城市地下綜合管廊研究進(jìn)展

林廣泰，王建軍，李彩霞，鄭 健

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011)

我國(guó)改革開(kāi)放40年，由于認(rèn)識(shí)及經(jīng)驗(yàn)不足，在快速城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中產(chǎn)生了諸多問(wèn)題，其中以交通擁堵、拉鏈馬路、空中蜘蛛網(wǎng)、管線泄漏爆炸為顯著特征的“城市病”嚴(yán)重影響著城市發(fā)展以及人們的日常生活，亟待采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行解決。妥善處理好城市粗放與集約；人口擴(kuò)張與資源環(huán)境承載力；快速城鎮(zhèn)化與市政基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)及管理的關(guān)系。

城市地下綜合管廊是社會(huì)發(fā)展到一定階段的必然，是經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)主導(dǎo)下新型城鎮(zhèn)化的體現(xiàn)。城市地下綜合管廊是建于城市地下用于同時(shí)容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。本文針對(duì)城市地下綜合管廊的國(guó)內(nèi)外起源、發(fā)展、分類及特點(diǎn)，施工關(guān)鍵技術(shù)以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析總結(jié)，為相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行城市地下綜合管廊設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)維管理提供新思路，提高城市綜合承載能力，促進(jìn)城市集約、高效發(fā)展，助推新型智慧城市建設(shè)。

1 國(guó)內(nèi)外起源、發(fā)展、分類及特點(diǎn)

19世紀(jì)初期，法國(guó)巴黎誕生了世界上第一條城市地下綜合管廊。隨后，英國(guó)、德國(guó)、日本、西班牙、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)始新建綜合管廊工程，至今已有將近182年的發(fā)展歷程。國(guó)內(nèi)第一條綜合管廊始建于1958年的北京，1990年天津新客站管廊是我國(guó)綜合管廊的雛形，1994年上海浦東新區(qū)張楊路管廊是我國(guó)第一條較具規(guī)模并投入運(yùn)營(yíng)的綜合管廊，2003年廣州大學(xué)城綜合管廊是國(guó)內(nèi)目前運(yùn)營(yíng)的管廊中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的。城市地下綜合管廊經(jīng)過(guò)將近200年的發(fā)展，其設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的水平已相當(dāng)成熟。

綜合管廊在國(guó)內(nèi)經(jīng)歷了1978年以前的概念階段、改革開(kāi)放后的爭(zhēng)議階段與快速發(fā)展階段以及2010年至今的趕超和創(chuàng)新階段。迄今為止，全國(guó)共有70多個(gè)城市在建地下綜合管廊，已建和在建里程將近900 km，計(jì)劃建設(shè)800多km。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)130多個(gè)城市將開(kāi)工建設(shè)500多個(gè)地下綜合管廊項(xiàng)目，里程達(dá)2 000 km，總投資額大約3 000億元。

一般來(lái)說(shuō)，城市綜合管廊按截面形狀可分為：圓形涵管、矩形涵管、異形涵管等。其中矩形涵管又可分為單、雙、多艙結(jié)構(gòu)；異形涵管可分為三圓拱涵、四圓拱涵、多弧拱涵。按容納管線分為：干線型、支線型、纜線型以及干支線混合型，其中干線型管廊為多艙結(jié)構(gòu)，埋于機(jī)動(dòng)車道下方；支線型管廊為單/雙艙結(jié)構(gòu)，設(shè)置在道路兩旁綠化帶下方；而纜線型管廊為溝道狀結(jié)構(gòu)，淺埋于人行道下方并設(shè)置有開(kāi)啟蓋板。

城市地下綜合管廊具有綜合性、長(zhǎng)效性、可維護(hù)性、安全性、環(huán)保性、低成本性等特點(diǎn)。具體體現(xiàn)為：多艙管廊即可與城市地下商鋪、車庫(kù)、地鐵結(jié)合起來(lái)，采取統(tǒng)一建設(shè)、鋪設(shè)、管理，又可兼顧人防，具有綜合性；管廊設(shè)計(jì)要求服務(wù)期為100年，具有長(zhǎng)效性；方便檢修和更換，在運(yùn)營(yíng)維護(hù)時(shí)，結(jié)合BIM技術(shù)及機(jī)器人采用智能化監(jiān)控，大大減少了人身傷害，具有可維護(hù)性和安全性；可減少對(duì)市民交通出行的影響，避免反復(fù)開(kāi)挖對(duì)環(huán)境的影響，具有環(huán)保性；管廊雖然直接工程費(fèi)用較高，但因其長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的綜合成本比傳統(tǒng)直埋鋪設(shè)管線低30 %左右，具有低成本性。

2 綠色建造理念及施工技術(shù)

