地上綜合管廊建設(shè)技術(shù)探究

周琳，張星，姜超，陳凱

（1.中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，湖北武漢 430056；2.武穴市水利和湖泊局，湖北武穴 435400）

公用管線是確保城市和工業(yè)區(qū)正常、 安全運行的生命線。 在工業(yè)區(qū)，各個企業(yè)工藝管線繁多，要求嚴(yán)格、布置復(fù)雜，因此需通過統(tǒng)一的規(guī)劃來進(jìn)行管線綜合布置。然而，我國工業(yè)區(qū)早期各類管線建設(shè)規(guī)模和水平普遍偏低，通常為節(jié)省投資，簡單采取直埋或分散架空的方式。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市工業(yè)區(qū)職能的不斷完善， 傳統(tǒng)管線建設(shè)方式的弊端逐漸顯現(xiàn)，阻礙了我國工業(yè)集約化、高效化、新型化和創(chuàng)新性的發(fā)展步伐。

地上綜合管廊，也稱“架空管廊”（管架），常用于工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)、生活管道的集中敷設(shè)[1]。其布線形式與傳統(tǒng)簡單的管線埋設(shè)方式相比，具有明顯的優(yōu)勢，在工業(yè)廠區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。 本文擬通過地上綜合管廊的規(guī)劃、設(shè)計、施工技術(shù)要點進(jìn)行總結(jié)，管理運維、工程效益分析，對我國地上綜合管廊建設(shè)技術(shù)水平和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行論述，并結(jié)合實際案例，探討該技術(shù)的發(fā)展思路。

1 地上綜合管廊分類及特點

地上綜合管廊，即管道在地面上的走廊支架。冶金、化工等企業(yè)將很多管道集中在一起，沿著設(shè)備或廠房外架空布置并用支架撐起， 形成類似走廊的支架系統(tǒng)[2]。 地上綜合管廊按照外形分,可分為T 型、門型、單層、雙層、多層以及單片平面管架或塔架等形式；按照構(gòu)造分,可分為獨立式、懸臂式、梁式、桁架式、懸桿式、懸索式、鋼絞線鉸接式、拱形式、下懸式、墻架式和長臂管架式等形式；按照結(jié)構(gòu)材料分，又可分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)以及混合式結(jié)構(gòu)等。

架空管廊具有很多優(yōu)點：1）可節(jié)約大量建設(shè)用地，是工業(yè)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施新型化、現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。2）可節(jié)約工程造價。地上綜合管廊跨度較大，在用材上較節(jié)省，避免了直埋敷設(shè)所需的溝道、蓋板、支護(hù)及土方工程量。3）方便管理和檢修。由于架空管廊比較直觀，巡視巡查方便，發(fā)生事故時易被及時發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)急措施，防止事故的擴(kuò)大。4）為后續(xù)管線的更新擴(kuò)容創(chuàng)造了有利條件，減少后續(xù)投資。5）避免了管線因埋置于地下而同地下水、土壤等不良環(huán)境接觸，降低了腐蝕發(fā)生的概率，延長了管道壽命。6）管線架空可以起到很好的防洪效果。

綜上，綜合管廊既美觀大方、有效節(jié)省占地、便于統(tǒng)一管理， 還能減少入駐企業(yè)界區(qū)外的管道敷設(shè)建設(shè)負(fù)擔(dān)，十分有利于園區(qū)的招商引資。

