综合管廊天然气管道与给水管道共舱敷设分析

赵 伟, 袁 野, 杜建梅, 安 然, 刘佩钊, 左 川

(1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司第十设计研究院,天津300074; 2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司第四设计研究院,天津300074)

1 概述

综合管廊是按照统一规划、设计、施工和维护原则,在城市地下用于敷设城市工程管线的市政公用设施,包括天然气管道在内的各类市政管线均可纳入综合管廊[1]。2015年8月发布的《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》,为全国范围内城镇地下综合管廊建设的快速发展发挥了强大的推动作用。综合管廊在我国从2015年开始试点建设,到2022年6月底,累计开工建设综合管廊项目1 647个,长度5 902 km,形成廊体3 997 km。

直埋钢质天然气管道易发生腐蚀,同时容易受第三方施工破坏,且难以发现[2-4],维护抢修成本较高。将天然气管道敷设在综合管廊中不仅可以解决这些问题,还能使城市地下空间得到充分利用[5]。2016年6月,住建部召开了推进城市地下综合管廊建设电视电话会议,要求包括天然气管道在内的全部管线入廊。因此,天然气管道入廊成为近几年的焦点问题。天然气入廊相关标准、图集等相继发布,相关科研课题持续开展。

GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》(简称GB 50838)第4.3.4条规定“天然气管道应在独立舱室内敷设”,并在条文说明中介绍日本《共同沟设计指针》规定“天然气隧道:考虑到对发生灾害时的影响等因素,原则上采用单独隧洞。”GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》(2020年版)第6.3.7条规定,地下燃气管道不宜与其他管道或电缆同沟敷设。当需要同沟敷设时,必须采取有效的安全防护措施。因此,国内近些年建设的综合管廊工程都是将天然气管道敷设在独立舱室内。管廊舱室需满足安装、检修、维护作业所需空间,而每增加1个舱室,管廊横断面宽度增加约1.9 m,管廊本体造价增加约30%[6]。将天然气管道敷设在综合管廊中,对管道材质、焊接质量等要求更高,还需要设置可燃气体探测报警器、机械通风装置、消防器材等,天然气管道运营单位需要支付管廊空间使用费、维护费等,部分地区建设费用达到直埋敷设的7倍以上[7]。因此,有专家学者根据管道输送介质之间的兼容性提出建议:天然气管道可与给水及再生水管道同舱建设,在保障安全基础上,降低造价[8]。此外,GB 50838局部修订送审稿已将GB 50838第4.3.4条“天然气管道应在独立舱室内敷设”修订为“天然气管道宜在独立舱室内敷设”,并在条文说明中阐述“天然气管道入廊可以和给水、排水等管线共舱敷设,不强制一定要分舱独立敷设”。

本文对综合管廊工程中常见的几种收容管线组合形式,根据各类市政管线的特点和进入综合管廊的基本要求,提出天然气管道和给水管道共舱敷设(简称共舱敷设)标准段横断面设计方案,对比分析天然气管道单舱敷设(简称单舱敷设)和共舱敷设的优缺点,并提出共舱敷设的技术要求,为规范相关条文的修编提供数据支撑。

2 单舱敷设和共舱敷设对比分析

GB 50838第3.0.1条规定“给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等城市工程管线可纳入综合管廊”,不同综合管廊工程收容的市政管线种类、规格不尽相同。基于各类市政管线在综合管廊中敷设的特点,以及相关规范对横断面设计的要求,本文对综合管廊工程中常见的管线组合形式(见表1)提出单舱敷设和共舱敷设标准段横断面设计方案,表1中“—”表示管廊内不存在该管线。方案6中热力管道为上下布置,方案7中热力管道为并排布置。

表1 综合管廊工程中常见的管线组合形式

① 天然气管道和给水管道入廊

如果单舱敷设,天然气管道和给水管道入廊需设置两个舱室,而且每个舱室都需考虑安装间距和检修空间的需求,因此综合考虑进行设计,天然气舱标准段横断面净尺寸1.9 m×2.4 m,给水舱标准段横断面净尺寸1.8 m×2.4 m。如果共舱敷设,只需将天然气管道和给水管道敷设在同一个舱室内,该舱室称为水气舱。为充分利用给水管道上方的空间,天然气管道设置在给水管道的正上方,采用墙上支架支撑。根据GB 50838相关要求预留安装间距和检修空间,设计水气舱标准段横断面净尺寸1.9 m×2.8 m,对于天然气管道设置补偿器或引出支管的管廊,横断面应根据实际情况加高加宽处理。相比于天然气管道单舱敷设,共舱敷设时管廊标准段横断面净尺寸减小了约40%。可见,共舱敷设时管廊材料使用量和施工工程量都比天然气管道单舱敷设小得多,天然气管道和给水管道入廊成本和维护成本相应也会少很多,经济性优势明显。方案1单舱敷设和共舱敷设对比见图1。图1～7的尺寸单位均为mm。