綜合管廊的綠色建造基于節(jié)能減碳理念。從綜合管廊規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工各個(gè)層面運(yùn)用科學(xué)管理和先進(jìn)技術(shù)節(jié)約人力和物力，以此提高資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。綜合管廊綠色建造包括：綠色規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工，遵循“線路最優(yōu)、截面最優(yōu)、資源投入最少、廢棄物排放最少、對(duì)周邊環(huán)境影響最小”的五大標(biāo)準(zhǔn)，確保綜合管廊達(dá)到四節(jié)一環(huán)保、快速低成本的目的。

綜合管廊根據(jù)不同施工地層、施工環(huán)境以及設(shè)計(jì)斷面分為暗挖、明挖兩種施工方法。暗挖法分頂管法(預(yù)制頂推法)、盾構(gòu)法、淺埋暗挖法。明挖法分明挖基槽支護(hù)法與結(jié)構(gòu)主體施工法，其中結(jié)構(gòu)主體施工又可分為明挖現(xiàn)澆與明挖預(yù)制拼裝方法。明挖基槽支護(hù)技術(shù)有原狀土放坡開(kāi)挖無(wú)支護(hù)、土釘墻支護(hù)、鋼板樁支護(hù)、地連墻支護(hù)、樁錨支護(hù)、樁內(nèi)支撐支護(hù)、SMW工法支護(hù)、雙排樁支護(hù)、微型鋼管樁支護(hù)等。明挖管廊主體施工技術(shù)按發(fā)展趨勢(shì)分滿堂支架全現(xiàn)澆、滑模或移動(dòng)模架現(xiàn)澆、半預(yù)制技術(shù)、預(yù)制節(jié)段拼裝、分塊預(yù)制拼裝、疊合整體式預(yù)制拼裝。明挖主體現(xiàn)澆施工流程為基坑開(kāi)挖與支護(hù)→地基處理→地面防水處理→模板與支架→混凝土澆筑→施工縫與變形縫處理→防水處理。

從綜合管廊具體施工工藝上看，預(yù)制滑模現(xiàn)澆施工技術(shù)(整體移動(dòng)模架/模板臺(tái)車)適用于標(biāo)準(zhǔn)斷面，模架固化，可整體移動(dòng)，快速施工，節(jié)省大量人工和腳手架；半預(yù)制技術(shù)是頂板預(yù)制或疊合，側(cè)墻現(xiàn)澆，可快速拆模，節(jié)省人工和腳手架；預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)適合于單艙和兩艙管廊，整體節(jié)段預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工速度快，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)鋼筋、模板、混凝土作業(yè)；分塊預(yù)制拼裝技術(shù)適合于多艙或上下兩艙斷面，斷面上分塊預(yù)制，減少吊重，便于運(yùn)輸和吊裝；疊合整體式預(yù)制拼裝技術(shù)是側(cè)墻和頂板采用疊合結(jié)構(gòu)，適合于多艙管廊，結(jié)合了全現(xiàn)澆和全預(yù)制的優(yōu)點(diǎn)；頂管施工技術(shù)(預(yù)制頂推技術(shù))適用于下穿重要建構(gòu)筑物的情況，快速、安全，對(duì)周邊環(huán)境影響??；盾構(gòu)法是運(yùn)用盾構(gòu)機(jī)械在適宜的土層中向前推進(jìn)開(kāi)挖的一種全機(jī)械化施工方法，其屬于暗挖法中的一種。盾構(gòu)機(jī)械開(kāi)挖過(guò)程中通過(guò)出土機(jī)械把向前切削的土體運(yùn)到洞外，同時(shí)運(yùn)用盾構(gòu)外殼及管片支撐剛開(kāi)挖的洞面以防止坍塌，用千斤頂頂進(jìn)預(yù)制拼裝的隧道混凝土管片形成隧道結(jié)構(gòu)；淺埋暗挖法施工目前主要運(yùn)用在隧道施工，如熱力、電力隧道等，較少應(yīng)用于綜合管廊施工。

3 綜合管廊施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 整體移動(dòng)模架技術(shù)

經(jīng)過(guò)施工技術(shù)的不斷探索與改進(jìn)，綜合管廊模架由滿堂支架發(fā)展為簡(jiǎn)易整體移動(dòng)模架，如圖1所示。整體移動(dòng)模架技術(shù)是根據(jù)不同斷面尺寸，為方便安拆滑移體系，以管廊伸縮縫為界，每施工段配備若干臺(tái)滑移體系，寬度及高度以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)形式可增減，所有整拼模板用手動(dòng)葫蘆掛在平臺(tái)底部滑梁上，墻體合模時(shí)模板通過(guò)滑梁靠近墻體并進(jìn)行加固，混凝土澆筑完成后模板通過(guò)滑梁離開(kāi)墻體，并向前滑移，通過(guò)伸縮縫后再熔接止水帶?；企w系包括六部分系統(tǒng)：架構(gòu)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、操作平臺(tái)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)。

