地上综合管廊建设技术探究

周琳，张星，姜超，陈凯

（1.中国市政工程西北设计研究院有限公司，湖北武汉 430056；2.武穴市水利和湖泊局，湖北武穴 435400）

公用管线是确保城市和工业区正常、 安全运行的生命线。 在工业区，各个企业工艺管线繁多，要求严格、布置复杂，因此需通过统一的规划来进行管线综合布置。然而，我国工业区早期各类管线建设规模和水平普遍偏低，通常为节省投资，简单采取直埋或分散架空的方式。 随着社会经济的发展和城市工业区职能的不断完善， 传统管线建设方式的弊端逐渐显现，阻碍了我国工业集约化、高效化、新型化和创新性的发展步伐。

地上综合管廊，也称“架空管廊”（管架），常用于工业园区的生产、生活管道的集中敷设[1]。其布线形式与传统简单的管线埋设方式相比，具有明显的优势，在工业厂区得到了广泛应用。 本文拟通过地上综合管廊的规划、设计、施工技术要点进行总结，管理运维、工程效益分析，对我国地上综合管廊建设技术水平和发展状况进行论述，并结合实际案例，探讨该技术的发展思路。

1 地上综合管廊分类及特点

地上综合管廊，即管道在地面上的走廊支架。冶金、化工等企业将很多管道集中在一起，沿着设备或厂房外架空布置并用支架撑起， 形成类似走廊的支架系统[2]。 地上综合管廊按照外形分,可分为T 型、门型、单层、双层、多层以及单片平面管架或塔架等形式；按照构造分,可分为独立式、悬臂式、梁式、桁架式、悬杆式、悬索式、钢绞线铰接式、拱形式、下悬式、墙架式和长臂管架式等形式；按照结构材料分，又可分为钢结构、混凝土结构以及混合式结构等。

架空管廊具有很多优点：1）可节约大量建设用地，是工业区基础设施新型化、现代化的重要标志。2）可节约工程造价。地上综合管廊跨度较大，在用材上较节省，避免了直埋敷设所需的沟道、盖板、支护及土方工程量。3）方便管理和检修。由于架空管廊比较直观，巡视巡查方便，发生事故时易被及时发现并采取应急措施，防止事故的扩大。4）为后续管线的更新扩容创造了有利条件，减少后续投资。5）避免了管线因埋置于地下而同地下水、土壤等不良环境接触，降低了腐蚀发生的概率，延长了管道寿命。6）管线架空可以起到很好的防洪效果。

综上，综合管廊既美观大方、有效节省占地、便于统一管理， 还能减少入驻企业界区外的管道敷设建设负担，十分有利于园区的招商引资。

2 地上综合管廊技术综述

2.1 管廊规划

2.1.1 厂区综合管廊总体布置

工业厂区内的架空综合管廊通常布置在管线复杂、密集的地段[3]。在进行厂区综合管廊规划时，应考虑厂区的总体布置、可使用空间、场地情况、设备使用以及受限情况等综合因素。 在前期规划和总体布置时，注意以下几点：1）综合管廊应与厂区各生产车间及其他建（构）筑物相互协调，避免相互影响。管廊及入廊管线的走向、 排列应兼顾厂区整体美观的要求，管廊的高度也应尽量统一。2）荷载及应力较大的管道，尤其是蒸汽管道，应放在管架下层、中间或其他合适地带， 以使管廊受力均匀， 不利影响降到最低。输送危险性气体的管道最好布置在管廊的上层，并加大其与其他管线之间的间距， 以降低对其他管道的影响。 3）有特殊要求的管线，如含有各类酸、碱的管线，在布置时应考虑泄露影响，将其布置在最下方和边侧。 高温管线则应考虑其与电缆、燃气、冷却用水管等之间的热影响距离， 不应将其布置在此类管线的下方。电缆及桥架宜布置在最上层的边侧，以避免其受到其他管线的热影响和泄漏影响。氧气、乙炔、氢气管一旦发生泄漏会对其他管线产生干扰，因此应适当加大管线间距。 此外，在管道布置时，还应考虑与除灰管道之间的避让。 4）根据厂区内的不同情况，综合管廊应采用不同的敷设形式，注意管廊与地面、路面、建（构）筑物等保持一定的水平、垂直距离，以保证厂区内各系统的运行安全。跨越道路的管廊应考虑一定的净空高度，并设置明显的标识，保证大型车辆的安全通行。

