城市軌道交通與綜合管廊共建方案研究

黃曉琳

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，710043，西安//工程師)

城市軌道交通與市政綜合管廊(即“地下城市管通綜合走廊”)作為典型市政工程，存在一些共同特點(diǎn)，如投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)、土建風(fēng)險(xiǎn)大、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高等[1]。然而，由于以往的建設(shè)忽視了城市地下空間的有限性，且地下工程在一定程度上具有不可重建性，因此，一旦先期建設(shè)工程占據(jù)了有限的地下空間，則后續(xù)工程建設(shè)難度將大幅增加，相應(yīng)的投資及風(fēng)險(xiǎn)也將大幅增加，或?qū)⒚媾R無法建設(shè)的困境[2]。

本文基于綜合管廊建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，以地鐵為例，結(jié)合地鐵車站與區(qū)間設(shè)計(jì)方案，從工程整體設(shè)計(jì)角度出發(fā)，給出典型的地鐵與綜合管廊共建方案，提出已建及新建地鐵工程同綜合管廊共建銜接及預(yù)留實(shí)施條件的一些建議，并指出了合建中應(yīng)關(guān)注的問題。

1 地鐵與綜合管廊共建的必要性分析

截止2011年底，我國(guó)各類市政地下管線長(zhǎng)度已超過148萬km[3]。地下管線繁多，存在管線數(shù)量不清、分布不明的問題。隨著新市政建設(shè)的不斷開展，城市綜合設(shè)施的不斷升級(jí)，如果道路建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，將導(dǎo)致馬路不斷重復(fù)開挖、上空電線交疊，既影響城市面貌和市民生活，又造成資源巨大浪費(fèi)，還會(huì)存在安全隱患。

建設(shè)綜合管廊是解決地下管線埋設(shè)隨意性大、分布混亂等問題的重要方案。通過在地下建造1個(gè)隧道空間，將市政、電力、通信、燃?xì)?、給排水等各種管線共設(shè)其中。綜合管廊設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)和管理。隨著地鐵的快速發(fā)展，建設(shè)綜合管廊是實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施彈性化、集約化和可持續(xù)發(fā)展的重要措施[4]。

地下綜合管廊與地鐵共建方案中，二者統(tǒng)籌規(guī)劃、同步建設(shè)。這樣不僅能解決路面反復(fù)開挖、管線事故頻發(fā)等問題，而且，有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景觀、增強(qiáng)城市地下空間利用效率、促進(jìn)城市集約高效和轉(zhuǎn)型發(fā)展，有利于提高城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量[5]。因此，地鐵與綜合管廊共建不但重要，而且十分必要。

2 地鐵與綜合管廊共建方案分析

地鐵與綜合管廓共建的形式多樣，方案也多樣。根據(jù)共建的部位不同，有地下車站與綜合管廊共建方案，地下區(qū)間隧道與綜合管廊共建方案；根據(jù)施工方法不同，有明挖法施工時(shí)與綜合管廊共建方案，暗挖法施工時(shí)與綜合管廊共建方案；根據(jù)共建界面不同，有貼建方案及合建方案等。

綜合管廊斷面型式和尺寸需根據(jù)入廊管線種類、數(shù)量與遠(yuǎn)期預(yù)留需求等情況綜合確定。對(duì)于最常用的矩形斷面而言，其結(jié)構(gòu)高度一般為5 m左右，寬度為6～8 m。典型綜合管廊按斷面型式有雙倉(cāng)式綜合管廊和單倉(cāng)式綜合管廊[6]。

2.1 地下車站與綜合管廊結(jié)合共建方案

根據(jù)地下車站與綜合管廊的位置關(guān)系，共建方案主要有三種。

2.1.1 綜合管廊位于車站主體結(jié)構(gòu)上方方案

采用明挖法施工的地下車站與管廊共建，可將綜合管廊設(shè)置在明挖車站主體上方(見圖1)。此時(shí)，車站需要適當(dāng)加深，其造價(jià)也會(huì)相應(yīng)增加。車站上方覆土一般為3.0～3.5 m，管廊覆土需0.5 m。在嚴(yán)寒地區(qū)還要滿足凍土深度要求。如埋深過淺，則管線必將受到低溫及道路荷載的影響。