但由于整體移動(dòng)模架技術(shù)在實(shí)際施工過(guò)程中容易出現(xiàn)多道施工縫滲漏、污水艙及燃?xì)馀撓虏控Q向墻體需人工散拼、獨(dú)立的滑移體系同步移動(dòng)暫未實(shí)現(xiàn)接出口及人員出入口兩側(cè)外擴(kuò)、滑移體系無(wú)法通過(guò)頂板早拆體系的滑移暫未實(shí)現(xiàn)等技術(shù)性制約，仍不能實(shí)現(xiàn)綜合管廊快速、低成本施工。整體移動(dòng)模架技術(shù)經(jīng)過(guò)改進(jìn)后形成了側(cè)墻滑模+頂板預(yù)制技術(shù)的半預(yù)制技術(shù)。

圖1 整體移動(dòng)模架技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 半預(yù)制技術(shù)

半預(yù)制技術(shù)是綜合現(xiàn)澆工藝優(yōu)勢(shì)與預(yù)制工藝優(yōu)勢(shì)而研究提出的一種新型新工藝，其工藝原理是管廊底板及側(cè)墻采用現(xiàn)澆、頂板采用預(yù)制安裝，如圖2所示。

圖2 半預(yù)制技術(shù)示意圖

半預(yù)制技術(shù)施工工藝流程一般為：預(yù)制蓋板→現(xiàn)澆底板→現(xiàn)澆側(cè)墻→頂板安裝→澆筑后澆帶→節(jié)點(diǎn)處理。半預(yù)制技術(shù)底板側(cè)墻現(xiàn)澆無(wú)需滿堂支架降低現(xiàn)澆難度，頂板預(yù)制安裝降低了預(yù)制難度和吊裝的重量，施工防水難度較整體預(yù)制有所降低。

3.3 預(yù)制拼裝技術(shù)

預(yù)制拼裝技術(shù)如圖3所示。其分為預(yù)制節(jié)段拼裝、分塊預(yù)制拼裝。預(yù)制節(jié)段的連接方式有縱向鎖緊裝置及無(wú)約束鎖緊裝置，其中無(wú)約束鎖緊裝置又分柔性接口和剛性接口。拼縫接頭的關(guān)鍵是防水，且預(yù)制構(gòu)件以自防水為主。目前，預(yù)制管廊的接頭形式及橡膠圈防水原理借鑒了管道的防水接頭設(shè)計(jì)方法，但綜合管廊不屬于給水排水管道，并不適用《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于預(yù)制管廊拼縫接頭的水壓試驗(yàn)也未做明確規(guī)定。制約預(yù)制拼裝技術(shù)發(fā)展的因素有：運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備起吊重量、設(shè)備租賃成本、拼裝精度及防水、人員技術(shù)培訓(xùn)等。

圖3 預(yù)制拼裝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)圖

3.4 疊合裝配技術(shù)

疊合裝配技術(shù)大多用于地下多層多跨綜合管廊施工。其通過(guò)預(yù)制底板、側(cè)墻及頂板結(jié)構(gòu)，然后把預(yù)制板疊合裝配起來(lái)，并在連接部位澆筑混凝土及采取防水等措施形成綜合管廊的施工技術(shù)。疊合裝配技術(shù)如圖4所示。

運(yùn)用疊合裝配施工使綜合管廊具有較好的防水及受力性能，結(jié)構(gòu)安全。對(duì)比前面的幾種綜合管廊施工關(guān)鍵技術(shù)，疊合裝配技術(shù)施工速度較快，工期成本較低。

圖4 疊合裝配技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)圖

4 綜合管廊未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)城市地下綜合管廊發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)三位一體綜合管廊建設(shè)新模式將得到設(shè)計(jì)施工人員的青睞；(2)快速綠色的施工新技術(shù)將得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用；(3)管廊標(biāo)準(zhǔn)化要求越來(lái)越迫切；(4)管廊設(shè)計(jì)及施工標(biāo)準(zhǔn)化是重中之重；(5)綜合管廊施工的矩形頂管機(jī)、大直徑管線安裝機(jī)械、獨(dú)特的箱涵轉(zhuǎn)運(yùn)安裝一體化駱駝車、雙向自行走桁架式吊裝系統(tǒng)以及各種盾構(gòu)機(jī)將會(huì)越來(lái)越多地被運(yùn)用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)闡述城市地下綜合管廊的國(guó)內(nèi)外起源、發(fā)展、分類及特點(diǎn)，探討整體移動(dòng)模架技術(shù)、半預(yù)制技術(shù)、預(yù)制拼裝技術(shù)以及疊合裝配技術(shù)等綜合管廊施工關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)綜合管廊未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)分析，為相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行城市地下綜合管廊設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)維管理提供思路，提高城市綜合承載能力，促進(jìn)城市集約、高效發(fā)展，助推新型智慧城市建設(shè)。

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