李 雙 鳳

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

綜合管廊安全、良好的內部環(huán)境是各類專業(yè)管線及附屬設施設備安全運行的保障,亦是運營管理單位安全運營的前提。我國綜合管廊的運營管理經驗尚淺,研究不夠深入,不能為各專業(yè)管線及附屬設施設計提供充分的基礎數據資料,設計人員難以對設計方案的制定做到充分而全面的考慮。設計單位往往基于自身類似工程的相關經驗制定綜合管廊的設計方案,綜合管廊施工建設方式粗獷,待管廊投入運營后往往暴露大量的缺陷,而后修訂未來待建管廊的設計方案,顯然缺乏可靠性、經濟性及合理性。因此,需要對綜合管廊的關鍵技術進行前瞻性研究。

目前,全國各地均出現因管廊內潮濕的工作環(huán)境所導致的大量現場金屬支架銹蝕及部分附屬設備損壞的情況。人們越來越多地著眼于綜合管廊的內部環(huán)境對管道運行安全、附屬設施正常運行及運維巡檢人員人身安全的影響,希望根據綜合管廊不同艙室內不同的內部環(huán)境,有針對性地合理配置不同的現場檢測儀表,對綜合管廊內部的各種關鍵環(huán)境數據進行監(jiān)測,并從各種環(huán)境參數特別是各類有毒有害物質對巡檢人員的安全保護,以及綜合管廊內部環(huán)境對管道安全運行的角度考慮,制定經濟、合理的環(huán)境控制策略。

1 綜合管廊的環(huán)境特點

綜合管廊整體布置于地面淺層土壤內,覆土深度為0.7～2.5 m,雨季往往整體位于地下水位之下,管廊四周土壤潮濕,對結構主體的防水性能要求較高,而結構主體的防水性能對各入廊專業(yè)管線的安全運行以及附屬設施的正常運行影響較大。

管廊的結構主體由標準斷面段及變電所、通風口、投料口、引出口、交叉口等特殊節(jié)點組成。標準斷面段結構施工采用預制拼裝方式時,約每2 m需設有一處拼接縫;采用混凝土現澆方式時,一般每30 m左右設置一處變形縫,變形縫處設置密封橡膠圈密封。變形縫的密封性能以及結構內、外防水性能受產品質量、施工方法及施工質量的影響較大。

綜合管廊內的氣流組織較為復雜,主要體現在以下兩個方面:① 管廊的廊道即風道,風道內設有大量的各類專業(yè)管線,且綜合管廊沿道路延伸、彎曲;② 綜合管廊全線設有較多的特殊節(jié)點,包括投料口、引出口、通風口、設備口等,據不完全統(tǒng)計這些特殊節(jié)點相對綜合管廊標準段的占比高達30%以上,這些節(jié)點或位于管廊頂板正上方與管廊連通,或節(jié)點處頂板局部抬高。既受限于綜合管廊的結構,又要充分考慮工程造價及廊道的可利用空間,通風設計的難度較大,管廊中存在較多的通風不良處,且難以在設計階段準確判斷,管廊內的附屬設施有時難免設置于通風不良處。

管廊內與地面溫差較大。夏季室外空氣溫度與管廊內空氣溫度相差近10 ℃,特別是雨季室外空氣濕度已飽和,管廊通風時室外空氣遇冷即在管道及附屬設施設備表面凝結。目前,已投入運營的綜合管廊普遍存在夏季管廊內長期空氣濕度高,雨季長期空氣相對濕度為100%。綜合管廊內未作防腐處理的金屬安裝輔材甚至在管廊投入運營前已銹蝕,潮濕已成為綜合管廊內管線安全運行最大的潛在威脅。

2 現行國家標準、規(guī)范中對相關工作場所的環(huán)境要求

GBZ/T 205—2007《密閉空間作業(yè)職業(yè)危害防護規(guī)范》[1]中規(guī)定:缺氧環(huán)境,<18%;富氧環(huán)境,>22%。GB 8958—2006《缺氧危險作業(yè)安全規(guī)程》中規(guī)定:在已確定為缺氧作業(yè)環(huán)境的作業(yè)場所,必須采取充分的通風換氣措施,使該環(huán)境空氣中氧含量在作業(yè)過程中始終保持在0.195以上。

