)水體的排入。因此，常規(guī)排水管道中的雨水管道并不適合直接納入綜合管廊，只需納入污水管道即可。需要考慮的重點內(nèi)容為：綜合管廊的敷設(shè)作業(yè)期間，通常不會設(shè)置很大的縱向坡度，故將污水管道納入綜合管廊時，需要對綜合管廊的敷設(shè)坡度進(jìn)行檢查，確保符合污水管道內(nèi)部污水的定向輸送需求。與給水管道相同，污水管道管材同樣需要防止?jié)B漏，否則大量污水流入綜合管廊，會對其他管線造成腐蝕。

3 現(xiàn)階段綜合管廊內(nèi)給排水管材的評價選擇

根據(jù)我國《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB50838-2015）[4]中的相關(guān)規(guī)定，將給水管道、再生水管道、污水管道納入綜合管廊時，可用于選擇的管道材質(zhì)包括鋼材質(zhì)管道、球墨鑄鐵材質(zhì)管道、塑料管道等。如果是具有一定壓力要求的管道，則應(yīng)適配剛性結(jié)構(gòu)。有專業(yè)人士已經(jīng)指出，在現(xiàn)代城市完成綜合管廊的建設(shè)之后，并不是直接將原先埋設(shè)在地下的給排水管道轉(zhuǎn)移到管廊內(nèi)即可，與一些以山地地形為主的城市之中，將給排水管道在地面架空敷設(shè)的方式也存在一定的差異。總體而言，常規(guī)給排水管道敷設(shè)方式與綜合管廊內(nèi)的管道敷設(shè)方式之間存在一定的差異，對管道的適用性評價也提出了新的標(biāo)準(zhǔn)，具體如下。

3.1 常見給排水管材耐久性方面的評價與綜合管廊選擇

3.1.1 管道耐久性相關(guān)評價

在常規(guī)埋地敷設(shè)模式下，金屬材料制成的給排水管道的最大缺點為：抗腐蝕性較弱。眾所周知，金屬材質(zhì)管道容易受到的腐蝕分為兩種——化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。為盡量提高金屬材質(zhì)管道的抗腐蝕性能，現(xiàn)階段常用的技術(shù)為：在管道的外表面涂抹覆蓋一層瀝青類材料或是一層合成樹脂類材料，目的在于：使金屬與自然環(huán)境處于“被隔離”的狀態(tài)。除此之外，還可以采用強制電流法。這是一種陰極保護(hù)方法，通過外加直流電源，向被保護(hù)的金屬管道施加陰極電流，促使其發(fā)生陰極極化作用。受此影響，金屬管道受到腐蝕的概率會明顯降低，管道的使用壽命會明顯提升。但實際應(yīng)用結(jié)果顯示，上述方法的真實效果較為有限，一般金屬材料制成的管道敷設(shè)后的平均使用壽命僅僅為10年。相比較而言，由鑄鐵管材料制成的給排水管道在抗腐蝕性能方面更具優(yōu)勢，但金屬材料管道本身的性能劣勢并不能被完全克服。與金屬材料制成的給排水管道相比，以PE為代表的塑料材質(zhì)管道的剛性、耐腐蝕性、耐折疊性能均更好，且這類材料屬于環(huán)保材料，使用期間發(fā)生滲漏的概率更低。但缺點在于，塑料管道的熱膨脹系數(shù)高于金屬材料管道，因各種原因開裂的幾率較大，成本相對較高。

3.1.2 綜合管廊給排水管道耐久性選擇

綜合管廊結(jié)構(gòu)空間內(nèi)的環(huán)境是近乎標(biāo)準(zhǔn)的大氣環(huán)境（可以理解為與地面上方的自然環(huán)境相比無明顯差異）。在此種情況下，塑料材質(zhì)的給排水管道的優(yōu)越抗腐蝕性能便不再是優(yōu)先考慮的重點項。選用成本相對較低的金屬材質(zhì)給排水管道，進(jìn)行必要的防腐處理，制定定期維護(hù)方案，使處于綜合管廊結(jié)構(gòu)空間內(nèi)的金屬管道外表面始終保持干燥的狀態(tài)，便可以在較長時間內(nèi)維持正常工況。來自日本城市綜合管廊內(nèi)給排水管道的運營經(jīng)驗證實：綜合管廊內(nèi)金屬材料給排水管道的平均使用壽命得到了明顯提升。因此，從成本、耐久性方面來看，綜合管廊內(nèi)首選的給排水管道材質(zhì)應(yīng)該為金屬材質(zhì)。