图1 方案1单舱敷设和共舱敷设对比

② 天然气、给水、电力(或通信)管线入廊

对于天然气、给水、电力(或通信)管线入廊的情况,如果综合舱需要容纳的电缆数量在10排及以内,天然气管道独立成舱时,无论是天然气管道或者给水管道上方均有较大的空间。共舱敷设时,天然气管道设置在给水管道上方,缩小了舱室的横向空间,但舱室的净高增加,导致单舱敷设和共舱敷设相比管廊标准段横断面面积基本一致,共舱敷设经济性优势不明显,但共舱敷设比单舱敷设内部空间利用更充分。方案2、3单舱敷设和共舱敷设对比分别见图2、3。

如果综合舱需要容纳的电缆数量超过10排,则天然气管道独立成舱时,占用的舱室空间较大。共舱敷设时管廊标准段横断面净尺寸减小了约20%,舱室内部空间利用率更高,经济性优势明显。方案4单舱敷设和共舱敷设对比见图4。

图2 方案2单舱敷设和共舱敷设对比

图3 方案3单舱敷设和共舱敷设对比

图4 方案4单舱敷设和共舱敷设对比

③ 天然气、给水、通信、电力管线入廊

天然气管道单舱敷设时,给水、通信、电力管线敷设在综合舱;共舱敷设时,天然气管道与给水管道敷设在水气舱,通信、电力电缆敷设在信电舱。相比于天然气管道单舱敷设,共舱敷设时管廊标准段横断面净尺寸减小约21%,优势明显。如果需要容纳更多的通信和电力电缆,则共舱敷设比单舱敷设管廊内部空间利用率更高,经济性优势更明显。方案5单舱敷设与共舱敷设对比见图5。

图5 方案5单舱敷设与共舱敷设对比

④ 天然气、给水、热力、通信管线入廊

当热力管道上下布置时,共舱敷设优势不明显。而当热力管道并排布置时,共舱敷设时管廊标准段横断面净尺寸约比天然气管道单舱敷设时减小19%,管廊内部空间利用率更高,优势明显。如果热力管道管径更大、通信电缆更多,共舱敷设管廊内部空间利用率更高,经济性优势更明显。方案6、方案7单舱敷设和共舱敷设对比分别见图6、7。

图6 方案6单舱敷设和共舱敷设对比

图7 方案7单舱敷设和共舱敷设对比

3 防范共舱敷设给水管道泄漏危害的措施

① 管廊本体:共舱敷设时舱室的技术要求不得低于各类型管线单舱敷设时舱室的技术要求。

② 天然气管道:建议将天然气管道敷设在给水管道上方较高位置。若天然气管道与给水管道并排敷设,天然气管道应进行抗浮验算,并根据情况采取必要的抗浮措施。

③ 给水管道:给水管道应满足敷设在易燃易爆环境的要求。建议给水管道采用钢管,焊接连接,提高焊缝检测比例,减小给水管道泄漏或爆管的风险。

④ 附属电气设备:天然气管道和给水管道敷设在水气舱内,水气舱内的附属电气设备防护等级应适应地下环境的使用要求,应采取防水防潮措施,建议防护等级不低于IP66。水气舱内检修插座设置高度需高于事故工况时最高水位,建议不小于1.2 m,方便人员操作。

4 结论

① 对于天然气管道和给水管道同时入廊敷设的情况,共舱敷设比单舱敷设具有明显优势。

② 对于天然气、给水、电力(或通信)管线同时入廊的情况,如果电缆数量在10排及以内,共舱敷设经济性优势不明显;如果电缆数量超过10排,共舱敷设具有经济性优势,并且电缆数量越多,优势越大。

③ 对于天然气、给水、电力、通信管线同时入廊的情况,相比于天然气管道单舱敷设,共舱敷设经济性优势明显。如果需要容纳更多的通信和电力电缆,则共舱敷设比单舱敷设经济性优势更明显。

④ 对于天然气、给水、热力、通信管线同时入廊的情况,当热力管道上下布置时,共舱敷设优势不明显;当热力管道并排布置时,共舱敷设优势明显。如果热力管道管径更大、通信电缆更多,则共舱敷设经济性优势更明显。

⑤ 天然气管道与给水管道是否共舱需根据综合管廊收容管线情况,结合工程实际统筹考虑确定。