GBZ 2.1—2007 《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學有害因素》中規(guī)定工作場所各類有毒有害物質的接觸極限,甲烷的爆炸濃度下限約為5%(約35 714.3 mg/m3)。GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規(guī)定》[2]規(guī)定甲烷的報警濃度不應大于爆炸濃度下限的20%。

綜合管廊內平時無人值守,運維及管線歸屬單位人員日常工作中往往是新管線敷設與安裝、巡檢管線、清理管廊內積灰、管線維修等,在管廊內停留時間因維護內容不同而不等?？紤]人員可能在管廊內任一區(qū)段長時間停留,本文針對綜合管廊內各種有毒有害氣體的濃度研究均以日常工作8 h的平均容許接觸濃度限制為依據。

3 綜合管廊內各入廊管線的安全隱患

綜合管廊內集中敷設的公用給水、雨水、中水、污水、供冷、供熱、燃氣、電力及通信管線等集中敷設的公用設施、管線等歸屬不同單位,一般由管線歸屬單位進行維護。不同專業(yè)管線的運行特點不同,安全隱患也不同,不僅影響管廊的正常運營,更威脅運維人員的人身安全[3-7]。

(1) 壓力水管的安全隱患。給水管、中水管、供熱管、供冷管均為壓力水管,一般采用鋼管、球墨鑄鐵管等。入廊敷設的壓力水管由于受綜合管廊內的結構主體保護而免于受到其他工程的影響,正常運行時應無漏損。但在管材加工質量差、管道運輸下料過程中輕微受損,接口質量不佳,閥門銹蝕、磨損,施工質量不高,管道或管道支架防腐不力等情況發(fā)生時,仍存在管道漏損,甚至爆管的可能。

上述水管輸送的介質均經過凈水廠、污水廠或能源站等處理,符合相關行業(yè)的衛(wèi)生標準。水管內PH值接近中性,即便發(fā)生水管漏損或爆管事故對管廊內防腐金屬支架及管材的腐蝕性極小,對同艙敷設的其余專業(yè)管道無威脅。即便是成分較復雜的中水內多為非揮發(fā)性物質,且容量遠小于相應物質在水中的溶解度,不會析出。石油類揮發(fā)性物質即便全部滲入空氣中其濃度仍不超過GBZ 2.1—2007的規(guī)定。

因管廊內的排水泵為排除日常滲漏水設計,受限于事故段的排水流量,壓力水管一旦爆管,短時間內即將達到管廊事故段允許的淹沒深度(含電纜的綜合艙為最底層電纜支架安裝高度,約0.3 m,管道艙為附屬設施最低安裝高度,約1.2 m),威脅電力電纜及附屬設施的安全運行。

此外,供熱管一旦漏損嚴重或發(fā)生爆管事故,將在管廊內部形成高溫/高濕的空氣環(huán)境,或對與其同艙敷設的給水管道內水質產生影響,破壞其他專業(yè)管道的防腐設施。而供熱管道因為有保溫層的保護,管道初期的暗漏不易察覺,待發(fā)展到明漏往往已出現嚴重漏損。因此,日常需實時監(jiān)測供熱管道的溫度,以便運維部門及早發(fā)現管道的初期漏損。

(2) 污水管的安全隱患。排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的污水水質必須符合現行GB 8978—1996《污水綜合排放標準》的規(guī)定。輸送達標排放污水的污水管道內多為非揮發(fā)性物質,且容量小于相應物質在水中的溶解度,不會析出。石油類及揮發(fā)酚即便全部滲入空氣中其濃度仍不超過標準GBZ 2.1—2007的規(guī)定。因此,管廊內用于輸送排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)污水的管道威脅主要是漏損或爆管后生物耗氧導致的管廊內部含氧量下降。

