大断面地下综合管廊——水信仓综合管线安装技术研究

1 工程概况

九棵树中路（云瑞南街—万盛南街）管廊长度1736.262m，为四仓和五仓两种结构形式，其中云瑞南街–金澜街管廊主体结构为四跨闭合框架结构，金澜街–万盛南街管廊主体结构为五跨闭合框架结构。路口分支节点8处，进排风井各5处，吊装口有7处。综合管廊内附属系统主要包括排水系统、消防系统、通风系统、供电系统、照明系统、标示系统、报警系统等。

1.1 水信仓结构

（1）水信仓概况。九棵树中路地下综合管廊每个仓室独立分仓，每仓安装周期相同，施工总体部署思路一致，以下按照最大的仓–水信仓–各种管线安装进行施工部署。水信仓包括电力支架、电力管线、再生水管道（ DN 400）、给水管道（ DN 400）、给水管道（ DN 1200）、人行步道施工、弱电及监控安装。水信仓断面如图1所示。

图1 水信仓断面示意

（2）水信仓吊装。水信仓管道、电力支架及各种管线，从吊装口由夹层吊装进入，夹层吊装口长11m，宽1.4m，夹层高2.8m，夹层顶板预埋起重机轨道I32a，长5.7m，间距3.0m。施工完毕与地面连接的吊装口用盖板封闭，与主管廊连接的吊装口用刚盖板封闭。

1.2 综合管廊主要机电系统设备功能及特点

（1）水信仓内排水系统。综合管廊舱内设置积水坑，由人行步道高出10cm，两侧形成排水明沟，水经排水沟收集汇入排水泵井，经水泵提升后，下游排入市政排水系统。纵坡随管廊纵坡变化，且排水沟的纵向坡度不小于0.2%，坡向排水泵井。在有夹层处设地漏、穿墙管和排水立管，将夹层排水引至管廊排水沟。水信舱排水泵井按低点设置，尺寸为2100mm×1400mm×2200mm（H），安装潜水泵一用一备。电力舱排水沟设置150mmUPVC管道，所收集仓内水排入水信仓排水泵井内，每个集水坑顶部钢格板封盖。

（2）水信仓内通风系统。水信仓通风分区设置按照防火分区布置，在同一防火分区内，在端头各设置1套排风系统、1套进风系统。排风进风流程：室外→进风百叶→进风井→进风机→电动防烟防火阀→综合管廊→电动排烟防火阀→排风机→排风竖井→排风百叶→室外。水信仓每个排风夹层里面布置1台排风机。采用自然补风方式。风机为轴流式通风机：双速排风机型号SWF11型，风量20988m3/h，压头为750Pa，功率为5.5kW。

（3）水信仓内照明系统。照明区域分为综合管廊内仓内照明、各夹层照明、人员出入口照明。仓内人行道上的平均照度不小于15lx、最低照度不小于5lx。出入口和设备操作处局部照度为100lx。综合管廊每个防火分隔的进排风井（人员进出口）处设置本防火分隔照明灯具的控制开关。应急疏散导向灯、安全出口指示灯不控制。各个仓室应急照明灯（长明灯）检修照明灯在一个防火分隔的两端采用双控开关控制，也可采用远控方式。仓内所有电器设备防护等级采用IP65，灯具为防触电保护等级I类设备，应采用节能型光源。

（4）水信仓内弱电系统。包括环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统、地理信息系统、电子巡查管理系统、统一管理平台、井盖监控系统、电力监控系统、网络系统。

2 工程特点

（1）作业空间狭窄，管线种类多，施工时多道工序交叉，作业难度大。水信仓净空高度3m，宽度5.3m，长度为1736.262m。包括给水管道、再生水管道、电信（电力）支架及其管线、进排风系统、消防及照明系统等。由于工期紧，安装需要合理组织、减少影响，提高效率。

（2）管道安装体量大，工序多、管道运输、安装影响安装进度。水信仓管道安装作业工序多，包括支墩安装、管道焊接、打压试验、冲洗试验等。并且水信仓内有3条管道，主要为碳钢管或不锈钢钢管。焊接量大，吊装运输量大。按照8m管道长度，每条管线焊口约350条，且管道为 DN 1200及 DN 400的钢管及不锈钢管，焊接工序作业给有限空间作业管理带来了严峻的考验。

（3）密闭空间有限空间管理作业的环境尤为重要。地下综合管廊施工完毕，管道及各种管线支架的安装成为主要的施工项目，按照国家安全生产监督令《工贸企业有限空间作业安全管理与监督暂停规定》，地下综合管理属于有限空间作业，照明、通风气体检测成为重要保障条件。

