城市综合管廊施工技术

一、城市管廊的应用与发展

1.1城市管廊介绍

管廊是目前世界上比较先进的基础设施管网布置形式,是城市建设和城市发展的趋势和潮流,是充分利用地下空间的有效手段。通过建设地下综合管廊实现城市基础设施的现代化,达到对地下空间的合理开发利用已经成为国内外共识。

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城市管廊就是指“城市地下的市政管线综合走廊”,即在城市地下建造一种隧道空间,将电力、通讯、燃气、给水、热力、排水等多种管线集约化地铺设隧道空间中,并设有专门的人员出入口、管线出入口、检修口、吊装口及防灾监测监控等系统,形成一种新型的市政公用管线综合设施,实施统一规划、设计、建设与管理。

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1.2城市管廊的应用

在城市中建设地下管线综合管廊的概念,起源于十九世纪的欧洲,首先出现在法国。自从1833的巴黎诞生了世界上第一条地下管线综合管廊系统后,至今已经有近183年的发展历程。

法国

法国由于1832年发生了霍乱,当时研究发现城市的公共卫生系统建设对于抑制流行病的发生与传播至关重要,于是在第二年,巴黎市着手规划市区下水道系统网络,并在管道中收容自来水(包括饮用水及清洗用的两类自来水)、电信电缆、压缩空气管及交通信号电缆等五种管线,这是历史上最早规划建设的综合管廊型式。

德国

1893年,原德国在前西德汉堡市的KaiserWilheim街,两侧人行道下方兴建450米的综合管廊收容暖气管、自来水管、电力、电信缆线及煤气管,但不含下水道。

西班牙

西班牙在1933年开始计划建设综合管廊,1953年马德里市首先开始进行综合管廊的规划与建设,当时称为服务综合管廊计划,而后演变成目前广泛使用的综合管廊管道系统。经市政府官员调查结果发现,建设综合管廊的道路,路面开挖的次数大幅减少,路面塌陷与交通阻塞的现象也得以消除,道路寿命也比其他道路显著延长,在技术和经济上都收到了满意的效果,于是,综合管廊逐步得以推广。

英国

英国于1861年在伦敦市区兴建综合管廊,采用12米×7.6米之半圆形断面,收容自来水管、污水管及瓦斯管、电力、电信外,还敷设了连接用户的供给管线,迄今伦敦市区建设综合管廊已超过22条,伦敦兴建的综合管廊建设经费完全由政府筹措,属伦敦市政府所有,完成后再由市政府出租给管线单位使用。

日本

日本综合管廊的建设始于1926年,为便于推广,他们把综合管廊的名字形象的称之为“共同沟”。日本早在关东大地震后,就为复兴首都而兴建八重州共同沟,但是到1963年制订《关于共同沟建设的特别措施法》以后才大规模建设共同沟。自此,共同沟成为道路的合法附属物,共同沟收容管线从起初六种传统管线扩展到后来的供热管、废物输送管(如筑波科学城)等设施,共同沟建造区域从人口密度大、交通状况严峻的特大城市扩展到仙台、冈山、广岛、福冈等地方中心城市。

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美国、加拿大和俄罗斯虽然属于国土辽阔的国家,但也都在上个世纪逐步形成了较完善的共同沟系统。美国纽约市的大型供水系统,完全布设在地下岩层的共同沟中。加拿大的多伦多和蒙特利尔市,也有很发达的共同沟系统。莫斯科地下有130公里长的共同沟,除煤气管外,各种管线均有,只是截面较小,内部通风条件也较差。

台湾地区于1991年在台北市配合铁路地下化完成中华路第一条共同沟建设。近二十年来,对综合管廊建设的推动不遗余力,成果丰硕,目前已建综合管沟有300多公里。

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北京

大陆第一条共同沟是1958年在北京天安门广场下修建的,为了日后避免天安门广场被开挖,建造了一条宽4.0m,高3m埋深7—8m长1.3公里的综合管廊,收容电力、电信、暖气等管线,1977年又建造了长约500米相同断面的综合管廊。

天津

1990年为解决新客站处行人、管道与穿越多股铁道而兴建长50m,宽10.0m,高5.00m的隧道,同时拨出宽约2.5m的综合管廊,用于收容上下水道电力、电缆等管线,这是我国综合管廊的雏形。

