裝配式地下綜合管廊發(fā)展研究現(xiàn)狀和展望

馬 騰，孟貴林

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽621000)

1 我國綜合管廊發(fā)展背景

綜合管廊是埋置于地下的一種隧道空間(臺灣稱為“共同管道”)，它是將電力、通信、供熱、燃?xì)?、給排水等市政管線統(tǒng)一布置在地下的一種新型城市建設(shè)形式。

綜合管廊主體的施工方法分為現(xiàn)澆式、裝配式、疊合整體式混凝土。裝配式混凝土綜合管廊是提前制作成預(yù)制件，在現(xiàn)場進(jìn)行拼接的一種施工形式。拼接方式主要分為濕法和干法，濕法為混凝土現(xiàn)澆連接，干法可分為螺桿連接、焊接、機(jī)械連接及預(yù)留孔搭接連接。

2 裝配式綜合管廊的分類和對比

裝配式綜合管廊按照結(jié)構(gòu)體系劃分分為鋼制綜合管廊和混凝土綜合管廊，其中大部分為混凝土綜合管廊。

2.1 裝配式鋼制綜合管廊

裝配式鋼制綜合管廊通過高強(qiáng)度螺栓把鍍鋅波紋鋼板緊密連接形成立體管樁結(jié)構(gòu)(圖1)。鋼制綜合管廊的斷面類型多采用管拱形、拱形和梨型。這樣的斷面形式可以更好的使結(jié)構(gòu)受力均勻，結(jié)構(gòu)內(nèi)部穩(wěn)定以及使鋼制材料方便加工，得到最大的利用率。其內(nèi)部根據(jù)需要安裝組合式支架，外部構(gòu)造需要進(jìn)行二次防腐措施，連接部位采用高科技防水手段和有效的消防防火措施［2］。

圖1 武邑縣鋼制綜合管廊

我國第一條裝配式鋼制地下綜合管廊于2017年在衡水市武邑縣正式建成，該鋼制綜合管廊長度1.8 km，斷面大小為6.5 m×5 m。這項(xiàng)工程的完成不僅填補(bǔ)了國內(nèi)裝配式鋼制綜合管廊的空白，還是裝配式地下綜合管廊建設(shè)史上的重大里程碑。

裝配式鋼制綜合管廊在檢測階段要通過有限元模擬做出土壓力、水壓力、車荷載以及溫度和腐蝕度的檢測，都必須達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范方可實(shí)行。當(dāng)沒有達(dá)到時，可根據(jù)調(diào)節(jié)鋼波紋的波紋大小和鋼壁的厚度以及增大材質(zhì)的型號來滿足實(shí)際工程的需要。

2.2 裝配式混凝土綜合管廊

裝配式混凝土綜合管廊可分為全預(yù)制裝配式和部分預(yù)制裝配式，全預(yù)制裝配式又分為節(jié)段式預(yù)制裝配式和分片式預(yù)制裝配式，部分預(yù)制裝配式包含頂板預(yù)制裝配式和疊合裝配式［3］。

節(jié)段式預(yù)制裝配式是將整條長廊劃分成每1～2 m為一個單位的塊件，在加工廠預(yù)制成型后再汽運(yùn)到施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，拼接方式一般采用螺桿連接、預(yù)應(yīng)力或承插連接。這是現(xiàn)在工程實(shí)例中使用最普遍最簡潔的一種方式，施工過程簡便、施工人員少、成本低、效率高等優(yōu)勢使此方法快速被推廣。

分片式預(yù)制裝配式是將一個塊件分成上下兩部分，從側(cè)面截?cái)?，與節(jié)段式預(yù)制裝配式相同的是它們都是采用干法連接，不需要現(xiàn)場的混凝土澆筑，不需要支模板，作業(yè)空間小，運(yùn)輸方便。不同點(diǎn)是分塊式較于節(jié)段式更要嚴(yán)格的技術(shù)把控，連接點(diǎn)相對更多，不僅有縱向連接還增加了橫向連接，需要更加增強(qiáng)防水防腐蝕措施的保護(hù)。

頂板預(yù)制裝配式是將混凝土現(xiàn)澆和混凝土構(gòu)件預(yù)制相結(jié)合，頂板用預(yù)制的方法，底板和側(cè)面墻體要進(jìn)行支?；炷连F(xiàn)澆而成，最后在現(xiàn)澆好的側(cè)墻頂部搭接上頂板。這個方法的優(yōu)點(diǎn)是可以自由的澆筑管廊的艙室結(jié)構(gòu)，如可選擇兩倉或多艙艙型甚至細(xì)化每個艙室的區(qū)域功能，通過不同方式的支模就可以做到，減輕了頂板不易澆筑的問題。缺點(diǎn)是會增大相應(yīng)的施工量，需大量的模板，需要現(xiàn)場攪拌機(jī)作業(yè)，增大了施工場地，施工人員也增多，還要考慮預(yù)制部分和現(xiàn)澆部分的連接方式和整體性分析。

