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城市综合管廊电力舱防火逃生口间距的技术经济分析(加密)

发布日期:2019/11/29 9:04:24 来源:163彩票

城市综合管廊电力舱防火逃生口间距的技术经济分析

中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 吴庆华 柯嘉 李健 曾二贤 王欢林 肖明杰

 

1、前言

综合管廊通常容纳有电力、给水、雨水、热力、通信等多种管线,实现地下空间的集约化使用,有效解决市政管线反复开挖造成的马路拉链顽疾,具有显著的经济和社会效益,很好地适应了我国城镇化发展需要。近年来,城市综合管廊工程在全国各地广泛开展。根据住建部公布的统计数据,截止2016年,全国147个城市28个县已累计开工建设城市综合管廊2005km

为满足综合管廊运行维护要求,特别是面临初期火灾情况下,如何保证运维人员安全,是综合管廊设计时需充分考虑的问题。通常,综合管廊需在每隔一定距离设置逃生口,用于发生火灾或其他危及运行或检修人身安全的故障时供人员撤离。

逃生口的间距过大,则可能不满足火灾期间的人员撤离要求;逃生口的间距过小,则逃生口数量相应增加,会导致工程造价、用地面积等增加。

《城市综合管廊技术规范》(GB50838-2015,以下简称《综合管廊规范》)、《电力电缆隧道设计规程》(DL/T5484-2013,以下简称《电缆隧道规程》)对敷设有电力电缆的隧道逃生口间距没有提出具体要求,工程设计中急需具体依据。

如何合理确定综合管廊电力舱的逃生口间距,有必要进行专门的研究分析,本文对此从技术、经济方面进行探讨。

2、现行规范相关条文的分析

《综合管廊规范》的5.5.4节对敷设电力电缆的隧道逃生口间距提出以下要求:

敷设电力电缆的舱室,逃生口间距不宜大于200m

敷设电力电缆的综合管廊电力舱与电缆隧道是类似的构筑物,电缆隧道的设计、建设经验对管廊设计具有很大的借鉴意义。

《电缆隧道规程》的12.3.5节对电缆隧道逃生口间距提出以下要求:

在城镇公共区域开挖式隧道的人员出入(检修)口不宜大于200m,非开挖式隧道的人员出入(检修)口间距可适当加大,且宜根据隧道埋深和结合电缆敷设、通风、消防等综合确定。

我国初期建设的综合管廊以明挖隧道为主,明挖隧道埋深往往较浅,可以很方便地设置逃生口。随着城市建设的推进,受周边条件限制,部分综合管廊工程不具备明挖施工条件,必须采用顶管、盾构等暗挖施工方式,且埋深较深。此时,设置逃生口的代价较大。

为避免地面管线、满足施工工艺要求,顶管、盾构等暗挖隧道通常位于地面以下6-20m,甚至更深的地下。每增加1处逃生口,则意味着增加1处顶管或盾构工作井,以保证隧道与地面之间的通行。工作井属于深基坑,平面尺寸往往较大,而且工作井及其影响范围内的房屋往往需拆迁或加固,附近管线需迁改或保护。这导致管廊工程的工程造价、用地面积、房屋拆迁、管线迁改等大量增加,工程实施难度也大为增加。

针对明挖、暗挖两种施工方式,《电缆隧道规程》对逃生口间距提出了不同的要求。对于明挖施工的隧道逃生口间距,《电缆隧道规程》的规定与《城市管廊规范》相同。对于暗挖施工的隧道逃生口间距,《电缆隧道规程》提出可按实际情况适当加大,以适应暗挖施工的特点。

3、暗挖施工隧道工井间距分析

从综合管廊施工角度考虑,暗挖施工主要包括顶管和盾构两种工法。顶管施工主要用于内径不大于3.5m的电缆隧道,顶管最大顶进长度与地质条件、周边环境等密切相关。通常情况下,顶管最大顶进长度可达到1km以上。盾构施工主要用于内径大于3.5m的电缆隧道,盾构机单次推进能力优于顶管,最大推进长度可达到3km以上。就施工工艺而言,顶管、盾构隧道工井间距可控制到1km以上。

从综合管廊通风角度考虑,如果防火分区两边同时加防火门,而且保证防火门正常情况下能开启通风、发生火情时能关闭,则通风分区和防火分区的划分无必然关系。因此,暗挖施工综合管廊的通风口宜和施工工作井相结合,以减少地面口部的数量,一般是将两个工作井之间作为一个通风区间。通风区段长短与管廊通风量有直接关系,区段越长,通风量越大,管廊内风速也越大。从风机选型角度考虑,通风区段长度一般控制在600m,最大不宜超过1km,一个通风区段内可以划分为若干个防火分区。

从综合管廊供电系统考虑,设备受电端的电压偏差一般情况下不得超过供电标称电压的±5%,根据以往工程经验,380V供电系统的供电半径一般在600-800米左右,工作井间距若超过此数值,需进一步加大供电电缆截面积,增加供配电系统的投资。

综合以上因素,暗挖隧道工井间距一般为600m,最大不超过1km

4、逃生口间距经济性分析

针对武汉地区某管廊工程为例,分别按《城市管廊规范》、《电缆隧道规程》的要求设置逃生口,进行技术经济比较。

该工程敷设220kV110kV电缆,电缆分别采用2000mm21000mm2截面。隧道采用顶管施工,顶管内径为3.5m,隧道长度约3.7km。顶管工作井按照间距不超过600m控制。顶管工作井始发井、接收井采用矩形断面,其平面尺寸内长×内宽分别为8m×10m8m×8m,工作井深度12-14m