2.1.2 公共综合管廊总体布置

公共综合管廊的规划， 应在满足行业和地区总体发展规划的前提下， 做好各影响因素间的协调工作， 确保管廊的安全环保和经济合理。 在总体布置时，除参考厂区综合管廊的上述布置要点外，还应考虑以下内容：1）公共综合管廊宜平行于道路，并应设置在管线接口较多的一侧；2）应优先考虑人行道与企业围墙间的场地，且靠近围墙侧，同时兼顾园区及厂区的整体美观。

无论是厂区综合管廊还是公共综合管廊， 都应尽量避开重要的景观性道路以及重要的交通干道，以避免地上综合管廊对景观和交通造成影响；同时，综合管廊下应设置必要的维修通道，其余则可结合园区绿化合理考虑栽植， 还可通过爬藤植物对管廊的支墩等进行适当的美化。

2.1.3 断面规划

工业区内的公共管线常包含水、电、气、能源，以及生产专用管这5 类。除生产专用管外，其余管线与市政公用管线类似， 区别在于存在较多的污废水压力管、中水回用管、蒸汽管等。 工业专用管线，根据入驻园区的工业企业需求确定。一般压力管道、质量轻的管线均可纳入综合管廊内；重力管道、质量较大且笨重的管线不宜纳入地上综合管廊中， 可结合地下综合管廊建设合理布置。管廊断面应根据总体布置原则，结合入廊的管线类型，确定管廊的断面形式、层数、宽度等，并应根据实际情况预留一定的断面余量。

2.2 管廊的设计技术

2.2.1 主体设计

地上综合管廊的管架系统通常由管座、管架柱、管架横梁或纵梁以及基础等组成。

在进行平面设计时， 综合管廊的外边缘至建筑物或其他设施的水平距离除须符合现行国家标准和工业园区特定行业标准的规定外， 还应考虑以下要求：至铁路中线的距离不小于3.75 m；至河道顶边缘的距离不小于3.0 m；至照明及通信杆柱的距离不小于1.0 m；至道路边缘的距离不小于1.0 m；至人行道边缘的距离不小于0.5 m；至厂区围墙中心的距离不小于1.0 m；至110 kV 架空电力线路的边导线，在开阔地区不低于最高塔高，在路径受限地区不低于4 m。

管廊的竖向设计应考虑安全净空， 满足各类交叉设施的竖向安全距离要求， 如距铁路轨顶的距离应不小于5.5 m；距道路路面的距离应不小于5.0 m，最小值为4.5 m 等。

管廊的荷载计算、结构设计、地基和基础设计、以及防腐设计等可参照《化工工程管架、管墩设计规范》（GB 51019—2014）及其他行业特定规范执行。

2.2.2 消防设计

因地上综合管廊大部分用于工业园区， 且多敷设有输送易燃易爆等危险性流体的管道， 一旦发生火灾，将对园区的正常生活、生产及周边群众的生命财产安全造成严重的影响， 因此地上综合管廊的防火设计尤为重要。

地上综合管廊的火灾危险等级可分为高、中、低以及非危险性4 个等级， 一般由其敷设的危险性最大的管道决定， 判断依据为其所输送的介质性质和管道压力等。 同时，当各管道灭火会相互影响时，火灾危险等级应相应提高。 管廊的防火间距应根据自身的危险性分级和相邻厂区和设施的危险性以及重要性确定，并根据消防能力核算。