3 水信仓内管道及机电安装总体思路

3.1 总体部署原则

为了顺利进行管道及管线安装，根据施工特点及现场条件，经过分析，安装部署过程应遵循以下原则。

（1）保证管廊内管道安装施工安全。

（2）管道安装时合理安排工序，减少各工序之间相互影响。

（3）合理规划安装顺序，已安装完毕的管道不能影响后续管道的运输及安装。

（4）前一道工序完成后，加强成品保护工作。

（5）合理组织，减少影响，提高效率，保证施工质量。

3.2 BIM技术分析

本项目建设规模大、节点多、工艺复杂。BIM小组新建了综合管廊BIM模型，对各个施工过程进行分析。水信仓管道安装主要应用有以下两个方面。

3.2.1　可视化图纸会审

项目通过对管廊内管线进行BIM建模，检查到一些预留孔洞错误、剖面图错误以及管线与结构预留位置不满足施工要求等，并且对于发现的图纸问题应及时与设计人员进行沟通解决。

3.2.2　碰撞分析

项目对水信仓管道进行了碰撞分析，给水管线分析节点125个，发现高程错误3处，管线碰撞1处，墙体预留洞口错误2处。4号、7号支管廊夹层出入口，在夹层中未设置吊装口，管道只能由预留洞口穿入，且弯头直径是管道直径的1.25倍，但是当时预留的孔洞只能穿过直线管道。施工人员可利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主沟通的能力。 

3.3 BIM施工工艺模拟

本工程对水信仓管道安装的全部工艺进行了施工模拟分析（图2）。分析各工序的安装顺序，避开了相互干扰，减少了工序交叉带来的窝工，各工序施工过程一目了然。

图2 BIM施工工艺模拟

3.3.1　安装工艺流程

给水、再生水管道（ DN 400）→电力支架、电力管线→给水管道（ DN 1200）→人行步道施工→弱电及监控安装。

3.3.2　安装部署分析

（1） DN 400给水、再生水管道安装。按照水信仓内管道分布的特点， DN 400的再生水、给水管道分布于水信仓的两侧，两侧管道中心间距达3.9m，考虑首先对其施工，对其他管线的安装及运输影响最小，且工期较紧， DN 400给水、再生水管道两侧同时施工也不相互影响，施工速度快、相互干扰小。

（2）侧墙强弱电支架的安装。侧墙上强弱电支架采用螺栓固定，结构施工时在内部侧墙预埋螺栓，结构施工完毕安装沿墙辐射支架，强弱电沿支架敷设。支架及线缆运输与管道运输方式相同，采用小车运输，人工安装。由于工作面较大，支架安装采用划分流水段作业，节省工期，提高安装速度。

（3）给水管道（ DN 1200）安装。按照设计管道的位置， DN 1200mm直径的给水管道位于管廊中间，是最大的入廊管道，管道外径 DN 1220mm，每根长8m，单根重3.25t。

在管廊内安装难度最大，因其位于管廊中间，若全线安装完毕，将隔断管廊内左右联通通道，将会给施工带来不便。

（4）人行步道施工。人行步道施工安排在管道施工完毕进行，由于在管廊内管线运输及安装过程中管道运输频繁，成品保护难度较大。

按照设计图纸给水及再生水管道支墩部分已侵入步道内，如果先安排步道施工，步道为异形结构，模板支撑不易控制精度，步道施工质量难以保证。因此人行步道施工安排在管道结构施工完毕进行，人行步道混凝土运输由每个吊装口下料，分段浇筑。

（5）强弱电其他设备安装。考虑到管廊内强弱电设备较多，且大部分为精密仪器，选择在管廊内其他专业都施工完毕统一进行安装，并穿线、调试。

4 管道安装技术措施

为保证施工顺利进行，在管廊管道设备安装前做好必要的技术措施，是保证安装工程顺利进行的前提，也是安装质量保证的重要条件。

4.1 管道及管线运输

4.1.1　地面至管廊垂直运输技术

管廊内所有管道及管线全部由吊装口垂直运输至管廊内，因此在每个施工区域内布置1台门式起重机，按照吊装进度需要，在各吊装口间移动。按照吊装重量，吊装设备采用5t门式起重机。在吊装口上安装垂直提升系统（龙门架）。

（1）龙门架设计原则。吊装设备采用两台5?t的单轨吊车进行提升，单轨吊车通过安装在龙门架的轨道，完成物料的垂直或水平运输。龙门架最大的工程量就是 DN 1200mm给水管道的运送。配合单轨吊车吊装，在吊装口的一侧方便大型机械运输出入的方向设置临时材料场，距离竖井不小于6m，并做地面硬化，以保证地基承载材料场内土体的侧压力。