2 地上綜合管廊技術(shù)綜述

2.1 管廊規(guī)劃

2.1.1 廠區(qū)綜合管廊總體布置

工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的架空綜合管廊通常布置在管線復(fù)雜、密集的地段[3]。在進(jìn)行廠區(qū)綜合管廊規(guī)劃時，應(yīng)考慮廠區(qū)的總體布置、可使用空間、場地情況、設(shè)備使用以及受限情況等綜合因素。 在前期規(guī)劃和總體布置時，注意以下幾點：1）綜合管廊應(yīng)與廠區(qū)各生產(chǎn)車間及其他建（構(gòu)）筑物相互協(xié)調(diào)，避免相互影響。管廊及入廊管線的走向、 排列應(yīng)兼顧廠區(qū)整體美觀的要求，管廊的高度也應(yīng)盡量統(tǒng)一。2）荷載及應(yīng)力較大的管道，尤其是蒸汽管道，應(yīng)放在管架下層、中間或其他合適地帶， 以使管廊受力均勻， 不利影響降到最低。輸送危險性氣體的管道最好布置在管廊的上層，并加大其與其他管線之間的間距， 以降低對其他管道的影響。 3）有特殊要求的管線，如含有各類酸、堿的管線，在布置時應(yīng)考慮泄露影響，將其布置在最下方和邊側(cè)。 高溫管線則應(yīng)考慮其與電纜、燃?xì)狻⒗鋮s用水管等之間的熱影響距離， 不應(yīng)將其布置在此類管線的下方。電纜及橋架宜布置在最上層的邊側(cè)，以避免其受到其他管線的熱影響和泄漏影響。氧氣、乙炔、氫氣管一旦發(fā)生泄漏會對其他管線產(chǎn)生干擾，因此應(yīng)適當(dāng)加大管線間距。 此外，在管道布置時，還應(yīng)考慮與除灰管道之間的避讓。 4）根據(jù)廠區(qū)內(nèi)的不同情況，綜合管廊應(yīng)采用不同的敷設(shè)形式，注意管廊與地面、路面、建（構(gòu)）筑物等保持一定的水平、垂直距離，以保證廠區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)的運行安全。跨越道路的管廊應(yīng)考慮一定的凈空高度，并設(shè)置明顯的標(biāo)識，保證大型車輛的安全通行。

2.1.2 公共綜合管廊總體布置

公共綜合管廊的規(guī)劃， 應(yīng)在滿足行業(yè)和地區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃的前提下， 做好各影響因素間的協(xié)調(diào)工作， 確保管廊的安全環(huán)保和經(jīng)濟(jì)合理。 在總體布置時，除參考廠區(qū)綜合管廊的上述布置要點外，還應(yīng)考慮以下內(nèi)容：1）公共綜合管廊宜平行于道路，并應(yīng)設(shè)置在管線接口較多的一側(cè)；2）應(yīng)優(yōu)先考慮人行道與企業(yè)圍墻間的場地，且靠近圍墻側(cè)，同時兼顧園區(qū)及廠區(qū)的整體美觀。

無論是廠區(qū)綜合管廊還是公共綜合管廊， 都應(yīng)盡量避開重要的景觀性道路以及重要的交通干道，以避免地上綜合管廊對景觀和交通造成影響；同時，綜合管廊下應(yīng)設(shè)置必要的維修通道，其余則可結(jié)合園區(qū)綠化合理考慮栽植， 還可通過爬藤植物對管廊的支墩等進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑?/p>

2.1.3 斷面規(guī)劃

工業(yè)區(qū)內(nèi)的公共管線常包含水、電、氣、能源，以及生產(chǎn)專用管這5 類。除生產(chǎn)專用管外，其余管線與市政公用管線類似， 區(qū)別在于存在較多的污廢水壓力管、中水回用管、蒸汽管等。 工業(yè)專用管線，根據(jù)入駐園區(qū)的工業(yè)企業(yè)需求確定。一般壓力管道、質(zhì)量輕的管線均可納入綜合管廊內(nèi)；重力管道、質(zhì)量較大且笨重的管線不宜納入地上綜合管廊中， 可結(jié)合地下綜合管廊建設(shè)合理布置。管廊斷面應(yīng)根據(jù)總體布置原則，結(jié)合入廊的管線類型，確定管廊的斷面形式、層數(shù)、寬度等，并應(yīng)根據(jù)實際情況預(yù)留一定的斷面余量。

2.2 管廊的設(shè)計技術(shù)

2.2.1 主體設(shè)計

地上綜合管廊的管架系統(tǒng)通常由管座、管架柱、管架橫梁或縱梁以及基礎(chǔ)等組成。

在進(jìn)行平面設(shè)計時， 綜合管廊的外邊緣至建筑物或其他設(shè)施的水平距離除須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)園區(qū)特定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外， 還應(yīng)考慮以下要求：至鐵路中線的距離不小于3.75 m；至河道頂邊緣的距離不小于3.0 m；至照明及通信桿柱的距離不小于1.0 m；至道路邊緣的距離不小于1.0 m；至人行道邊緣的距離不小于0.5 m；至廠區(qū)圍墻中心的距離不小于1.0 m；至110 kV 架空電力線路的邊導(dǎo)線，在開闊地區(qū)不低于最高塔高，在路徑受限地區(qū)不低于4 m。