疊合裝配式為了改良頂板預(yù)制裝配式整體性較差這一點(diǎn)，采用預(yù)制墻板和預(yù)制頂板和混凝土現(xiàn)澆全面結(jié)合的方式。疊合式側(cè)壁的施工工藝是先搭接底板鋼筋，在底板的基礎(chǔ)上安裝疊合式側(cè)壁預(yù)制構(gòu)件，再安裝支撐，通過支撐校核墻體軸線及垂直度，在兩塊預(yù)制墻板間進(jìn)行鋼筋綁扎及支模等工作。頂板部分和側(cè)壁施工類似，預(yù)制安裝和前期工作完成后進(jìn)行混凝土澆筑。疊合裝配式和頂板預(yù)制裝配式雖然都是部分預(yù)制裝配式，但很明顯疊合裝配式的總體性能要優(yōu)于頂板預(yù)制式，其體現(xiàn)在連通的澆筑增強(qiáng)了管廊的整體性，防滲性能，施工人員大幅度減少，施工效率增大，由于將構(gòu)件拆分成外墻、內(nèi)墻、頂板、底板有利于生產(chǎn)、運(yùn)輸和起吊。

對于整體預(yù)制裝配式、構(gòu)件預(yù)制裝配式、預(yù)制疊合裝配式的成品質(zhì)量，施工速度，現(xiàn)場模板量等進(jìn)行分析對比(表1)。

表1 三種預(yù)制裝配式各性能對比

3 國內(nèi)外裝配式地下綜合管廊的發(fā)展研究現(xiàn)狀

3.1 國外裝配式地下綜合管廊

世界上第一條地下綜合管廊于1833年修建在法國巴黎(圖2)。法國政府為了改善錯雜的路面網(wǎng)線，鋪設(shè)了地下綜合管廊，將通信、電力、排水管道等市政設(shè)施都系統(tǒng)的安置于管廊中，并設(shè)置了檢修井，便于維修人員定期進(jìn)行檢測。

1893年，德國同樣修建了一條包含通訊、燃?xì)?、自來水、電力、污水排放的綜合管廊(圖3)。地點(diǎn)位于北部城市漢堡，后來在前東德地區(qū)較為流行，初期投入成本比較高，但德國專家認(rèn)為，綜合管廊的總體造價低、實(shí)用性大、環(huán)保性優(yōu)，一定是未來城市管理發(fā)展的必然趨勢。

圖2 法國綜合管廊

1926年，日本也開始興建綜合管廊，到1992年，日本已經(jīng)擁有約310 km的綜合管廊(圖4)，而且其規(guī)模還在不斷增長。1995年日本阪神大地震期間，神戶市內(nèi)多處房屋遭到破壞，路面被摧毀，但地下的綜合管廊卻大多完好無損，這大大減輕了災(zāi)后重建工作，不久城市內(nèi)電力通訊就恢復(fù)了工作使用。

圖3 德國綜合管廊

隨后，歐洲等國家也開始大量修建綜合管廊，如英國、西班牙、俄羅斯等國。

圖4 日本大阪綜合管廊

3.2 國內(nèi)裝配式地下綜合管廊

我國對綜合管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要提出的要求為：綜合管廊工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)為100 a。綜合管廊結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限和環(huán)境類別進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，并應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50476《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。綜合管廊工程應(yīng)按乙類建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并應(yīng)滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。綜合管廊的結(jié)構(gòu)安全等級應(yīng)為一級，結(jié)構(gòu)中各類構(gòu)件的安全等級宜與整個結(jié)構(gòu)的安全等級相同。綜合管廊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級應(yīng)為三級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫寬度限值應(yīng)小于或等于0.2 mm，且不得貫通［4］。

我國第一條地下綜合管廊修建于1958年，地點(diǎn)為北京天安門廣場下，長度為1 076 m。

我國綜合管廊建設(shè)發(fā)展較于國外的發(fā)展相對落后，但近幾年正在逐步穩(wěn)定向前摸索發(fā)展。1992年上海市政府規(guī)劃建設(shè)了大陸第一條規(guī)模最大、距離最長的綜合管廊——浦東新區(qū)張楊路綜合管廊［5］，該綜合管廊被埋設(shè)在道路兩側(cè)的人行道下，全長11.125 km(圖5)。截面為矩形，由兩部分組成，分別是燃?xì)馐液碗娏κ?，該綜合管廊還配置了較為齊全的安全配套設(shè)施，建成了中央計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)［6］。2001年在濟(jì)南市泉城路改建的工程中，于道路的南北兩側(cè)各建立一條綜合管廊(圖6)。全長1 450 m，高2.75 m，頂部距離地面1.5～2 m，采用混凝土澆筑，其中包含通訊、供熱、供電、供水、交通指揮、有線電視等各類管線，并充分考慮了與周邊道路管線的銜接與輻射。

圖5 上海市張楊路綜合管廊

圖6 濟(jì)南市泉城路綜合管廊

廣州大學(xué)城地下綜合管廊是國內(nèi)目前距離最長、規(guī)模最大、體系最完整的一條綜合管廊，并且也是廣東規(guī)劃建設(shè)的第一條綜合管廊(圖7)。該管廊位于廣州大學(xué)城，因此與大學(xué)城建設(shè)緊密相關(guān)，采取統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一布線的方式，集中鋪設(shè)燃?xì)?、通訊、給排水、電力等市政管線。2003年～2005年共建設(shè)綜合管廊18 km。大學(xué)城主線的三倉綜合管廊沿中環(huán)形狀布置，掩埋在小谷圍島中環(huán)路中央，全長約10 km，溝寬7 m，高2.8 m。

