自動化集裝箱碼頭綜合管溝斷面設計

李 彬，柴治國，鐘良生，楊苑霖

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

隨著人工智能、5G通信技術、北斗導航系統、物聯網等最新科技與港口工程的深度融合，自動化集裝箱碼頭技術日趨成熟，不斷在我國碼頭建設中得以應用和發展。自動化集裝箱碼頭具有管線眾多、后期維護要求高等特點，故對港區綜合管線敷設方式提出更高的要求，但目前港口工程綜合管線建設水平基本上還停留在傳統埋地敷設的狀況。傳統管線埋地敷設存在占地大、抗不均勻沉降差、維護管理不便、各類管線重復開挖不經濟等問題，已無法滿足自動化集裝箱碼頭眾多管線的敷設要求，亟需一種適用于自動化碼頭的新型綜合管線敷設方式即綜合管溝。

港口工程綜合管溝為可容納服務于港區兩類及以上管線的構筑物，其主要特征為帶可開啟蓋板、無覆土或少覆土、內部無需滿足人員正常通行要求、多為單艙結構、管溝斷面靈活、無下料口、通風和消防設施等附屬設施[1]。相對于傳統管線埋地的敷設方式，綜合管溝具有集約用地、抗不均勻沉降、方便運營維護等顯著優點，可以有效解決自動化集裝箱碼頭的管線敷設問題。

1 港口工程綜合管溝設計存在的問題

《海港總體設計規范》[2]提出沿同一路由的主干管線數量較多或距離較長時，可采用綜合管溝敷設，通信電纜管線與高壓輸電電纜管線須分開設置、燃氣管線與電力電纜須分開設置。而《城市綜合管廊工程技術規范》[3]要求110 kV及以上電力電纜不應與通信電纜同側布置。而港區電纜多為35 kV及以下，按此規范理解，港區電力電纜與通信電纜可共溝、同側布置。

《河港總體設計規范》[4]提出當條件具備時，可采用綜合管溝的方式，并明確熱力管線不得與電力、通信管線共溝，可能互相產生危害的管線不應共溝。其中未提及綜合管溝斷面的具體要求。

《城市綜合管廊工程技術規范》提出城市綜合管廊按建設規模分為干線綜合管廊、支線綜合管廊和纜線管廊，相較于干線、支線綜合管廊，港區綜合管溝具有入溝管線少、艙室少、斷面小、投資省等優點，常見城市綜合管廊與港區綜合管溝的對比見表1。而結構簡單、造價相對較低的纜線管廊僅用于電力電纜和通信電纜的敷設，功能單一，無法滿足港區給排水管線、電力管線、通信管線等管線的敷設要求?！冻鞘芯C合管廊工程技術規范》未對公稱直徑400 mm以下口徑的管線予以區分，而港口工程給水管線管徑較小，公稱直徑一般小于400 mm，不能有效指導港口工程小口徑給水管線的斷面布置。

表1 城市綜合管廊與港口工程綜合管溝對比

2 入溝管線分析

港口工程管線有給水管、再生水管、消防水管、電力電纜、通信電纜、壓力排水管、重力流雨水管、重力流污水管等，北方港區還會有熱力管線，由市政供給港區燃氣的還會有燃氣管線。一般情況下，給水管、再生水管、消防水管、通信電纜、電力電纜進入綜合管溝技術難度較小，這些管線可以同艙敷設，壓力流排水管與給水管相似，可優先安排進入綜合管廊內。

鑒于部分港區用地緊張，而重力流雨水管線管徑較大，可利用綜合管廊結構本體排除雨水，在設置獨立的雨水艙結構及排水坡度，并采取防止雨水倒灌或滲漏至其他艙室的措施后，雨水可以考慮入溝。

天然氣管、重力流雨水管、重力流污水管、熱力管道進入綜合管廊須滿足相關安全規定，天然氣管道及熱力管道不得與電力管線同艙敷設，且天然氣管道應單艙敷設。若天然氣管道及熱力管道入廊，均須單艙敷設，將大幅增加綜合管溝的投資，且港區天然氣及熱力管道一般直徑較小、數量不多，可采用明敷或直埋敷設。因此，港區綜合管溝一般不考慮熱力管道、燃氣管道入溝。

港口工程重力流污水管線一般集中于輔建區，污水管道多為重力流，受充滿度、坡度和上下游管線高程的制約，同時污水管線在運行中管內會產生硫化氫、甲烷等有毒有害氣體，散發惡臭氣味，為后期的管溝運營維護帶來諸多安全風險，且輔建區多為綠化帶、人行道，方便重力污水管線敷設。因此，港區綜合管溝一般不考慮重力流污水管線入溝。

綜上，港口工程入溝管線一般為給水管、再生水管、消防水管、通信電纜、電力電纜、壓力污水管，特殊情況下雨水可入溝。

3 綜合管溝設計要點

3.1 斷面布置原則

由于國內尚沒有港口工程綜合管溝的相關規范，對于綜合管溝的斷面布置可參考電纜溝、電纜隧道及纜線管溝的相關要求，而管溝內給水管線布置與室內管道布置類似，可參考室內管線架空安裝方式：

