【論文精選】北方某試點城市綜合管廊工程設(shè)計
原創(chuàng)
何士忠，等
煤氣與熱力雜志
煤氣與熱力雜志
GAS-HEAT1978
《煤氣與熱力》始于1978年，創(chuàng)刊于1981年，中國核心期刊，中國土木工程學(xué)會燃氣分會會刊。篩選燃氣供熱行業(yè)最有價值的技術(shù)信息，新聞分類整理、政策標準、熱點討論、投稿查詢、論文檢索、寫作指導(dǎo)、編委風(fēng)采、精品會議……
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作
者：
何士忠，赫明水，安捷，楊宇，王長祥
第一作者單位：
中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司第一設(shè)計研究院
摘自《煤氣與熱力》2024年4月刊
何士忠，赫明水，安捷，等
.
北方某試點城市綜合管廊工程設(shè)計
［J］.
煤氣與熱力，
2024，44（4）
：A07-A11.
綜合管廊作為一種提升城市綜合承載能力和韌性的新型市政設(shè)施，在我國從
2015
年開始試點建設(shè)，到
2022
年
6
月底，累計開工建設(shè)管廊項目
1 647
個、長度
5 902 km
。綜合管廊是
21
世紀新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標志之一，避免了埋設(shè)或維修管線導(dǎo)致道路重復(fù)開挖的麻煩，由于管線不接觸土壤和地下水，因此減輕了腐蝕，延長了使用壽命，還為城市發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間。同時也積極響應(yīng)了“一流的規(guī)劃、一流的設(shè)計、一流的建設(shè)、一流的質(zhì)量”的建設(shè)要求
［
1
］
。
北方某城市于
2015
年
4
月
8
日，順利通過國家財政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部組織的專家答辯，成為全國首批
10
個地下綜合管廊建設(shè)試點城市之一。
110
國道綜合管廊工程是在該城市申請國家管廊試點城市后投入設(shè)計施工的綜合管廊的一部分。該工程的建設(shè)，將起到良好的示范和推動作用。該工程也為高壓電力電纜和超大口徑（
DN 1 200~1 400 mm
）熱力管道入廊提供了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。
110
國道綜合管廊為
3
艙管廊，包含綜合艙、高壓電力艙和熱力艙，總長度
11.04 km
，項目總投資約
11.1
×
10
8
元。具有入廊管線多、建設(shè)體量大的特點，穿越河流一次，需與現(xiàn)狀道路、水系改造相結(jié)合，設(shè)計成果將與周邊環(huán)境達到完美融合。
110
國道綜合管廊工程分為
2
段：西段管廊為白云鄂博路至銀海路段，長度為
5.06 km
；東段管廊為勝利街至
210
國道段，長度為
5.98km
。
2
段綜合管廊各設(shè)置監(jiān)控中心
1
座。
①本項目隨道路改造項目一并建設(shè)。地下現(xiàn)狀管線多，給管廊的實施和管線入廊造成困難。
②管廊為
3
艙，斷面寬度較大，為
13.7~14.3 m
，施工難度較大。
③入廊熱力管道口徑大，最大達到
DN 1 400 mm
。
4
總體設(shè)計
110
國道綜合管廊（簡稱管廊）工程中的規(guī)劃管線有給水管道、中水管道、雨水管道、污水管道、熱力管道、燃氣管道、電力電纜、通信線纜，其中電力電纜電壓為
10 kV
、
110 kV
。目前實際入廊管線有給水管道、中水管道、熱力管道、
110 kV
電力電纜、
10 kV
電力電纜、通信線纜。
管廊主要包括綜合艙、高壓電力艙和熱力艙。綜合艙內(nèi)敷設(shè)
DN 800 mm
給水管道、
DN 300 mm
中水管道、
10 kV
電力電纜及通信線纜。高壓電力艙內(nèi)為
110 kV
電力電纜。為避免
熱力管道
事故對其他管線造成影響，將熱力管道單艙布置，熱力艙位于管廊內(nèi)最右側(cè)。由于西段管廊熱力管道規(guī)格為
DN 1 200 mm
，東側(cè)管廊
熱力管道
規(guī)格為
DN 1 400 mm
，因此
2
段管廊的橫斷面設(shè)計總寬度不同，西段管廊總寬
13.7 m
，東段管廊總寬
14.3 m
，總高均為
4.5 m
。
2
段管廊的橫斷面分別見圖
1
、
2
，圖內(nèi)尺寸單位均為
mm
。
4.3
管廊豎向設(shè)計
管廊最小覆土深度一般為
2 m
?？紤]到
110