收集去往污水處理廠的抽送產生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道內可能存在的有毒有害氣體種類繁多、成份復雜,根據危害方式的不同,可分為有毒氣體(窒息性氣體)、腐蝕性氣體和易燃易爆氣體三大類:① 有毒氣體是通過人的呼吸器官在人體內部對其他組織器官造成危害的氣體,如硫化氫、氰化氫、一氧化碳、二氧化碳等氣體。這些氣體在人體內部一般是抑制人體內部組織或細胞的換氧能力,引起肌體組織缺氧而發(fā)生窒息性中毒,因此也叫窒息性氣體;② 腐蝕性氣體一般是消毒氣體,如氯氣、臭氧氣體、二氧化氯氣體等,發(fā)生泄漏時,對人體的呼吸系統(tǒng)起腐蝕作用,產生毒害;③ 易燃易爆氣體通過與空氣混合產生一定比例時遇明火引起燃燒甚至爆炸而造成危害,如甲烷、氫氣等。此種類型的污水管道中的有毒有害氣體濃度較高,且在輸送途中仍不斷發(fā)酵產生,一旦管道漏損或發(fā)生爆管事故,則管道內有毒有害氣體將不斷釋放至綜合管廊內部,污染管廊內的空氣環(huán)境,嚴重威脅檢修人員的人身安全。溢流液及有毒有害氣體如長期滯留在管廊內部,還將威脅到其他專業(yè)管道的運行安全。需要設置相應的有毒有害氣體檢測儀表,并聯動通風系統(tǒng)。

(3) 天燃氣管的安全隱患。入廊敷設的城鎮(zhèn)天然氣管道為主干管道,管道內天然氣為氣田、油田經預處理后通過管道輸送的商品天然氣。天然氣中甲烷的含量在90%左右,甲烷著火溫度為540 ℃,天然氣的最小點火能量較低,為0.48 MJ。天然氣擴散能力強,泄漏后易形成大面積擴散區(qū),與空氣形成爆炸性的混合氣體,在有氧情況下如果局部達到爆炸極限(體積濃度5%～15%),就有可能會引發(fā)爆炸。因此,燃氣艙內的附屬用電設備選型必須嚴格遵守國家標準GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》的要求。

燃氣管道在綜合管廊內敷設僅能沿管廊延伸方向泄壓,泄壓面積有限,由于缺少泄壓通道,燃氣管道一旦發(fā)生嚴重漏損、爆管將嚴重威脅綜合管廊的結構主體安全、燃氣艙內的附屬設施安全、相鄰艙室內敷設的其他專業(yè)管線及附屬設施安全。因此,必須對入廊敷設的燃氣管道進行嚴密監(jiān)控,嚴防燃氣管道泄漏的發(fā)生。

燃氣管道是綜合管廊內危險性極大的管線,必須在管廊燃氣艙現場通風不良處設置相應的可燃氣體檢測儀表,并實時檢測?？紤]天然氣比重小于空氣,可燃氣體檢測儀表一般吸附管廊頂板安裝。

4 綜合管廊內有毒有害氣體濃度調研

對已投入運行的沈陽某綜合管廊進行調研,該綜合管廊總長約為18 km,呈幾字形分布于道路綠化帶下方,管廊東西、南北向縱伸均超過7 km,地質及土壤條件多樣。該綜合管廊全線采用單艙斷面,內部僅設有電纜艙,容納中、高壓電力電纜。管廊內的儀表配備較為完備,現場在各防火分區(qū)中部(可視為通風不利處)均固定安裝檢測氧氣、一氧化碳、甲烷及硫化氫的儀表。

調研結果表明,未有危險管道入廊時管廊內的典型有毒有害氣體的平均濃度均較低,遠低于GBZ 2.1—2007的相關規(guī)定。

建議開展針對不同綜合管廊建設環(huán)境、不同地質條件的有毒有害氣體產生來源的研究以及長期的跟蹤調研,為管廊的附屬監(jiān)控系統(tǒng)設計提供參考。既要防止設計考慮過于理想,缺少必要條件下的現場檢測儀表設置,又要防止過度設計,造成投資浪費。

5 綜合管廊儀表配置建議

管廊內僅敷設電力電纜、通信纜線時,僅需配置基本的氧氣及溫/濕度檢測儀表,吸頂安裝。需要強調的是南方雨季室外空氣溫度較高,濕度較大,長期通風反而將室外潮濕空氣引入管廊,在管廊“天然空調”的環(huán)境遇冷后冷凝析出,將嚴重威脅管廊內金屬管道及附屬設施的安全。傳統(tǒng)的除濕措施在管廊內應用往往缺乏經濟性。建議高溫潮濕季節(jié)管廊日常維護選擇在相對干爽的天氣(夜間)進行。