上海

直到1994年底,上海浦东新区的张杨路共同沟初步建成,成为国内共同沟建设的一个标志。目前国内已有或再建的综合管沟内容纳的管线为:电力电缆、电信电缆、给水管线、供热管线、排水等管线,它是我国第一条较具规模并已投入运营的综合管廊。

广州

2003年底在广州大学城建成了全长17.4km,断面尺寸为7m×2.8m的地下综合管廊,也是迄今为止国内已建成并投入运营,单条距离最长,规模最大的综合管廊。

除此以外,石家庄、昆明、沈阳、青岛、无锡、珠海、武汉、深圳等大中城市都在积极的规划设计和建设地下综合管廊项目。

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1.3城市管廊基本类型

综合管廊根据其所收容的管线不同,可分为干线综合管廊、支线综合管廊、缆线综合管廊(电缆沟)三种。

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干线综合管廊

干线综合管廊一般设置于道路中央下方,负责向支线综合管廊提供配送服务,主要收容的管线为通信、有线电视、电力、燃气、自来水等,也有的干线综合管廊将雨、污水系统纳入。其特点为结构断面尺寸大、覆土深、系统稳定且输送量大,具有高度的安全性,维修及检测要求高。

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支线综合管廊

支线综合管廊为干线综合管廊和终端用户之间相联系的通道,一般设于道路两旁的人行道下,主要收容的管线为通信、有线电视、电力、燃气、自来水等直接服务的管线,结构断面以矩形居多。其特点为有效断面较小,施工费用较少,系统稳定性和安全性较高。

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缆线综合管廊

缆线综合管廊一般埋设在人行道下,其纳入的管线有电力、通信、有线电视等,管线直接供应各终端用户。其特点为空间断面较小,埋深浅,建设施工费用较少,不设有通风、监控等设备,在维护及管理上较为简单。

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断面形式:大多为矩形结构和圆形结构,一般是根据纳入的市政管线种类、数量、施工方法、地下空间情况和当地的经济情况等进行设计。

(1)矩形断面

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矩形断面的优点是建设成本低、利用率高、保养维修操作和空间结构分割容易、管线敷设方便,一般适用于新开发区、新建道路等空旷的区域。

(2)圆形断面

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一般用于支线型市政综合管廊和缆线型市政综合管廊。

附属设施

规划标准的附属设施系统主要包括:通风系统、照明系统、受配电系统、消防系统、排水系统、有害气体监测系统、警报系统、标识系统、监控管理系统、其他经主管机关等认为有必要的设备等。

1.4城市管廊的发展前景

综合管廊建设已列入国家十三五规划中的重点基础设施投资建设项目。

2015年国务院公布的《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》,提出在36个大中城市开展地下综合管廊试点工程。2015年8月10日,国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见公布,工作目标是到2020年,建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营,反复开挖地面的“马路拉链”问题明显改善,管线安全水平和防灾抗灾能力明显提升,逐步消除主要街道蜘蛛网式架空线,城市地面景观明显好转。

2016年3月2日,财政部出台了《关于开展2016年中央财政支持地下综合管廊试点工作的通知》,财政部、住房城乡建设部决定启动2016年中央财政支持地下综合管廊试点工作。

二、城市管廊主要施工技术介绍

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2.1明挖现浇混凝土综合管廊

明挖现浇混凝土综合管廊施工为最常用的施工方法。采用这种施工方法可以大面积作业,将整个工程分割为多个施工标段,以便于加快施工进度。同时这种施工方法技术难度较低,工程造价相对较低,施工质量能够得以保证,缺点是采取此种方法需中断交通。

在场地地势平坦,周围没有其它需进行保护的建筑物,在道路施工过程中,需要进行开挖铺设管道,可以采用大开挖施工,并采用(深层)井点降水措施。此开挖方案优点是施工方便,不需要围护结构作业,施工周期短,便于机械化大规模作业,费用较低;方案缺点是土方量开挖较大,对回填要求较高。

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2.2明挖

预制拼装法综合管廊结构

装配式研发明挖预制拼装法是一种较为先进的施工方法,在发达国家较常用。采用这种施工方法要求有较大规模的预制厂和大吨位的运输及起吊设备,同时施工技术要求较高,工程造价相对较高。主要的预制构件有带管座共同沟综合管廊、带底座钢筋混凝土拱涵、带底座钢筋混凝土多弧涵管、带底座多弧缆线沟等。