管廊的豎向設(shè)計應(yīng)考慮安全凈空， 滿足各類交叉設(shè)施的豎向安全距離要求， 如距鐵路軌頂?shù)木嚯x應(yīng)不小于5.5 m；距道路路面的距離應(yīng)不小于5.0 m，最小值為4.5 m 等。

管廊的荷載計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基和基礎(chǔ)設(shè)計、以及防腐設(shè)計等可參照《化工工程管架、管墩設(shè)計規(guī)范》（GB 51019—2014）及其他行業(yè)特定規(guī)范執(zhí)行。

2.2.2 消防設(shè)計

因地上綜合管廊大部分用于工業(yè)園區(qū)， 且多敷設(shè)有輸送易燃易爆等危險性流體的管道， 一旦發(fā)生火災(zāi)，將對園區(qū)的正常生活、生產(chǎn)及周邊群眾的生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的影響， 因此地上綜合管廊的防火設(shè)計尤為重要。

地上綜合管廊的火災(zāi)危險等級可分為高、中、低以及非危險性4 個等級， 一般由其敷設(shè)的危險性最大的管道決定， 判斷依據(jù)為其所輸送的介質(zhì)性質(zhì)和管道壓力等。 同時，當(dāng)各管道滅火會相互影響時，火災(zāi)危險等級應(yīng)相應(yīng)提高。 管廊的防火間距應(yīng)根據(jù)自身的危險性分級和相鄰廠區(qū)和設(shè)施的危險性以及重要性確定，并根據(jù)消防能力核算。

在消防設(shè)計時， 應(yīng)注意消防車道須滿足消防車能夠到達(dá)任意著火點的要求。 管廊下空應(yīng)考慮管道發(fā)生泄漏時的隔離、控制和排放措施。當(dāng)管廊靠近廠區(qū)圍墻時，應(yīng)考慮在圍墻內(nèi)設(shè)置備用消防車道，同時防止管廊內(nèi)事故管道泄漏或噴射流入廠區(qū)內(nèi)部。 管廊沿線地帶不應(yīng)設(shè)置地下的排水設(shè)施或各類危險氣體或液體的地下排放設(shè)施， 若必須設(shè)置或發(fā)生空間交叉時， 則須采取一定措施防止液體滲漏進(jìn)入排水設(shè)施內(nèi)， 必要時可考慮設(shè)置強通風(fēng)設(shè)施和易燃易爆監(jiān)控報警裝置。 入廊管道系統(tǒng)應(yīng)考慮設(shè)置一定的截斷措施，如手電兩用的多功能截斷閥。針對綜合管廊輸送流體產(chǎn)生火災(zāi)的特性，可采用水、泡沫或水蒸氣等特定類型的滅火系統(tǒng)。用于滅火的物料生產(chǎn)、儲存和輸送系統(tǒng)可同地上管廊結(jié)合設(shè)置， 為管廊系統(tǒng)以及各生產(chǎn)企業(yè)提供系統(tǒng)性供給。

2.2.3 監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計

地上綜合管廊應(yīng)設(shè)計自動探測與報警系統(tǒng)，如火災(zāi)探測、泄漏探測等，沿線設(shè)置必要的手動啟動按鈕、通信設(shè)施、視頻監(jiān)控等，并配置總控中心。火災(zāi)自動探測與聯(lián)動控制信號應(yīng)采用無線自組網(wǎng)及無線網(wǎng)絡(luò)信號傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)快速、有效的傳輸。

2.2.4 結(jié)構(gòu)選型設(shè)計

地上綜合管廊因結(jié)構(gòu)材料不同可劃分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和混合式結(jié)構(gòu)等多種類型，在結(jié)構(gòu)選型時，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)安全、美觀實用、安全易維護(hù)等因素。

1）鋼結(jié)構(gòu)因其適應(yīng)改建、擴(kuò)建的需要，且建設(shè)周期短、外觀輕巧美觀，近年來應(yīng)用廣泛。 在有色冶金行業(yè)， 已有設(shè)計單位針對此種形式的地上綜合管廊進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的設(shè)計，具有十分重要的借鑒意義[6]。但其造價和后期維護(hù)費用偏高，在環(huán)境惡劣、維護(hù)不足的情況下，存在提前老齡化、銹蝕破損嚴(yán)重等問題[7]。