1)綜合管溝的斷面形式根據入溝管線的種類、數量、預留空間等綜合確定，并應滿足管線安裝、檢修、維護作業所需的空間要求。

2)港區電力電纜與通信電纜可共溝、同側布置；同側布置時，高壓電力電纜宜布置在下方，通信電纜布置于上方。

3)熱力管線不得與電力、通信管線共溝。

4)電力電纜的支架間距應符合《電力工程電纜設計標準》[6]的有關要求。

5)給水管線布置可參考《室內管道支架及吊架》[7]關于沿墻安裝管道托架的相關要求，上下兩層管道間距應滿足閥門安裝、操作空間要求。

6)綜合管溝須設置排水設施。

3.2 斷面設計

3.2.1標準斷面

綜合管溝標準斷面見圖1。

圖1 綜合管溝標準斷面

3.2.2管溝通道

參考電纜隧道、電纜溝等的凈空要求，可將綜合管溝進行分類，綜合管溝類型劃分及通道凈尺寸見表2。

表2 綜合管溝通道的凈尺寸

根據《電力工程電纜設計標準》的條文解釋，溝深小于600 mm的淺溝設置通道主要是為了安裝電纜支架，并非用于通道。因此，不對淺溝的通道寬度做要求，但管溝凈寬不小于300 mm。

3.2.3水管布置

根據管道安裝、維護、閥門安裝及操作要求，公稱直徑在400 mm以下水管安裝的空間尺寸見表3。

表3 不同管道管徑安裝間距要求

3.2.4電力、通信管線布置

最下層線纜支架與溝底的距離不小于100 mm，即B3為100 mm。港區供電電壓一般為35 kV以下，兩層明敷電力電纜支架層間距見表4。

表4 明敷電纜不同電壓等級安裝間距要求

通信電纜一般采用槽盒敷設，兩層通信電纜槽盒支架間距可按槽盒高度增加100 mm計。線纜支架長度根據線纜數量確定，一般不超過600 mm。綜合管溝其他各參數的選取可參考表5。

表5 明敷電纜不同電壓等級安裝間距要求

通過以上方法，根據入溝管線數量、管徑等基本可確定綜合管溝斷面。

3.3 排水

綜合管溝須設置排水設施，鑒于港區綜合管溝深度較淺，而港區雨水管線較深，末端雨水出口可深4～5 m，管溝排水可通過間隔設置排水管將溝內積水排至港區雨水管，并在排水管末端設置防倒灌器，防止港區雨水倒灌進入管溝內。

當管溝周邊排水管深度不足時，可設置強排設置，間隔設置積水坑收集溝內積水，提升至港區雨水管網。

4 綜合管溝應用實例

廣州港南沙港區四期碼頭工程(簡稱“四期工程”)、欽州港大欖坪南作業區9#、10#泊位工程(簡稱“欽州工程”)均為自動化集裝箱碼頭，港區管線數量較多，自動化作業水平較高，對后期管網維護要求高，而傳統埋管敷設方式無法滿足要求，通過在港區設置綜合管溝，解決了工程中遇到的問題，達到了設計目標。

在四期工程中，輔建區位于工程南側，碼頭區及堆場區位于北側，中心變電所、供水加壓站、中控室等均位于輔建區，從輔建區至碼頭區、堆場區的線纜、管線較多，且需要預留一定的遠期發展空間，故采用大型的綜合管溝。為防止地面雨水進入，堆場箱區的管溝頂面突出地面，箱區管溝斷面見圖2。

圖2 大堆場箱區型綜合管溝斷面(單位：mm)

在四期工程中，綜合管溝過路段采用淺埋，淺埋段長度約50 m，過路段管溝斷面見圖3。

圖3 過路段大型綜合管溝斷面(單位：mm)

在四期工程中，平行于碼頭后方堆場的線纜數量相對較少，只有1根給水管，故采用中型綜合管溝，其斷面布置見圖4。

圖4 中型綜合管溝斷面(單位：mm)

在欽州工程中，自動化集裝箱堆場采用U形布置，軌道邊距離道路僅有1.5 m，采用傳統的埋管方式位置不足，考慮設置微型綜合管溝，其斷面布置見圖5。

圖5 微型綜合管溝斷面(單位：mm)

5 結語

1)自動化集裝箱碼頭用電設備較多，電力及通信電纜較常規港區增加較多，且近年來環保要求越來越高，對自動化集裝箱碼頭的船舶污水、清潔壓載水的收集也提出了要求，故港區給排水管線也增加較多。相對于管線傳統埋地敷設，綜合管溝具有集約用地、管線容量大、抗不均勻沉降、運營維護方便等諸多優點，可以有效解決自動化集裝箱碼頭管線多、運營維護要求高等問題。

2)通過分析綜合管溝的特點，根據入溝管線的類別、數量，提出適用于港區的綜合管溝斷面尺寸的相關建議。結果表明，方便開啟的單艙管溝斷面適用于多個自動化集裝箱碼頭。

3)綜合管溝不應僅局限于自動化集裝箱港區，對于常規港區、工業園區、城中村改造等管線較多、用地受限區域也具有較大的適用性，在采取可靠的雨水防倒灌措施下，可考慮將雨水入溝，將雨水管涵設置在管溝下方，用地更集約，性價比更高。

4)目前國內尚無綜合管溝的相關規范，對綜合管溝在港口工程中的推廣應用有一定的局限性，建議相關部門盡快組織開展綜合管溝的相關研究、標準立項等工作，以期對其推廣提供相關依據。