管道安装和运输作业对综合管廊总体设计影响研究

李恺琳

深圳市市政设计研究院有限公司 广东 深圳 518000

综合管廊结构凭借其土地集约利用率高、无需反复开挖路面的优势而在现代化城市建设期间备受关注，因此，在现代化城市建设过程中，涌现出了较多城市综合管廊项目。但结合现阶段综合管廊整体设计情况来看，设计重点主要集中在管廊平面、管线分析、特殊节点、横断面等方面上，对大口径管道的安装和运输在空间方面需求的关注度较为欠缺，但这两种因素若考虑不当，则易出现入廊困难等问题，需加强重视。

1 综合管廊断面设计受管道安装时序的影响

1.1 分析实例

集约性强是综合管廊结构最大的优势，可容纳较多管线，能够最大限度利用地下空间，在综合管廊设计过程中，为降低工程投资成本，提高空间利用率，多将通信管线、电力管线（10 kV）、中水管线、给水管线规划至同一管廊舱室内，尽可能压缩断面。在总体设计时，各类管线建设进度存在差异，且管线产权不同，在综合管廊投入使用后，管道常受到已安装管线的限制而难以便捷安装，继而引发入廊困难、无法入廊等问题。为进一步分析了解综合管廊断面设计受管道入廊时序的影响情况，以某两舱综合管廊项目为实例展开分析，该项目的入廊规模及管线种类如表1所示。

表1 案例两舱综合管廊项目入廊规模及管线种类

1.2 管廊断面

该综合管廊项目按照传统设计方法而将其规划为两舱断面，即综合舱室与高压电力舱室。其中综合舱室内包含2排12孔通信管线、12回10 kV中压电力管线、DN200中水管线、DN600给水管线，其中DN200中水管线建设时间远落后于其他管线，属于远期预留管道；而高压电力舱室内主要涉及6回110/220 kV高压电力管线。在案例综合管廊综合舱室内，属于远期预留的DN200中水管线被吊装至管廊顶板位置，10kV中压电力管线和通信管线位于综合舱室右侧。在该综合管廊断面结构中，当给水管线完成安装后，将会给远期预留的DN200中水管线的安装作业造成阻碍，增加安装难度。

1.3 优化设计

结合案例两舱综合管廊断面设计情况来看，综合舱室内设计存在较多不足之处，管线类型较多，且受到入廊管线时序的影响，在建设安装期间容易出现互相干扰现象，不仅会阻碍管廊管线的安装工作，还会影响综合管廊该舱室的后续检修维护工作，不利于综合管廊的持续管理[1]。针对这一现象，应基于管廊规模、管线种类，并结合检修运营需求及管道入廊时序，对案例综合管廊项目的断面进行优化。经综合考量后，可调换通信管线与中水管的位置，为避免中水管道吊装安装所带来的检修更换困难现象，增设支架结构，为中水管道提供支撑。

1.4 结果讨论

为检验综合管廊断面优化设计情况，从安装便捷性、运营检修、土建工程量三个方面进行分析。第一，安装便捷性。在原有的两舱断面结构中，因管道入廊时序不同，存在远期预留管道，导致管道在安装期间易出现相互干扰碰撞的现象，受到给水管道的限制，远期预留的中水管道安装存在一定困难。而优化后的断面结构，综合考虑了管道入廊时序，减少了管线之间的碰撞干扰问题，且远期预留的DN200中水管道在安装时不会遭受阻碍，并增设了支架结构，为安装作业提供了便利。第二，运营检修。在原两舱断面结构中，存在中水管道检修运营不便的问题。而优化后的断面结构中，将中水管放置在更靠近检修通道的位置，检修时不会受到大口径管道的干扰，并设计了管道支架，解决了检修运营不便的问题，同时考虑到压力管道的物理检修相较于通信电缆更为频繁，优化后的方案使得综合管廊管道运营更为便捷[2]。第三，土建工程量。优化前后两个断面的尺寸未发生变化，混凝土用量无需调整。

经上述分析可见，经优化后的综合管廊断面各方面因素均合理，故优化设计效果较好。对原两舱断面结构产生安装问题的原因进行总结，最主要的则是未考虑管道安装和检修作业需求，将远期预留的中水管道设置在了给水管道左上方，以此干扰了后期管道安装工作，因此，在综合管廊总体设计时，应将管道安装和检修需求作为重点设计因素，继而规避管道入廊困难的问题。