施工工法现浇与预制相比,预制混凝土涵管装配化施工更具质量保证、缩短工期、降低成本、节能环保等较为显著的优势。

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2.3盾构施工法综合管廊

盾构法是在盾构保护下修筑软土隧道的一类施工方法。这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构保护下进行,并需随时排除地下水和控制地面沉降,因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。

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用盾构法进行施工具有以下优点:机械化水平高,施工组织简单,易于管理;施工安全,速度快,工程结构质量优良;施工引起沉降小,较易于控制;可在有水地层施工,不需降水;施工占地场地小;施工对周边环境干扰小,特别适合穿越既有建、构筑物之下或近旁;工程投资易于控制。缺点主要是工程变化的适应性稍差;盾构施工设备费用较高;隧道覆土浅时地表沉降不易控制;施工小曲线半径隧道时难度较大。近年来,随着管廊技术的发展,用盾构机施工城市管廊的项目越来越多。

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2.4顶管施工法综合管廊

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力,把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时,也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间,以期实现非开挖敷设地下管廊的施工方法。

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顶管施工特别适用于大中型管径的非开挖铺设,具有经济、高效,保护环境的综合功能。这种技术的优点是:不开挖地面;不拆迁,不破坏地面建筑物;不破坏环境;不影响管道的段差变形;省时、高效、安全,综合造价低。

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2.5普通暗挖施工法

暗挖法沿用新奥法基本原理,初次支护按承担全部基本荷载设计,二次模筑衬砌作为安全储备;初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。应用浅埋暗挖法设计、施工时,同时采用多种辅助工法,超前支护,改善加固围岩,调动部分围岩的自承能力;并采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环,使其与围岩共同作用形成联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计,实现不塌方、少沉降、安全施工等,并形成多种综合配套技术。

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2.6综合管廊防渗漏措施

在地下水位比较高的地区,地下工程防渗止漏是一个技术难点。虽然一定数量的地下水侵入综合管廊不至于产生严重后果,但会增加排水设施的启动次数,同时会增加综合管廊内空气的湿度,降低综合管廊内管线和监控设施的工作寿命。

综合管廊的防渗止漏设计原则是“放、排、截、堵相结合,刚柔相济,因地制宜,综合治理”。

控制变形:尽可能增加每节箱涵的分节长度,减少变形逢的数量,在节与节之间设置变形缝,同时,在变形逢缝间设置剪力键,以减少相对沉降。

细部构造防水:在变形缝、施工缝、通风口、投料口、出入口、预留口等部位,是渗漏设防的重点部位。变形缝的防水采用复合防水构造措施,中埋式橡胶止水带与外贴防水层复合使用。变形逢内设橡胶止水带,并用低发泡塑料板和双组份聚硫密封膏嵌缝处理。施工缝是防渗止漏的一个薄弱部位,因而应尽可能减少施工缝的设置数量。

2.7综合管廊节点处理

综合管廊的节点处理是综合管廊设计及施工的重点。

节点包括:十字路口或丁字路口;河道;重要的地下工程设施,如地铁、高架道路桩基、人行地道等;以及现有的大口径雨污水管道。

在十字路口或丁字路口,由于综合管廊的相互交叉影响以及要保证检修人员在综合管廊内的通行,使得综合管廊沟的节点处理比较复杂。从实质上讲,综合管廊在此类似于管线立交。从处理方法来讲,可以将综合管廊在此设计为双层而实现互通的功能,也可以通过平面尺寸的加宽来实现互通功能。在综合管廊的十字或丁字交叉节点,综合管廊可能要横穿道路,因而在节点设计时,尚要充分考虑道路车辆荷载对综合管廊结构的影响。

在穿越河道、重要的地下工程设施以及现有大口径雨污水管道时,一般需根据相互标高、位置情况,确定采用上穿或下穿通过。

三、城市管廊应用工程实例

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3.1上海张杨路共同沟

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我国兴建“共同沟”的案例,最早可追溯到1958年。但真正意义上的“共同沟”,当属1994年在上海浦东新区修建的张杨路“共同沟”。张杨路共同沟投资达3个亿,1994年土建竣工,2001年配套全部结束,累计全长11.125公里,位于张杨路南北两侧人行道下,西起浦东南路,东至金桥路,沟体为钢筋混凝土结构,横断面为矩形,由电力室和燃气室两部分组成。