受到車站上翻梁的影響，管廊的高度也會(huì)受限制，如雨水及污水等重力流管線入廊，則需在埋深較淺處設(shè)置泵站[1]，以滿足要求。

單位：mm

采用暗挖法施工的地下車站拱頂結(jié)構(gòu)上方覆土一般厚10 m左右，且無上翻梁。如將綜合管廊設(shè)置在其上方，則可根據(jù)管廊需要而采用明挖或盾構(gòu)等施工方式來實(shí)施管廊。而管廊和地下車站為2個(gè)獨(dú)立的主體結(jié)構(gòu)，對(duì)地鐵的使用及結(jié)構(gòu)無影響。故地鐵工期不受管廊施工的影響，還避免了對(duì)道路的開挖。此方案中，對(duì)地鐵和管廊的管理也更便捷。綜合管廊位于暗挖車站上方方案示意圖見圖2。

單位：mm

2.1.2 綜合管廊建于車站主體結(jié)構(gòu)一側(cè)方案

當(dāng)綜合管廊位于地下車站主體一側(cè)時(shí)，綜合管廊可與車站結(jié)構(gòu)幫接合建，也可與車站主體結(jié)構(gòu)分離。

當(dāng)綜合管廊與車站結(jié)構(gòu)幫接合建時(shí)，綜合管廊位于車站站臺(tái)層，與車站主體合建。管廊頂板兼作車站風(fēng)道及出入口的底板。管廊與車站主體結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體：使車站規(guī)模(寬度)增加、投資增加；管廊寬度和走向受限，內(nèi)部布置局促[6]。在地面道路狹窄、建筑物密集條件下，該布置方案較為受限(如圖3所示)。

單位：mm

當(dāng)綜合管廊與車站結(jié)構(gòu)分離建設(shè)時(shí)，管廊對(duì)車站結(jié)構(gòu)主體無影響，但管廊只能位于站臺(tái)層或者設(shè)備層，其埋深較大。共建處管廊與車站兩端管廊的銜接難度大。

2.1.3 綜合管廊與車站出入口共建方案

綜合管廊與車站出入口共建方案中，管廊可位于附屬結(jié)構(gòu)上方，也可位于附屬結(jié)構(gòu)下方。普通明挖車站出入口通道上方覆土一般為4.6～5.0 m。

綜合管廊位于附屬結(jié)構(gòu)上方時(shí)，管廊底板兼作出入口頂板。由于管廊覆土僅為0.5 m左右。故管廊會(huì)受低溫及道路荷載影響，而且，重力流管線入廊需在較高站點(diǎn)設(shè)置泵站。因此，如考慮重力流管線入廊，或者管廊斷面比較大時(shí)，不建議將管廊布置于出入口上方。

綜合管廊位于附屬結(jié)構(gòu)下方時(shí)，車站出入口和風(fēng)道底板兼作管廊頂板。此方案中，綜合管廊的敷設(shè)位置不受車站位置、道路荷載及凍土深度的影響，可較靈活地布置在出入口下方。管廊大小可根據(jù)需要設(shè)置，不受其他因素影響。但此方案中雨污水等重力流管線入廊相對(duì)較為困難，需設(shè)置泵站[1]。

2.1.4 共建方案分析

各類共建方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 地鐵車站與綜合管廊共建方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.2 區(qū)間隧道與綜合管廊共建方案

根據(jù)管廊與區(qū)間隧道的空間關(guān)系，共建方案可分為共建不共構(gòu)(結(jié)構(gòu)分離)與共建共構(gòu)(幫接建設(shè))兩種類型。共建共構(gòu)方案可分為上下結(jié)構(gòu)(管廊在上，地鐵在下)與左右結(jié)構(gòu)。

結(jié)合規(guī)劃條件，上下結(jié)構(gòu)共建方案可細(xì)化為雙線地鐵+四艙管廊方案、雙線地鐵+靈活布設(shè)管廊方案、單線地鐵+靈活布設(shè)管廊方案。相應(yīng)的第一種方案適合明挖法建設(shè)，第二種方案可采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工，第三種方案可采用大直徑盾構(gòu)施工。