圖7 廣州大學(xué)城管廊

目前，四川省綿陽市已簽約81.27億元的地下綜合管廊項(xiàng)目。其中地下綜合管廊全長33.654 km，全部采用預(yù)制裝配式建造方式，是現(xiàn)階段國內(nèi)里程最長的裝配式地下綜合管廊。此次簽約的項(xiàng)目位于綿陽科技城集中發(fā)展區(qū)核心區(qū)，跨高新區(qū)、涪城區(qū)、安州區(qū)和科創(chuàng)園區(qū)。

3.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

翟世鴻、張世奎等［7］共同發(fā)明了一種全預(yù)制分片裝配式綜合管廊，管廊是由多個預(yù)制件組成的具有弧頂、弧壁以及平底的立方體，所述預(yù)制件包括頂板，其為弧形結(jié)構(gòu)；兩個弧形的側(cè)板，其分別設(shè)置在所述頂板的兩側(cè)，所述側(cè)板的上部與所述頂板平順連接；以及底板，其與所述側(cè)板的下部平順連接；所述頂板、側(cè)板以及底板之間的縱向拼縫處彎矩趨近于零。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，具有優(yōu)良的抗壓抗剪性能。

田子玄［8］通過實(shí)驗(yàn)研究疊合裝配式研究了不同的配筋方式、不同腋腳高度、不同管廊位置對管廊受力性能的影響。分析結(jié)果表明，裝配疊合板式節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的受力性能基本相同，裝配疊合式節(jié)點(diǎn)的整體性能良好。

楊靖、高悅等［9］采用反應(yīng)位移法對地下綜合管廊進(jìn)行抗震計(jì)算，考慮了地層和結(jié)構(gòu)的震動特征及其相互作用的關(guān)系，計(jì)算使用反應(yīng)位移法計(jì)算地震內(nèi)力。

王研、汪鵬［10］為計(jì)算合適的節(jié)間張拉控制力直接決定裝配式管廊的防水效果，通過工程實(shí)例建立起整段全預(yù)制裝配式管廊模型，得到不均勻沉降引起的管廊沉降差與節(jié)間轉(zhuǎn)角位移的關(guān)系。

4 裝配式綜合管廊存在的問題及展望

4.1 管廊設(shè)計(jì)的不規(guī)范性和不統(tǒng)一性

現(xiàn)在的綜合管廊建設(shè)都是根據(jù)每個地區(qū)或政府的需求設(shè)計(jì)管廊類型和尺寸，并沒有統(tǒng)一的規(guī)范制定一個可定量的尺寸和斷面形式，工廠制作加工也要專門制定模具，這樣效率低不能廣泛應(yīng)用，因此綜合管廊應(yīng)逐步走向規(guī)范和統(tǒng)一。

4.2 缺乏綜合管廊檢驗(yàn)監(jiān)測類規(guī)范

目前的綜合管廊建設(shè)成熟的施工規(guī)范有GB 50289-2016《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》和GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》。但針對于施工技術(shù)檢驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測的具體規(guī)范并沒有形成一套完整體系，因此相關(guān)編寫地方規(guī)范和省級規(guī)范的專業(yè)人員應(yīng)努力研究編寫。

4.3 增強(qiáng)對綜合管廊的認(rèn)識

很多人都不知道什么是綜合管廊以及綜合管廊存在的意義，我們需要宣傳推廣這種新型的市政設(shè)施方式，并且更有人認(rèn)為綜合管廊是一種多余的、入不敷出的建設(shè)，其實(shí)不然。綜合管廊是將多種管道設(shè)備都統(tǒng)一安放，大大減少了管道暴露在外因人為因素或氣候因素而形成的破壞，對未來的城市發(fā)展和市容市貌都有巨大的前景。因此地下綜合管廊非常具有性價比的一種建設(shè)。

4.4 綜合管廊對資金的需求

目前，制約城市地下綜合管廊發(fā)展的一個主要因素是缺少巨大的資金來源，因綜合管廊的入門門檻高、施工技術(shù)難度高、預(yù)制件的制作精良，需要實(shí)力雄厚的企業(yè)大力支持，政府的各項(xiàng)條款和規(guī)范陸續(xù)出臺，但是需要有可以承受巨大資金鏈的企業(yè)牽頭實(shí)施落實(shí)。

4.5 裝配式綜合管廊的展望

總之，城市地下綜合管廊的發(fā)展前景勢必會成為一種新興的城建形式。城市地下綜合管廊的建設(shè)不僅解決了城市居民日益增長的生活需求同城市經(jīng)濟(jì)化發(fā)展之間的矛盾，還能促進(jìn)土地資源節(jié)約化利用［11］，未來的城市將會大力發(fā)展該形式的管廊建設(shè)，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?/p>