2）混凝土結(jié)構(gòu)造價低，后期維護(hù)費用較小，具有較好的耐腐蝕性， 但其在美觀方面不如鋼結(jié)構(gòu)的形式。 由于地上綜合管廊是線路長且標(biāo)準(zhǔn)段多的線形空間架體結(jié)構(gòu)，因此，通過先進(jìn)的預(yù)制拼裝技術(shù)，能夠使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)同鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊一樣， 達(dá)到快速施工與安裝的目的， 而且也能夠為后期改造提供便利條件。

3）混合式結(jié)構(gòu)形式吸取了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)點，將兩種結(jié)構(gòu)組合設(shè)置，既可采用橫向為混凝土構(gòu)件、縱向為鋼桁架構(gòu)件的組合，也可將下部框架采用混凝土結(jié)構(gòu)而將上部廊架采用鋼結(jié)構(gòu)。 無論從工期，還是從對周邊環(huán)境的影響等方面看，混合式結(jié)構(gòu)形式都更具優(yōu)勢，值得推廣使用。

2.3 施工技術(shù)

由于地上綜合管廊的基礎(chǔ)、 支柱和廊架均有很高的可復(fù)制性， 因此混凝土構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)廊架可在工廠中提前預(yù)制好，然后運至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，從而大大提高了施工進(jìn)度。預(yù)制拼裝法與傳統(tǒng)現(xiàn)澆法相比，具有能夠縮短工期、降低成本、節(jié)能環(huán)保等多種優(yōu)勢，具有很好的社會效益[8]。目前，預(yù)制拼裝已逐漸成為地上綜合管廊施工采用最多、效率最高的施工方法。

2.4 管理和運維

2.4.1 工程效益分析

地上綜合管廊的服務(wù)對象多為工業(yè)及化工園區(qū)內(nèi)的企業(yè)。 其技術(shù)優(yōu)勢已使其成為保障園區(qū)內(nèi)各企業(yè)正常生產(chǎn)、運行的生命線。

從工程造價上看， 單類管道直埋敷設(shè)造價一般約為每公里600 萬至1 000 萬元， 地上綜合管廊每公里1 100 萬至2 000 萬元的工程造價。因此，兩至三類管線直埋敷設(shè)總成本即可超出采用管廊集中敷設(shè)的成本。

從社會和環(huán)境效益上看， 地上綜合管廊不僅為園區(qū)公用管線的敷設(shè)、 后期運行維護(hù)及改造更新提供了方便，還能夠極大地降低事故發(fā)生的概率，節(jié)約投資，為工業(yè)企業(yè)帶來難以估量的間接經(jīng)濟(jì)效益。

2.4.2 運營維護(hù)

公共綜合管廊一般由工業(yè)廠區(qū)、 園區(qū)實行統(tǒng)一管理，以確保公共管廊管道布置合理、管位空間有效利用，以及長期的安全高效運行。在園區(qū)其他基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)時，應(yīng)預(yù)留管廊建設(shè)通道、維修通道、消防通道等，保證有效的防火安全距離。 同時，園區(qū)應(yīng)建立專門的管理機(jī)構(gòu)， 并設(shè)定完善的管理制度及安全管理體系，尤其是消防安全及各類應(yīng)急預(yù)案、詳細(xì)明了的標(biāo)識體系等，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行。

2.4.3 智慧運維

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過萬物互聯(lián)，融合云計算平臺，可實現(xiàn)綜合管廊的智慧監(jiān)控。通過建立信息系統(tǒng)共享平臺， 可對綜合管廊以及各權(quán)屬單位的所有管線信息進(jìn)行整合，建立管線設(shè)施資料庫，通過GIS 技術(shù)進(jìn)行電子地圖及其他資料的查詢， 從而實現(xiàn)行政作業(yè)的電子化。 綜合管廊信息管理系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一接入整個工業(yè)基地的管線綜合管理信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)“一個平臺、一個中心”式的管理。