2 综合管廊转弯对管道运输的影响

2.1 分析案例

综合管廊具有较强的线性特征，管廊沿线常遭遇河道与桥梁，受到桥梁桩基的限制，综合管廊需平面避让河道桥梁，不可直接布设于桥梁下方，应由道路范围转至红线外，绕过河道桥梁后，回到原路由。

为确保管道运输效果，减少综合管廊与道路间的斜向交叉长度，需对综合管廊的平面夹角进行控制，通常情况下，尽量采用小角度转弯，能减少管廊对道路红线外场地的占用面积。但受到综合管廊内部空间局限，若平面转角过小，则出现管道运输时过转角困难或无法转向的情况[3]。为进一步验证综合管廊平面夹角设计受廊内运输的影响情况，本次利用三角函数公式推理分析运输通道宽度、转弯角度及转弯半径与运输管道尺寸之间的关系，并选取前文所述两舱综合管廊项目为实例展开分析，案例综合管廊项目划分为综合舱室和高压电力舱室。案例综合管廊沿线共涉及2处河道，全长三千米，综合管廊内主要包括通信管线、10 kV中压电力管线、110/220 kV高压电力管线、DN600给水管道、DN200中水管道、，案例综合管廊中所涉及的管道均为焊接钢管。案例综合管廊项目为控制接头数量，便于施工并缩减工期，优先选用长管节管道进行安装，要求管道节段长度处于6～12m范围内。

2.2 最不利工况

在设计综合管廊平面转弯节点时，应综合考虑通道宽度、管节长度、管道外径，并计算管道运输的安全转角和转弯半径，为保障管道运输平面转角设计质量，管廊运输通道的宽度、管节长度、管道外径及廊体转弯角度直接存在如下关系：

式中，L代表综合管廊运输管节长度，D为管道外径，θ代表管廊平面转角，B为可供管道运输的综合管廊通道宽度，一般应在设计综合管廊通道宽度的基础上扣除0.1～0.2m，防止管道发生碰撞而损坏。此外，若在管道运输之前还需进行支墩支架施工，则计算最不利工况管道安全运输距离时，需在原有的通道净宽参数基础上扣除支墩支架占用通道的宽度。由式（1）可知，当管道外径D和管节长度L固定时，固定通道宽度B对应的可运输管道最小转弯角度θ也是确定值，此时对应的运输通道最小转弯半径可用下式表示：

式中，R代表管道运输通道净宽度对应的中心线转弯半径。

2.3 可运输管节长度

在案例综合管廊项目工程中，中水管道、给水管道、燃气管道均为长管节运输管道，在设计综合管廊平面转弯节点时，应综合考虑长管节运输管道所处舱室、管节长度最大值、管道外径等因素，以此尽可能降低管道运输对于综合管廊平面转弯节点的影响，提高综合管廊平面夹角设计科学性[4]。在综合管廊总体设计时，常根据入廊管线最大的管道口径设定检修通道的最小宽度，一般B≥D+0.4m。以式（1）关系式为依据，按常规的管节长度6m，计算120°、135°、150°三个平面夹角在运输焊接钢管时所需的最小通道宽度以及对应的转弯半径，依据计算结果判断案例综合管廊平面转弯节点与可运输管道之间的匹配度。

2.4 综合分析

管道口径越大，管节长度越长，运输受管廊转弯处的影响越大。一般入廊的管线中，口径最大、管节长度最长的往往是给水管、中水管，以DN600和DN800管径的焊接钢管为例，通过上述运算得到转弯角度、管径、最小运输净宽和对应转弯半径之间的关系如下表：

表2 不同管径与运输通道设计参数分析表

前文所述案例中，综合管廊内管道运输通道宽度为1m，因此，在案例综合管廊项目中，平面夹角至少为150°，以此方可确保所设计的管廊管道符合项目运输要求。在本次分析研究中，主要按照河道桥梁工况进行平面夹角分析设计，而在城市地下综合管廊项目中，管廊交叉口、高压出线口、管线分支口等特殊节点同样存在平面夹角现象，此时同样需关注管道运输因素。

3 结束语

综上所述，城市地下综合管廊内涉及较多管线，为保障总体设计质量，应认识到管廊断面设计时管道安装时序所产生的影响，在断面规划时，应有意识的按照入廊时序进行管道规划，确保远期预留管道能够顺利安装。此外，城市地下综合管廊可能会穿过河道桥梁，此时需注意控制管道平面夹角，在案例综合管廊项目中，要求平面夹角至少为150°，以此方可确保平面夹角为综合管廊管道长度相匹配，若在实际设计时发现平面夹角无法满足长管道运输条件，则需在管线专项设计时选用短管节运输，以此保障运输效果。