國道下也會有雨水管道、污水管道直埋，應(yīng)預(yù)留出敷設(shè)空間，將管廊常規(guī)段的覆土深度控制在
2.8 m
左右。
管廊與管廊外的市政排水管道（簡稱市政排水管道）極易出現(xiàn)標高上的沖突，常規(guī)處理方案如下。
方案
1
：管廊避讓市政排水管道。下調(diào)管廊標高，使管廊從市政排水管道下方通過。該方案中市政排水管道位于管廊上方，給日后市政排水管道維護創(chuàng)造了便利條件，但是增加了管廊的覆土深度，投資增加。
方案
2
：市政排水管道采用倒虹吸方案。維持管廊標高不變，市政排水管道采用倒虹吸形式通過管廊。該方案使市政排水管道局部位于管廊的下方，給日后市政排水管道維護帶來了不便，且倒虹吸形式也使市政排水管道的排放不順暢。該方案不會增加過多投資。
在本工程中，考慮以上
2
種方案相結(jié)合的方式。當有開挖條件時，采用下調(diào)管廊標高避讓市政排水管道的方式；當管廊標高下調(diào)有困難時，采用市政排水管道倒虹吸方式通過綜合管廊。
當管廊穿越河流時，出于河道景觀、河道防洪以及通航要求等因素的考慮，管廊從河道底部通過。在河床范圍內(nèi)，管廊覆土深度應(yīng)不小于
1.0 m
。
管廊在進入河道之前，沿著管廊長度方向，采用不大于
15
°的傾角向下調(diào)整標高至要求的穿越標高。河底部分的管廊采用不小于
0.002
的坡度向兩側(cè)或一側(cè)找坡，以保證河底部分管廊的排水順暢。管廊穿越河流見圖
3
。
5
主要節(jié)點設(shè)計
為滿足管線分支出入管廊需求，需根據(jù)規(guī)劃并結(jié)合地塊性質(zhì)，設(shè)置管線分支口。一般在路口兩側(cè)及兩個路口之間的位置設(shè)置，如兩個路口之間的距離較遠，則每隔
200 m
左右設(shè)置
1
處管線分支口。管線分支口需滿足電力電纜、通信線纜、給水管道、中水管道、熱力管道的出入。熱力管道根據(jù)熱力公司確定的位置設(shè)置管線分支口。給水管道、通信線纜、電力電纜、中水管道從管廊側(cè)向出廊。熱力管道采用下引出，從管廊底部出廊。電力電纜采用專用防水電纜套管與外部連接，電力電纜和通信線纜引出段過路采用排管形式，并在末端預(yù)留連接井。給水管道、中水管道、熱力管道過路采用預(yù)埋過路套管的形式。
綜合管廊投料口布置，以不大于
400 m
設(shè)置
1
處投料口，投料口尺寸按照每個艙內(nèi)敷設(shè)的最大管道口徑考慮。綜合艙內(nèi)投料口尺寸
（
長×寬）為
7.0 m
×
1.0 m
，位于
1.5 m
寬的側(cè)分帶內(nèi)，側(cè)分帶指在市政道路中，機動車道與非機動車道之間的綠化分隔帶。高壓電力艙投料口尺寸
（
長×寬）為
1.5 m
×
1.5 m
，位于人行道內(nèi)。西段管廊熱力艙投料口尺寸
（
長×寬）為
7.0 m
×
2.0 m
，東段管廊熱力艙投料口尺寸
（
長×寬）為
7.0 m
×
2.2 m
，均位于綠化帶內(nèi)。投料口頂板位于地下
50 cm
處，待管線安裝完畢后，綠化帶或人行道實施之前應(yīng)進行封閉，封閉后頂板上用防水砂漿進行封堵。運行過程中如果再次打開，施工完畢后應(yīng)進行恢復(fù)。投料口實景見圖
4
。
通風(fēng)設(shè)計采用自然進風(fēng)、機械排風(fēng)相結(jié)合。在每一防火區(qū)間的兩端分別設(shè)地上式自然進風(fēng)口、地上式機械排風(fēng)口。地上式自然進風(fēng)口和地上式機械排風(fēng)口高出地面約
1.5 m
，布置在綜合管廊外側(cè)綠化帶內(nèi)，結(jié)合景觀效果進行設(shè)計。建議采用成品通風(fēng)口，美觀大方、安裝方便。
自然進風(fēng)口、投料口與逃生口集中設(shè)置，見圖
5
。
圖
5
自然進風(fēng)口、投料口與逃生口集中設(shè)置
人員出入口主要是方便管理檢修人員出入，該工程利用逃生口作為人員出入口。
監(jiān)控中心位于地面上，通過地下一層的廊道與綜合管廊相連，廊道寬
2.0 m
，高
2.4 m
。來自監(jiān)控中心的人員可以分別通過廊道內(nèi)的
3
個防火門，下樓進入管廊的
3
個艙室。
管廊交叉口的設(shè)置主要需要考慮相交道路兩條綜合管廊交叉的問題，包括管廊和管廊交叉的結(jié)構(gòu)形式以及管線與管線交叉的交匯方式。管廊交叉口采用上下雙層的立體交叉結(jié)構(gòu)，斷面尺寸較大的管廊（稱為上層管廊）采用直線形式，斷面尺寸較小的管廊（稱為下層管廊）采用倒虹形式下穿上層管廊。以上層管廊的底板作為下層管廊的頂板，在上層管廊的底板開孔并設(shè)置輕質(zhì)防火人孔及爬梯，以便維護人員上下穿越。交叉口處上層管廊底板根據(jù)需要預(yù)留孔洞，滿足管道上下穿越、連接的要求。交叉口處下層管廊最低點須設(shè)置集水坑。