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共同沟电力室中央敷设给水管道,两侧设有支架,分别设电力和通信电缆;燃气室为单独一孔室,内敷设燃气管道。共同沟内还配有各种安全配套设施,有排水、通风、照明、通信广播、闭路电视监视、火灾检测报警、可燃气体检测报警、氧气检测、中央计算机数据采集与显示等系统。是国内第一条在次干路两侧同时建设的规模最大的配给管共同沟,也是国内第一条建造在软土地基上的共同沟,将易燃易爆的燃气管道也容纳在共同沟内更是国内首次尝试。

3.2亚洲第一的高碑店热力工程

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该工程采用明挖法施工,基坑支护采用排桩+锚杆作为支护形式。由于管廊内布置了众多管线,使用或维修中难免会有跑、冒、滴、漏,因而不能忽视管廊排水。为了便于尽快将积水排除,在管廊内设置单侧排水边沟,积水经排水边沟排至管廊外的排水管中。管廊内因经常有积水存在,除需设置管廊排水系统外,还应加设人行步道,以防止因积水而影响通行。

3.3中关村西区综合管廊

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2006年建成的北京中关村西区地下市政综合管廊,集中铺设了自来水、雨水、污水、中水、供电、通讯和天然气等多种市政管线在一条共同沟里。作为北京市重点工程的中关村西区地下综合管廊工程,位于北京中关村科技园区的核心区,被称为科技园区的心脏,是科技园投资最大、标准最高、设施最完善的建设项目,其建成后将为占地面积52公顷,规划建筑面积130万平方米地上工程服务。

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中关村西区地下综合管廊工程分为地下综合管廊和地下空间两部分,整个地下管廊投资约17亿元。地下综合管廊负一层是贯穿整个社区的交通环廊,将地面交通移到地下,较好解决了地面交通问题,今后在科技园核心区地面上,全部是步行街、花坛、绿地,充分体了现科技与人文的设计理念;负二层为车库、商业、餐饮、库房、物业服务管理等设施;负三层为管廊,有燃气、热力、电力、电信、自来水等公用设施,为了将这些公用设施送到地面,共铺设主支管线约3公里。整个工程的超前设计理念在国内都尚属首例。

3.4通州环隧综合管廊

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北环环隧位于北京市通州运河核心区北区,环隧主体全长为1.5公里,设置4对进出口(4处进口、4处出口)。主隧道按单向1车道布置,两侧布置多功能车道。其功能定位主要为地下车库的交通联系通道,设计车速30公里/小时。主体结构从上至下依次分别设置行车道层、综合管廊设备夹层、综合管廊。

此工程目前已获得北京结构长城杯金奖。

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3.5北京CBD地下综合管廊

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为了给整个北京CBD核心区提供方便快捷的城市交通联系、完善的市政配套设施和应急防灾避难空间,地下公共空间市政交通基础设施项目分地下空间与地下管廊两部分,分为地下五层,由六条管廊、一条交通大厅、地下公共空间主体、地下文化中心等组成。

北京CBD核心区位于国贸立交桥东北角,北至光华路,东至针织路,南至建国路绿化带,西至东三环辅路。占地约30公顷,规划建筑面积约为150万平方米,建成后将成为集写字楼、酒店、会展中心、文化娱乐等设施为一体的高档商务区。建设用地主要包含15个二级开发地块及地下市政公共空间组成。核心区将拥有众多地标性建筑,其中“中国尊”为北京第一高楼,总高度528m。CBD核心区将建设北京市最大的地下公共空间,成为北京市开挖深度最深、面积最大、功能最复杂的地下工程项目。

3.6北京远大路电力管廊

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结论:

城市管廊施工技术是城市建设和城市发展的趋势和潮流,是充分利用地下空间的有效手段。在不久的将来,反复开挖地面的“马路拉链”问题会得到明显改善,管线安全水平和防灾抗灾能力明显提升,主要街道蜘蛛网式架空线逐步消除,城市地面景观明显好转,“一下雨就看海”将会成为历史。

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