共建還有很多組合方式。當(dāng)路面較窄時(shí)，還可采用明挖法施工單艙綜合管廊+單線地鐵的上下結(jié)構(gòu)方案。

3 管廊建設(shè)的預(yù)留條件

3.1 車站附屬結(jié)構(gòu)預(yù)留后期穿越條件

地鐵車站的結(jié)構(gòu)整體剛度相對(duì)較大。因此，后期明挖管廊從車站上方通過時(shí)，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)幾乎沒影響。當(dāng)管廊從車站一側(cè)通過時(shí)，明挖基坑可能會(huì)導(dǎo)致車站偏載；暗挖下穿附屬結(jié)構(gòu)時(shí)，也可能引起附屬結(jié)構(gòu)的裂縫或滲漏，進(jìn)而影響正常使用。

當(dāng)管廊暗挖通過車站附屬結(jié)構(gòu)時(shí)，建議將影響范圍內(nèi)的車站結(jié)構(gòu)底板適當(dāng)加厚(可按1 m厚考慮)，并考慮結(jié)構(gòu)配筋加強(qiáng)。這樣在后期管廊穿越施工期間，即使管廊與車站附屬結(jié)構(gòu)間夾土體出現(xiàn)沉降變形，甚至附屬結(jié)構(gòu)底板發(fā)生脫空，也仍能滿足附屬結(jié)構(gòu)安全使用的要求。

3.2 車站主體結(jié)構(gòu)外側(cè)預(yù)留實(shí)施條件

當(dāng)管廊明挖基坑位于地鐵車站一側(cè)時(shí)，明挖基坑的開挖可能會(huì)導(dǎo)致地鐵車站結(jié)構(gòu)偏載，影響既有地鐵車站的結(jié)構(gòu)安全。此時(shí)，需嚴(yán)格控制管廊基坑的水平向位移(主要針對(duì)管廊與地鐵車站間夾土體)。除了加強(qiáng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外，為確保既有線安全運(yùn)營(yíng)不受影響，也可預(yù)先在車站結(jié)構(gòu)外側(cè)施作1排隔離樁(鉆孔灌注樁或鋼管樁)，以將后期管廊基坑開挖的影響降低至最小。

4 合建過程中的注意事項(xiàng)

(1) 建設(shè)主體與投資主體的確定。在地鐵和綜合管廊合建時(shí)，由于建設(shè)主體與投資主體常常并不一致。因此，在合建時(shí)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)、如何確定建設(shè)規(guī)模等問題上難有統(tǒng)一的意見。所以，在合建時(shí)應(yīng)盡力協(xié)調(diào)各方關(guān)系和利益。

(2) 工程界面和投資界面的劃分。工程涉及很多區(qū)域和單位，各單位在建設(shè)中往往有自己的工程界面。而投資人也有自己的投資界面。有時(shí)會(huì)由于建設(shè)中發(fā)現(xiàn)的新問題而需變更工程界面?？梢姡顿Y界面和工程界面的劃分很復(fù)雜。為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量實(shí)地多方考察和勘測(cè)，并在施工時(shí)做好綜合協(xié)調(diào)等工作。

(3) 建設(shè)中多方關(guān)系的協(xié)調(diào)。綜合管廊工程和地鐵工程均為市政工程，其影響面廣，受制約條件又多，面對(duì)的部門繁多。工程在實(shí)施中常會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)和未知的情況。解決這些問題既需要科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，也要盡可能考慮和平衡各方的關(guān)系和利益。為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量預(yù)留出可調(diào)整的空間。

5 結(jié)語

城市軌道交通與城市綜合管廊都是建設(shè)周期長(zhǎng)、投資大、涉及面廣的綜合性地下市政工程。本文以地鐵為例，從地鐵與綜合管廊共建的必要性分析入手，闡述了綜合管廊建設(shè)現(xiàn)狀及其在地鐵站位的布置原則，綜合分析比較了各共建方案的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了管廊建設(shè)預(yù)留條件問題，提出了在共建中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

城市軌道交通與綜合管廊共建是當(dāng)前城市建設(shè)中的主流方向。其共建方案的規(guī)劃和設(shè)計(jì)將直接影響未來城市的交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)和景觀規(guī)劃等問題，其對(duì)未來城市治理的可持續(xù)發(fā)展等問題都將具有重要的參考價(jià)值。