6
附屬設(shè)施設(shè)計
3
個艙室內(nèi)設(shè)置獨立的排水系統(tǒng)。在各艙室沿線設(shè)置排水溝，利用排水溝收集滲水及檢修漏水等并排至管廊低處的集水坑中，再利用集水坑內(nèi)設(shè)置的潛污排水泵排至管廊外雨水系統(tǒng)中。
潛污排水泵的啟停由設(shè)在集水坑內(nèi)的液位開關(guān)控制，高液位開泵，低液位停泵，超高液位報警。
管廊內(nèi)各艙室的一側(cè)設(shè)有排水溝，艙室地面向排水溝方向有
0.2
％的坡度，艙室內(nèi)的污水通過該坡排到排水溝內(nèi)。排水區(qū)間長度不大于
200 m
。
在設(shè)置電力電纜的綜合艙和高壓電力艙設(shè)置超細干粉滅火系統(tǒng)和干粉滅火器；在熱力艙以及管廊出入口等處設(shè)置干粉滅火器。
超細干粉滅火系統(tǒng)具備
3
種啟動方式：感溫自動啟動、手動啟動、消防控制中心聯(lián)動。
干粉滅火器采用手提式
MF/ABC1
型磷酸銨鹽干粉滅火器，要求每個防火分區(qū)沿線滅火器設(shè)置間距不大于
40 m
，且每個防火門處要設(shè)置
1
具。
通風(fēng)設(shè)計采用自然進風(fēng)、機械排風(fēng)相結(jié)合。本管廊按
200 m
一個防火分區(qū)劃分通風(fēng)區(qū)段。每個通風(fēng)區(qū)段一端為進風(fēng)口，另一端為排風(fēng)口，相鄰
2
個通風(fēng)區(qū)段的進風(fēng)口設(shè)置在一起，排風(fēng)口設(shè)置在一起，采用頭尾相對的布置方式，見圖
6
。
西段管廊共有
27
個防火分區(qū)，設(shè)有
14
個現(xiàn)場控制站；東段管廊共有
32
個防火分區(qū)，設(shè)有
16
個現(xiàn)場控制站?，F(xiàn)場控制站用作管廊內(nèi)用電設(shè)備的低壓配電室和控制室。
除了在東段管廊的西端頭設(shè)置了監(jiān)控中心和低壓配電室（含
100 kV
·
A
變壓器）外，在東段管廊、西段管廊沿線還分別設(shè)置了
4
個箱式變電站，向各段管廊的現(xiàn)場控制站內(nèi)的低壓配電室供電。
為便于檢修維護，現(xiàn)場控制站內(nèi)安裝配電設(shè)備處的照明照度確定為
200 lx
，監(jiān)控中心照明照度不小于
300 lx
。為滿足巡視要求，管廊內(nèi)人行通道上的平均照明照度不小于
15 lx
，應(yīng)急疏散照明照度不小于
5 lx
。
以約
200 m
長劃分為一個監(jiān)控報警區(qū)間，每個監(jiān)控報警區(qū)間包含對應(yīng)
3
個艙室的
3
個防火分區(qū)。東段管廊、西段管廊各設(shè)置監(jiān)控中心
1
座，消防控制中心與監(jiān)控中心共址。在監(jiān)控中心的中央計算機上設(shè)統(tǒng)一管理信息平臺。
7
結(jié)構(gòu)設(shè)計
本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為
100 a
?？拐鹪O(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)防烈度為
8
度，設(shè)計基本地震加速度為
0.20g
，設(shè)計地震分組為第一組，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫控制等級為三級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度為
0.2 mm
，防水等級為二級。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級，抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)為不低于
1.05
。如果管廊位于道路下，該道路的汽車荷載等級為公路Ⅰ級；如果管廊位于非道路下，該處的地面堆積最大荷載標準值為
10 kN/m
2
。
7.2
主體結(jié)構(gòu)設(shè)計
管廊結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，以可靠度指標度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度。對承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行計算。