3.2 常見給排水管材結(jié)構(gòu)安全性方面的評價與綜合管廊選擇

3.2.1 常規(guī)埋地給排水管道與管廊內(nèi)管道的結(jié)構(gòu)安全性對比

常規(guī)埋地給排水管道與管廊內(nèi)管道的結(jié)構(gòu)安全性對比結(jié)果如表1所示。據(jù)不完全統(tǒng)計，常規(guī)埋設(shè)在土層中的給排水管道會受到包括管道自重、土層壓力、自然環(huán)境溫度變化作用在內(nèi)的共計12種作用力的影響。相較之下，放置于綜合管廊內(nèi)且處于“被架空”敷設(shè)狀態(tài)的給排水管道只會受到管道自重、管道內(nèi)水重力作用、環(huán)境溫度變化影響、壓力管道內(nèi)靜水壓力作用、真空壓力作用共計5種影響。由此可見，能夠影響敷設(shè)在綜合管廊內(nèi)的給排水管道在結(jié)構(gòu)安全性因素較少。但除了表1所示的內(nèi)容之外，還存在一個常規(guī)埋地給排水管道敷設(shè)作業(yè)時無需進(jìn)行考慮，卻必須在綜合管廊內(nèi)架空敷設(shè)是重點考慮的要素——管道的跨距。常規(guī)埋地敷設(shè)方式下，給排水管道為了適應(yīng)地基大概率出現(xiàn)的不均勻沉降而導(dǎo)致的外壓作用，必須具備足夠的環(huán)向剛度，且軸向應(yīng)該盡量保持“柔性”。在這種情況下，給排水管道的插接管接口必須具備一定的彎度（允許存在一定的彎度）。從這個角度考慮，常規(guī)埋地給排水管道最適合的材質(zhì)是可塑性較強的PE管以及其他塑料。但在綜合管廊架空敷設(shè)模式下，對管道的柔性要求幾乎降到了最低點，對剛性的要求卻大幅度增加。特別是排水管道，由于管徑通常較大，污水中由于混入了大量的雜物導(dǎo)致水重量提升。為了使污水順利經(jīng)過管道，若無其他考量，管道的撓度應(yīng)該越低越好，最終使排水坡度達(dá)到相關(guān)要求。

表1 常規(guī)埋地給排水管道與管廊內(nèi)管道受到的荷載作用對比表

3.2.2 綜合管廊給排水管道結(jié)構(gòu)安全性選擇

根據(jù)上文所述可知，為了提高綜合管廊內(nèi)排水管道的結(jié)構(gòu)安全性，進(jìn)行管道材質(zhì)選擇時，首先應(yīng)該排除塑料材質(zhì)，同樣應(yīng)該選擇金屬材質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，考慮到綜合管廊內(nèi)架空敷設(shè)的給排水管線不會受到摩擦力的影響，且管廊內(nèi)缺少足夠的空間進(jìn)行止推墩的設(shè)置，故必須在前期進(jìn)行管廊設(shè)計時，重點針對管廊結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域進(jìn)行加強，使結(jié)構(gòu)具備抵抗管線架空支架傳遞而來的推力的能力。

3.3 常見給排水管材嚴(yán)密性方面的評價與綜合管廊選擇

無論采用哪一種敷設(shè)方式，對給排水管道的要求都是“嚴(yán)密、不能出現(xiàn)漏水故障”。中冶京誠工程技術(shù)公司的研究人員經(jīng)過統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，我國常規(guī)埋地敷設(shè)模式下的給排水管道的綜合滲漏發(fā)生率約為20%，其中絕大多數(shù)滲漏發(fā)生在管線的接口處。如果以綜合管廊架空敷設(shè)模式全面替代常規(guī)埋地敷設(shè)模式，則對滲漏發(fā)生率的要求會進(jìn)一步提升。在此種要求下，無論綜合管廊敷設(shè)下的給排水管道使用哪一種材質(zhì)，施工人員都應(yīng)更注重接口的施工質(zhì)量，并提高對接口的檢查細(xì)致程度。如果所用的材料是承插的鑄鐵管或者是套袖邊銜接的塑料管，則必須注意保證跨度設(shè)置和支撐點位置選擇的合理性。

3.4 常見給排水管材便捷性方面的評價與綜合管廊選擇

選擇給排水管道材質(zhì)時，能否為管道施工以及后期維護(hù)提供便捷性同樣是重點考慮的內(nèi)容。施工方面：①如果使用以鋼材質(zhì)為代表的金屬材料管道，施工時敷設(shè)管線較為便捷，可根據(jù)廊體走向現(xiàn)場切割、拼接對應(yīng)角度的管件，但現(xiàn)場焊接的作業(yè)量便十分龐大。不僅如此，切割及焊接金屬材料管道時容易產(chǎn)生大量噪音及生產(chǎn)垃圾，容易對自然環(huán)境造成破壞。②相較于一般性質(zhì)的金屬材料管道，鑄鐵管在自重方面的劣勢雖然更大（比一般金屬材料管道重），彎頭、三通等管件的靈活性也不如鋼管，但這種材料的承插接口相關(guān)作業(yè)量較小，且耐腐蝕性能優(yōu)于鋼管。③常用的以PE為代表的塑料材質(zhì)管道由于自重較輕、切割拼接作業(yè)量較少，故在施工與維護(hù)便捷性方面更具優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上所述，在常規(guī)埋地敷設(shè)模式下，給排水管道的首選材質(zhì)是環(huán)保性能更加優(yōu)越、自重更輕且耐腐蝕性能更高的塑料材質(zhì)（以PE為代表）；在綜合管廊架空敷設(shè)模式下，給排水管線的首選材質(zhì)是金屬。