壓力水管入廊時,為防止壓力流水管或管廊外部水倒灌,在綜合管廊容納有壓力水管的艙室內沿線需設置危險水位報警裝置。危險水位報警裝置采用爆管監(jiān)測液位開關,安裝在每個單元地勢較低的集水坑旁,或在集水坑內設置投入式液位儀。工程經費受限時,僅在管道閥門安裝處等薄弱環(huán)節(jié)設置;供熱管入廊時還需在管道沿線配置線型感溫光纜,具體做法為在每根供熱管道上平行捆綁敷設一根感溫光纖,與感溫光纖主機通信,并在管道閥門安裝處、補償器等薄弱環(huán)節(jié)設置攝像機,以便人工輔助判斷。

收集去往污水處理廠的抽送產生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道入廊時還需配置相應的有毒有害氣體檢測儀表?？紤]污水管道內的有毒有害物質成分復雜,比重小于、大于或接近空氣,不同有毒有害氣體檢測儀表安裝高度需綜合考慮運維人員作業(yè)高度范圍,按照有毒有害氣體積聚高度設置。工程經費受限時,可僅在管道閥門安裝處等薄弱環(huán)節(jié)設置相應的有毒有害氣體檢測儀表。與污水管道歸屬單位信息交互后充分了解污水成分,也可僅針對某種典型有毒有害氣體設置檢測儀表。綜合管廊一般隨新建道路建設,管廊的設計難以與入廊管線的設計同步,且管線設計往往落后于管廊建設,設計人員難以在設計階段把控入廊污水管道內介質成分。為防止過度設計,造成投資浪費,建議有毒有害氣體檢測儀表不在管廊附屬監(jiān)控設計階段設計,待污水管線入廊時再與管道同步設計、同步施工。

天然氣管道入廊時,還需設置甲烷濃度檢測儀表,采用吸頂安裝。此外,天然氣管道一旦泄漏,還會隨通風系統(tǒng)進入通風口上層風道,因天然氣密度遠小于空氣,風道內成為燃氣艙制高點,為防止氣體積聚,也需設置檢測儀表。需要強調的是根據GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》等規(guī)定,天然氣管道敷設方式只允許直接埋地或架空敷設,以形成密閉空間。綜合管廊為相對密閉空間,天然氣管道入廊敷設,即便不計成本單獨成艙,仍嚴重威脅相鄰艙室的安全,建議燃氣管入廊與否需慎重考慮。

此外,考慮到綜合管廊主體的安全性對入廊敷設的各類專業(yè)管道保護的重要性,建議在綜合管廊地質條件變化較大、較薄弱的區(qū)域設置相應的沉降、位移監(jiān)測儀表,監(jiān)控綜合管廊的結構主體受力、變形情況。

6 結 語

介紹綜合管廊的總體布置、環(huán)境、通風等特點,以現行國家標準、規(guī)范中對相關工作場所的環(huán)境要求為依據,討論綜合管廊內可能積聚的威脅管道安全及人身安全的有毒有害氣體的類型,并從兼顧保護巡檢人員安全及管線運行安全需求,以及工程經濟性的角度分析,確定現場檢測儀表配置的標準與原則。

(1) 入廊敷設的相對安全管道:給水管道、中水管道、供冷管道、輸送排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的污水管道。入廊敷設的危險管道:收集去往污水處理廠的抽送產生易燃易爆和有毒有害氣體的污水管道、供熱管道以及燃氣管道。

(2) 天燃氣管道入廊敷設的危險性極大,且點火能量低,須實時檢測燃氣艙現場通風不良處可燃氣體濃度,并與通風系統(tǒng)聯動。設置于燃氣艙內的所有用電設備,包括現場檢測儀表均需采用防爆產品。

(3) 僅設有安全管道的艙室內可優(yōu)先考慮為巡檢人員配備便攜式、在線式有毒有害氣體檢測儀表,以避免過度設計,造成投資浪費。

(4) 現場安裝的有毒有害氣體檢測儀表僅需在敷設危險管道的艙室內通風不良處設置,且僅需針對危險管道內的流體類型設置。

(5) 檢測儀表可以是固定安裝,也可以是移動安裝,具體可經過經濟技術比較確定。

[1]密閉空間作業(yè)職業(yè)危害防護規(guī)范:GBZ/T205—2007[S].

[2]城市綜合管廊工程技術規(guī)范:GB50838—2015[S].

[3]孫平,王立,劉克會,等.城市供熱地下管線系統(tǒng)危險因素辨識與事故預防對策[J].中國安全生產科學技術,2008,4(3):130-133.

[4]孫平,朱偉,宋瑞.城市地下管線典型事故分析及防治對策[J].城市公用事業(yè),2012,26(2):43-45.

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