当按《城市管廊规范》设计时,逃生口间距不宜超过200m,则顶管工作井应按间距不超过200m布置。结合工程周边环境等要求,需布置顶管工作井20座,始发井、接收井各10座。逃生口间距平均195m

当按《电缆隧道规程》设计时,顶管隧道的逃生口间距可适当放宽。结合隧道通风和工程周边环境等要求,需布置顶管工作井9座,其中,始发井4座、接收井5座。逃生口间距平均492m

逃生口布置分别遵循《城市管廊规范》、《电缆隧道规程》设计时,顶管工作井数量差别较大,导致工程造价、占地面积相差甚远,详见表3-3

3-3 按《城市管廊规范》、《电缆隧道规程》考虑逃生口间距时的技术经济比较

逃生口间距

遵循的规范

顶管工作井数量

工程费用(万元)

占地面积(m2

《城市管廊规范》

20

20906

2080

《电缆隧道规程》

9

23831

880

从上表可以看出,与《电缆隧道规程》相比,当按照《城市管廊规范》的要求设置逃生口时,顶管工作井数量增加了1倍以上,工程费用增加约14%,占地面积增加约136%。还需说明的是,上表中费用未计及工作井增多导致工效和工期变化因素,也未计及工井占地面积上的拆迁量。

采用暗挖施工的综合管廊往往位于城市建成区,周边环境复杂、限制条件多,而顶管工作井占地面积较大、基坑较深,对周边构筑物和管线影响大。顶管工作井数量的增加,不仅仅带来工程费用和占地面积的增加,更会导致工程协调和实施难度大大增加,甚至导致工程难以实施。

可见,不论是从工程投资角度,还是项目实施角度,合理选择暗挖综合管廊的逃生口间距,有利于指导工程建设,有明显的经济和社会效益。

5、逃生口间距技术分析

综合管廊为不经常有人进入的地下构筑物,运维人员巡视、检修发现隐患或火情情况下,根据预案或人工灭火,或紧急撤离,撤离速度按3-5m/s考虑。城市综合管廊一般设置有火灾自动报警系统,在火灾发生初期,根据消防应急指示灯的指引,运维人员可以迅速找到最近的安全出口。逃生口间距为400米时,撤离时间约为1-2分钟;逃生口间距为600米时,撤离时间约为2-3分钟,逃生口间距为800米时,撤离时间约为3-4分钟;逃生口间距为1000米时,撤离时间约为5-8分钟。可见一定范围内的逃生口间距均可实现快速撤离。

与此同时,若能采取措施降低管廊内火灾发生的概率,能进一步提高管廊的本身安全性:

1)选用具有阻燃性的电缆:选用交联电缆绝缘、外护套阻燃的阻燃电缆;电缆接头采用预制式产品并在两侧包裹防火包带;

2)对电缆实施阻燃防护:在电缆穿墙穿管等处采用高品质封堵材料进行严密封堵并使用防火包带或涂刷防火涂料;光缆、低电缆压和控制电缆采用专用槽盒敷设。

3)设置阻火分隔封堵:适当的划分阻火分隔,电缆贯穿隔墙、竖井、隧道分支处和隧道与电缆沟接口处应设置防火封堵。

4)设置火灾自动报警系统,配备固定灭火装置和自动灭火系统。做到火灾早期预警、探测报警和联动消防,全面提高管廊火灾风险防控水平。

5)加强防火组织管理,建立火灾隐患排查、治理常态机制,定期开展消防演练。

6)采用物联网新技术助力提升管廊巡检水平。配置人员定位系统和无线通信系统,实现精准运维实时运维,在险情发生时可及时告知运维人员最佳撤离方案,为运维人员安全工作保驾护航。

7)采用AI技术推动管廊安全领域的智能化创新。推广智能巡检机器人,由人工巡检转变为机器巡检,减少运维人员进入管廊内的频次。

目前电缆隧道防火没有专门的规范,参考《人民防空工程设计防火规范》(GB 50098-2009),商业营业厅、展览厅等,当设置有火灾报警系统和自动灭火系统时,防火分区允许最大建筑面积不应大于2000m2,该条文是从限制人员总数的角度对防火分区做了规定。对于综合管廊、电缆隧道等构筑物,可参考该条文,对于内径3-5m的暗挖管廊,逃生口间距可取为400-600m

6、结语

1 对于顶管、盾构等暗挖施工的综合管廊,与《电缆隧道规程》相比,若按照《综合管廊规范》的要求设置逃生口时,工作井数量增加了1倍以上,工程费用和占地面积增加较大。工作井占地面积较大、基坑较深,对周边建构筑物和管线影响较大,工作数量的增加会导致工程实施难度加大。

2)逃生口间距的选择,应结合火灾撤离需求、隧道施工方法、通风要求、周边环境、工程造价和实施难度等因素综合考虑。建议暗挖施工的综合管廊电力舱逃生口间距,可根据工程实际情况,一般选择400-600m,特殊条件下可以考虑800-1000m

3)综合管廊消防设计应采取“预防为主、防消结合”的原则,首先从源头做起,防患于未然,提高管廊的本身安全性;其次,做好撤离预案,推广智能巡检,确保运维人员的安全性。

(本文选自2018年学术年会论文集)

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