在消防设计时， 应注意消防车道须满足消防车能够到达任意着火点的要求。 管廊下空应考虑管道发生泄漏时的隔离、控制和排放措施。当管廊靠近厂区围墙时，应考虑在围墙内设置备用消防车道，同时防止管廊内事故管道泄漏或喷射流入厂区内部。 管廊沿线地带不应设置地下的排水设施或各类危险气体或液体的地下排放设施， 若必须设置或发生空间交叉时， 则须采取一定措施防止液体渗漏进入排水设施内， 必要时可考虑设置强通风设施和易燃易爆监控报警装置。 入廊管道系统应考虑设置一定的截断措施，如手电两用的多功能截断阀。针对综合管廊输送流体产生火灾的特性，可采用水、泡沫或水蒸气等特定类型的灭火系统。用于灭火的物料生产、储存和输送系统可同地上管廊结合设置， 为管廊系统以及各生产企业提供系统性供给。

2.2.3 监控与报警系统设计

地上综合管廊应设计自动探测与报警系统，如火灾探测、泄漏探测等，沿线设置必要的手动启动按钮、通信设施、视频监控等，并配置总控中心。火灾自动探测与联动控制信号应采用无线自组网及无线网络信号传输系统，实现快速、有效的传输。

2.2.4 结构选型设计

地上综合管廊因结构材料不同可划分为钢结构、混凝土结构和混合式结构等多种类型，在结构选型时，应综合考虑经济安全、美观实用、安全易维护等因素。

1）钢结构因其适应改建、扩建的需要，且建设周期短、外观轻巧美观，近年来应用广泛。 在有色冶金行业， 已有设计单位针对此种形式的地上综合管廊进行了标准化、系统化的设计，具有十分重要的借鉴意义[6]。但其造价和后期维护费用偏高，在环境恶劣、维护不足的情况下，存在提前老龄化、锈蚀破损严重等问题[7]。

2）混凝土结构造价低，后期维护费用较小，具有较好的耐腐蚀性， 但其在美观方面不如钢结构的形式。 由于地上综合管廊是线路长且标准段多的线形空间架体结构，因此，通过先进的预制拼装技术，能够使钢筋混凝土结构同钢结构综合管廊一样， 达到快速施工与安装的目的， 而且也能够为后期改造提供便利条件。

3）混合式结构形式吸取了钢结构和混凝土结构两者的优点，将两种结构组合设置，既可采用横向为混凝土构件、纵向为钢桁架构件的组合，也可将下部框架采用混凝土结构而将上部廊架采用钢结构。 无论从工期，还是从对周边环境的影响等方面看，混合式结构形式都更具优势，值得推广使用。

2.3 施工技术

由于地上综合管廊的基础、 支柱和廊架均有很高的可复制性， 因此混凝土构件和钢结构廊架可在工厂中提前预制好，然后运至现场进行拼装，从而大大提高了施工进度。预制拼装法与传统现浇法相比，具有能够缩短工期、降低成本、节能环保等多种优势，具有很好的社会效益[8]。目前，预制拼装已逐渐成为地上综合管廊施工采用最多、效率最高的施工方法。

2.4 管理和运维

2.4.1 工程效益分析

地上综合管廊的服务对象多为工业及化工园区内的企业。 其技术优势已使其成为保障园区内各企业正常生产、运行的生命线。

从工程造价上看， 单类管道直埋敷设造价一般约为每公里600 万至1 000 万元， 地上综合管廊每公里1 100 万至2 000 万元的工程造价。因此，两至三类管线直埋敷设总成本即可超出采用管廊集中敷设的成本。

从社会和环境效益上看， 地上综合管廊不仅为园区公用管线的敷设、 后期运行维护及改造更新提供了方便，还能够极大地降低事故发生的概率，节约投资，为工业企业带来难以估量的间接经济效益。

2.4.2 运营维护

公共综合管廊一般由工业厂区、 园区实行统一管理，以确保公共管廊管道布置合理、管位空间有效利用，以及长期的安全高效运行。在园区其他基础设施规划建设时，应预留管廊建设通道、维修通道、消防通道等，保证有效的防火安全距离。 同时，园区应建立专门的管理机构， 并设定完善的管理制度及安全管理体系，尤其是消防安全及各类应急预案、详细明了的标识体系等，严格贯彻执行。