（2）龙门架材料选用。龙门架立柱和横梁选用牌号Q235 I40a，单轨吊车导梁采用Q235 I45a，立柱间支撑采用L100×100×10角钢。

（3）龙门架节点形式。龙门架采用单跨结构12m，由门架和1根行走梁组成。每个门架由2根立柱和1根横梁组成。工字钢间连接时用焊接钢板，钢板间用螺栓连接。每根立柆采用独立基础，基坑为800mm×800mm×800mm，浇筑C30混凝土，柱脚采用厚度为20mm的钢板，预埋在基础混凝土内，柱脚预埋件与立柆焊接。竖井口两立柱基础可用2根12m长的I 50a并焊，每侧伸出竖井外缘2m以上，以减少竖井结构施工和龙门架相互影响。焊缝高度不小于所焊型钢腹板厚度，钢板连接其焊缝高度应不小于钢板厚，焊接质量应达到一级。龙门架的节点形式如图3所示。

图3 龙门架节点形式示意

4.1.2　管廊内水平及垂直运输技术

（1）在综合管廊的夹层中，管道由设置在夹层顶板中的吊装梁横梁吊装，吊装横梁为I32工字形钢，同样配备5t单轨吊车进行提升，以保证管道在管廊夹层内水平运输到各个仓室。

（2）仓内的水平运输，按照管道直径及运输构件大小加工、制作运输小车，并运输到指定地点。

（3）管道的精确定位由提前预埋在管廊顶板中的吊装勾起吊，吊装梁每隔8m设置3处吊装勾，采用电动葫芦进行位置调整及精准就位。

4.2 综合管廊临时照明系统

4.2.1　电力系统设计

临时用电分为电气动力和电气照明两个系统。电气动力采用TN-S供电方式，电缆由配电室沿室外敷设的管道进、排风井等至各个防火分区的低压照明配电箱及风机控制箱。电气照明导线采用穿管及架空敷设等方式，灯具采用36V安全低压照明灯具。

4.2.2　临电布置

（1）九棵树中路管廊每个防火分区设置1台低压照明配电箱，照明配电箱安装于风井内。每个排风、进风井设置1台二级配电箱，二级箱提供照明配电箱与风机的电源。

（2）进排风井内二级箱电源由就近临时配电箱提供，采用YC-4×25+1×16电缆，低压照明变压器控制箱电源取自在同一进、排风井内的二级配电箱内开关，采用YC-5×10电缆，穿PVC32管。

（3）低压照明变压器箱内分5个回路，第一个回路控制电力1仓低压照明，第二个回路控制电力2仓，第三个回路控制水信仓低压照明，第四个回路控制燃气仓低压照明，第5个回路控制热力仓低压照明。

（4）仓内照明均采用21W/36V螺纹口LED节能灯泡，灯口选用陶瓷防水灯口，普通照明灯具安装间距为燃气仓及电力仓6m、水信仓4m，安装高度为2.8m。

（5）管廊内部标准段每隔20m设置1个疏散指示标识，每隔20m设置1个应急照明灯具。疏散指示及应急照明灯均自带蓄电池，应急时间不小于60min，疏散指示安装高度为2.5m，采用吊装的安装方式。应急照明灯安装高度为2.6m，安装方式为吊装。

4.3 综合管廊管道安装临时通风系统

4.3.1 临时风机布置

水信仓、热力仓不划防火分区，通风分区间距不超过400m。通风系统流程为：室外→进风百叶→进风井→进风机（仅燃气仓有）→电动防烟防火阀→综合管廊→电动排烟防火阀→排风机→排风竖井→排风百叶→室外。电力仓在每个通风分区的起点和终点分别设1座送风井、1座排风井。排风夹层里面设置2台排烟兼排风机。每台风机负责1个通风分区，采用自然补风方式。水信仓、热力仓的送风井和排风井出地面的位置同电力仓。每个排风夹层里面布置1台排风通风机，采用自然补风方式。

4.3.2 临时风机布置要求

管廊内的风机电源取自设置在就近的进排风井二级配电箱。风机直接由二级箱手动开闭。风机电源电缆为YC-4×2.5明敷设，进排风井顶板做吊钩，吊钩做绝缘处理，电缆敷沿吊钩至风机口的风机。

（1）通风风机采用手动控制。

（2）为保证风道内气流组织顺畅，风机选择高效轴流风机。

（3）燃气仓、电力仓每个排风道里设置1台排风机，水信仓排风道里设置2台排风机，各负责左/右侧约200m防火分区的通风。

5 结束语

通过对综合管廊BIM建模、可视化图纸会审、碰撞分析，提前检测图纸中出现的不合理或错误之处，并对管道安装的全部工艺进行了施工模拟分析，分析各工序的安装顺序，避开了相互干扰，减少了工序交叉带来的窝工，使各工序施工过程一目了然。

目前我国正在大面积地开展地下综合管廊的规划、设计与施工，但是对于综合管廊的管道安装技术还不成熟，在综合管廊的狭窄空间施工，管道及管线安装工序组织不合理，会造成前道工序返工、返修现象严重，给地下综合管廊的管线安装施工技术带来前所未有的挑战。

该技术通过在北京市通州区九棵树中路地下综合管廊中的应用，并通过合理的组织与策划，不仅提前了管廊内管道安装进度，而且创造了效益，可为后续管廊管线安装施工提供借鉴。