管廊標準段結(jié)構(gòu)為閉合框架。管廊特殊節(jié)點包括管線分支口、投料口、通風(fēng)口等，采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。監(jiān)控中心房屋采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。
管廊結(jié)構(gòu)應(yīng)在縱向設(shè)置變形縫，結(jié)構(gòu)縱向剛度突變處以及荷載變化處或地基軟硬變化處設(shè)變形縫，縫寬
30 mm
?？p內(nèi)設(shè)埋入式橡膠止水帶，采用聚乙烯閉孔泡沫板填縫，采用聚硫密封膏密封。縫外周圈設(shè)一圈外貼式橡膠止水帶。
結(jié)構(gòu)中鋼筋的混凝土保護層厚度：迎水面（管廊底板、外壁板、頂板外側(cè)）為
50 mm
，其他部位為
30 mm
。
8
設(shè)計特點
①入廊管線種類多，管廊斷面尺寸較大，對管廊斷面進行優(yōu)化設(shè)計，對不同艙室采用不同的壁厚，如綜合艙頂板厚度為
400 mm
，高壓電力艙和熱力艙頂板厚度為
600 mm
，以降低施工難度和工程投資。
②將投料口、逃生口和通風(fēng)口集中布置
［
2
］
，盡量減小地面上建筑的占地面積，減少對道路和景觀設(shè)計的影響。
③考慮遠期發(fā)展，在綜合艙預(yù)留通信線纜、電力電纜位置，并預(yù)留一根給水管道位置。
8.2
結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
①熱力管道與管廊同步設(shè)計，管廊施工時在對應(yīng)位置預(yù)留或預(yù)埋支架，且需充分考慮支架反力對管廊本體的影響。
②管廊本體沿管廊長度方向每隔
30 m
左右設(shè)伸縮縫，伸縮縫采用兩道橡膠止水帶（內(nèi)埋
+
外貼）防水，確保防水可靠及耐久性。
③基坑為深基坑，深
5~8 m
，大部分采用放坡開挖，掛網(wǎng)噴漿防護，局部采用鋼板樁支護。
本工程為國內(nèi)首條
DN 1 200~1 400 mm
供熱管道入廊項目，供熱管道敷設(shè)長度為
11 km
。在管徑大、管道長的特點下，產(chǎn)生了諸多技術(shù)難點
［
3
］
。圍繞長直管道、隨路敷設(shè)連續(xù)彎道處、熱力管道分支口、管道閥門、管廊內(nèi)管道與直埋管道銜接等管道應(yīng)力問題，采用有限元應(yīng)力計算軟件進行計算，對由管道重力、壓力、溫度和偶然荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力進行分析計算，優(yōu)化管道力系。在管道材質(zhì)、保溫形式、補償器形式的選擇和管廊管道放氣及泄水的設(shè)置等方面也充分考慮，確保管道設(shè)計的安全性。
據(jù)統(tǒng)計，既有的
110 kV
架空高壓電力電纜入廊后，在市中心區(qū)范圍內(nèi)能夠騰退可利用土地約
66.67
×
10
4
m
2
，利用土地產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益超過
20
×
10
8
元。此外，管線入廊后，避免了停水、停電、交通中斷等馬路拉鏈現(xiàn)象。據(jù)測算，城市道路每開挖
1 m
，城市建設(shè)費用增加
1.4
×
10
4
元。因此，城市建設(shè)費用也節(jié)省很多。
綜合管廊作為城市生命線工程，能夠有效避免停水、停電、交通中斷等馬路拉鏈現(xiàn)象，是一項真正的民生工程、百姓工程、里子工程。綜合管廊敷設(shè)熱力管道是一種新興的敷設(shè)方式。本工程
DN 1 200~1 400 mm
超大口徑熱力管道已完成入廊，并穩(wěn)定運行了逾
2 a
，填補了大口徑熱力管道入廊的空白，積累了豐富的設(shè)計、施工和運行經(jīng)驗。
［
1
］遼寧省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳
.
城市地下綜合管廊施工技術(shù)研究報告［
EB/OL
］
.
［
2017-10-12
］
. http
：
//www.envirunion.com/newsinfo-3505.html.
［
2
］姚學(xué)同，謝雷杰，喬海兵，等
.
城市綜合管廊工程口部集約化設(shè)計探討［
J
］
.
中國給水排水，
2018
（
12
）：
65-68.
［
3
］郭健
.
納入大直徑熱力管的綜合管廊設(shè)計研究［
J
］
.
中國給水排水，
2020
（
8
）：
82-87.
1、
綜合管廊內(nèi)燃氣管道熱平衡及方形補償器計算
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