2.4.3 智慧运维

基于物联网技术，通过万物互联，融合云计算平台，可实现综合管廊的智慧监控。通过建立信息系统共享平台， 可对综合管廊以及各权属单位的所有管线信息进行整合，建立管线设施资料库，通过GIS 技术进行电子地图及其他资料的查询， 从而实现行政作业的电子化。 综合管廊信息管理系统应统一接入整个工业基地的管线综合管理信息系统中，实现“一个平台、一个中心”式的管理。

3 工程案例分析

某化工基地位于濮阳市东部， 总规划面积为65.07 km2，由西区和东区两部分组成，其中西区北依342 国道，西临城市规划的兴工路，南靠瓦日铁路，东至第二濮清南干渠，规划面积为25.6 km2；东区北依范辉高速，西邻金堤河，南靠绿洲路，东至范县葛彭路，规划面积为39.47 km2。 基地内产业定位主要依靠蔚林化工、丰利石化等现有产业，发展目标为省级化工产业集群。基地内厂间、道路绿地内、主要道路旁、建设区内外均规划有地上综合管廊（包括工业管廊及公共管廊），用于输送化工生产所需要的能源、物料、气体等；油气管道采用地下综合管廊敷设。 基地内地上综合管廊规划建设宽度为3～9 m。

该基地的综合管廊示范段拟入廊的工业管线，如表1 所示。

表1 拟敷设主要管道规格

按柱中心横向间距计算，管廊标准宽度为4 m，主要沿道路、河道及绿化带布置。局部位于道路与厂区围墙之间的管廊，因受空间限制，压缩断面为2.5 m，如图1 所示。

图1 综合管廊断面示意（单位：mm）

该示范段综合管廊采用了“钢筋混凝土支架体系+纵向钢梁以及钢桁架”结构体系，基础形式采用独立式； 抗震设防烈度按照沿黄河地区以及中原油气田区的分布数值8 度计算； 应力和结构分析计算使用压力管道应力分析软件以及PKPM 钢结构STS软件等进行。钢结构材料均采用Q235B，部分连接件采用高强螺栓； 钢结构与支架的连接采用特制预埋件、焊接等方式。

该项目地上综合管廊一般段采取的是双层廊架的布置形式，其结构形式、平立面、基础以及管廊转折时的构造如图2 所示。当用地受限时，改为采用三层廊架的布置形式，其结构形式、平立面及基础构造如图3 所示。当地上综合管廊跨越道路时，则采用跨路桁架的布置形式，其构造如图4 所示。

图2 双层廊架构造（单位：mm）

图3 三层廊架构造（单位：mm）

图4 跨路廊架构造（单位：mm）

示范段管廊主体施工采用的是“预制+拼装”的新工法。 管道安装均采用钢制托架的形式， 材料为Q235B，焊接采用连续焊，固定管托与管道及支架均焊接；滑动管托与管道焊接，与支架保持滑动。 管道托架示意，见图5。 地上式综合管廊示范段如图6 所示。

图5 管道托架示意

图6 地上式综合管廊示范

4 结论与思考

本文以濮阳某新型化工基地地上综合管廊示范工程实践为例，从规划、设计、施工、技术经济指标等方面介绍了地上综合管廊的技术特点及优势。 在管廊规划的制定中，应准确地预测管线的未来需求量，科学地制定综合管廊的总体布局，合理地开展定线，选择合适的入廊管线，确定最优的断面形式和位置。在设计和施工过程中，需注意外部环境和内部环境对工程的影响，设计过程中也应考虑施工的影响因素， 在不同的应用场合中，通过比选确定最优的设计和施工方案。

目前，我国地上综合管廊的技术标准体系，一般是针对不同行业，或者针对不同的规划要求，材料、结构要求，防火、抗震要求，基础、防腐要求，施工、运维要求等分别制定的特殊专业标准。设计人员根据这些标准，再结合敷设的各管线具体要求，确定工程的各项参数。总的说来，针对不同行业、不同工业区的相关标准已十分完备， 但缺少一个地上综合管廊专门性的统一性标准。因此，建议国家能够进一步完善综合管廊技术标准体系，为综合管廊建设提供依据和保障。