3 工程案例分析

某化工基地位于濮陽市東部， 總規(guī)劃面積為65.07 km2，由西區(qū)和東區(qū)兩部分組成，其中西區(qū)北依342 國道，西臨城市規(guī)劃的興工路，南靠瓦日鐵路，東至第二濮清南干渠，規(guī)劃面積為25.6 km2；東區(qū)北依范輝高速，西鄰金堤河，南靠綠洲路，東至范縣葛彭路，規(guī)劃面積為39.47 km2。 基地內(nèi)產(chǎn)業(yè)定位主要依靠蔚林化工、豐利石化等現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)，發(fā)展目標(biāo)為省級化工產(chǎn)業(yè)集群。基地內(nèi)廠間、道路綠地內(nèi)、主要道路旁、建設(shè)區(qū)內(nèi)外均規(guī)劃有地上綜合管廊（包括工業(yè)管廊及公共管廊），用于輸送化工生產(chǎn)所需要的能源、物料、氣體等；油氣管道采用地下綜合管廊敷設(shè)。 基地內(nèi)地上綜合管廊規(guī)劃建設(shè)寬度為3～9 m。

該基地的綜合管廊示范段擬入廊的工業(yè)管線，如表1 所示。

表1 擬敷設(shè)主要管道規(guī)格

按柱中心橫向間距計算，管廊標(biāo)準(zhǔn)寬度為4 m，主要沿道路、河道及綠化帶布置。局部位于道路與廠區(qū)圍墻之間的管廊，因受空間限制，壓縮斷面為2.5 m，如圖1 所示。

圖1 綜合管廊斷面示意（單位：mm）

該示范段綜合管廊采用了“鋼筋混凝土支架體系+縱向鋼梁以及鋼桁架”結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)形式采用獨立式； 抗震設(shè)防烈度按照沿黃河地區(qū)以及中原油氣田區(qū)的分布數(shù)值8 度計算； 應(yīng)力和結(jié)構(gòu)分析計算使用壓力管道應(yīng)力分析軟件以及PKPM 鋼結(jié)構(gòu)STS軟件等進(jìn)行。鋼結(jié)構(gòu)材料均采用Q235B，部分連接件采用高強螺栓； 鋼結(jié)構(gòu)與支架的連接采用特制預(yù)埋件、焊接等方式。

該項目地上綜合管廊一般段采取的是雙層廊架的布置形式，其結(jié)構(gòu)形式、平立面、基礎(chǔ)以及管廊轉(zhuǎn)折時的構(gòu)造如圖2 所示。當(dāng)用地受限時，改為采用三層廊架的布置形式，其結(jié)構(gòu)形式、平立面及基礎(chǔ)構(gòu)造如圖3 所示。當(dāng)?shù)厣暇C合管廊跨越道路時，則采用跨路桁架的布置形式，其構(gòu)造如圖4 所示。

圖2 雙層廊架構(gòu)造（單位：mm）

圖3 三層廊架構(gòu)造（單位：mm）

圖4 跨路廊架構(gòu)造（單位：mm）

示范段管廊主體施工采用的是“預(yù)制+拼裝”的新工法。 管道安裝均采用鋼制托架的形式， 材料為Q235B，焊接采用連續(xù)焊，固定管托與管道及支架均焊接；滑動管托與管道焊接，與支架保持滑動。 管道托架示意，見圖5。 地上式綜合管廊示范段如圖6 所示。

圖5 管道托架示意

圖6 地上式綜合管廊示范

4 結(jié)論與思考

本文以濮陽某新型化工基地地上綜合管廊示范工程實踐為例，從規(guī)劃、設(shè)計、施工、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面介紹了地上綜合管廊的技術(shù)特點及優(yōu)勢。 在管廊規(guī)劃的制定中，應(yīng)準(zhǔn)確地預(yù)測管線的未來需求量，科學(xué)地制定綜合管廊的總體布局，合理地開展定線，選擇合適的入廊管線，確定最優(yōu)的斷面形式和位置。在設(shè)計和施工過程中，需注意外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境對工程的影響，設(shè)計過程中也應(yīng)考慮施工的影響因素， 在不同的應(yīng)用場合中，通過比選確定最優(yōu)的設(shè)計和施工方案。

目前，我國地上綜合管廊的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，一般是針對不同行業(yè)，或者針對不同的規(guī)劃要求，材料、結(jié)構(gòu)要求，防火、抗震要求，基礎(chǔ)、防腐要求，施工、運維要求等分別制定的特殊專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計人員根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合敷設(shè)的各管線具體要求，確定工程的各項參數(shù)?？偟恼f來，針對不同行業(yè)、不同工業(yè)區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已十分完備， 但缺少一個地上綜合管廊專門性的統(tǒng)一性標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議國家能夠進(jìn)一步完善綜合管廊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為綜合管廊建設(shè)提供依據(jù)和保障。