綜合管廊綠色建造的有效途徑

油新華，華 東，王恒棟

(1.中國建筑股份有限公司技術(shù)中心，北京 101300；2.北京城投地下空間開發(fā)建設(shè)有限公司，北京 100044；3.上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

城市綜合管廊是一種現(xiàn)代化、科學(xué)化、集約化的城市基礎(chǔ)設(shè)施[1]。我國的城市綜合管廊建設(shè)經(jīng)過幾十年的醞釀，到2015年才開始井噴式的發(fā)展，并將成為未來一個時期內(nèi)我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容之一[2]。但隨著綜合管廊的快速發(fā)展，各種各樣的規(guī)劃設(shè)計和施工問題相繼出現(xiàn)，制約著我國的綜合管廊建設(shè)朝著健康良性的方向發(fā)展；同時，國家在大力倡導(dǎo)“綠色建造”，城市綜合管廊建設(shè)也應(yīng)該充分響應(yīng)這個號召[3]。本文針對我國城市綜合管廊建設(shè)的現(xiàn)狀和存在的問題，提出綜合管廊綠色建造理念，并從綠色規(guī)劃、綠色設(shè)計和綠色施工3個實現(xiàn)手段入手，詳細論述實現(xiàn)城市綜合管廊綠色建造的途徑和綠色建造技術(shù)，力圖在綜合管廊的建設(shè)方面提供一個可行的思路。

1 提出的背景

我國的城市綜合管廊建設(shè)，從1958年北京市天安門廣場下的第1條管廊開始，經(jīng)歷了概念階段、爭議階段、快速發(fā)展階段以及趕超和創(chuàng)新階段。截至2015年底，我國已建和在建管廊1 600 km，2016年完成開工建設(shè)管廊2 005 km，2017年的計劃指標(biāo)是2 000 km，并且一直到“十三五”末每年都將以2 000 km的規(guī)模發(fā)展(“十三五”期間數(shù)據(jù)來源于《全國城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五” 規(guī)劃》)，預(yù)計到2020年將建成一批具有國際先進水平的地下綜合管廊并投入運營[4]，我國有望成為名副其實的城市綜合管廊超級大國。

在管廊市場蓬勃發(fā)展的背景下，是幾大央企之間的博弈。雖然國家鼓勵社會資本進入綜合管廊的PPP市場，但是迄今為止，罕有民營企業(yè)從事綜合管廊的投融資建設(shè)，其關(guān)鍵點在于民營企業(yè)和政府之間的相互信任問題。而央企必須承擔(dān)起關(guān)乎國計民生的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的責(zé)任，加之綜合管廊相對于其他基建項目，具有施工周期短、施工難度小、施工利潤高等特點，導(dǎo)致幾大央企之間的競爭十分激烈。為了搶占市場，并做到快速低成本地完成建設(shè)，需要各大央企重點考慮后期運營維護的問題，這就為實現(xiàn)綜合管廊的綠色建造提供了外在條件。同時，國內(nèi)目前的綜合管廊項目大多是PPP項目，允許規(guī)劃設(shè)計、施工、運營一體化，這也為綜合管廊的綠色建造提供了內(nèi)在需求。

目前大部分地區(qū)的綜合管廊建設(shè)存在缺乏合理規(guī)劃、設(shè)計水平參差不齊的情況，且大部分采用現(xiàn)澆施工，存在模板腳手架投入多、需要工人數(shù)量多、施工工期長、現(xiàn)場施工噪音大、施工質(zhì)量受工人水平影響大等諸多問題。在此背景下，本文提出綜合管廊綠色建造理念，通過對規(guī)劃、設(shè)計和施工3個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，從而解決上述問題。

2 綜合管廊綠色建造理念

2.1 綜合管廊綠色建造的定義

綜合管廊的綠色建造是指在綜合管廊的規(guī)劃、設(shè)計和施工全過程中，在保證施工安全和質(zhì)量的同時，通過科學(xué)管理和技術(shù)進步，提高資源利用效率，節(jié)約資源和能源，減少污染，保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的工程建設(shè)生產(chǎn)活動。

2.2 綜合管廊綠色建造的“352”理念

要實現(xiàn)綜合管廊的綠色建造，必須采用綠色規(guī)劃、綠色設(shè)計、綠色施工3個手段，遵照線路最優(yōu)、斷面最優(yōu)、資源投入最少、廢棄物排放最少、對周邊環(huán)境影響最小5條原則，最終達到四節(jié)一環(huán)保、高效低成本2大目的(見圖1)。

2.3 綜合管廊綠色建造的實現(xiàn)手段

想要實現(xiàn)綜合管廊的綠色建造，綠色規(guī)劃是前提。在滿足服務(wù)功能完善、對周邊環(huán)境影響最小、建設(shè)成本最低的原則下，合理規(guī)劃管廊線路、經(jīng)濟規(guī)劃入廊管線、預(yù)留空間適度開發(fā)、集約化規(guī)劃地下空間(見圖2)。

圖1 綜合管廊綠色建造“352”理念Fig.1 "352" concept of green construction of utility tunnel

圖2 綜合管廊綠色規(guī)劃實現(xiàn)途徑Fig.2 Approach of green planning of utility tunnel

想要實現(xiàn)綜合管廊的綠色建造，綠色設(shè)計是關(guān)鍵。據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，設(shè)計方案對整體造價的影響在60%以上，大多數(shù)問題也是出現(xiàn)在設(shè)計階段。因此，要在施工方便、節(jié)約資源、保護環(huán)境的原則下，合理設(shè)計斷面布局、經(jīng)濟設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸、提前設(shè)計預(yù)留預(yù)埋、適度設(shè)計預(yù)制裝配、有效設(shè)計防水體系(見圖3)，其中關(guān)于后期運營維護的設(shè)計非常重要,應(yīng)考慮合理的管廊監(jiān)控手段。

圖3 綜合管廊綠色設(shè)計實現(xiàn)途徑Fig.3 Approach of green design of utility tunnel

想要實現(xiàn)綜合管廊的綠色建造，綠色施工是保障。在節(jié)約資源、減少污染、保護環(huán)境的原則下，采取經(jīng)濟的基坑開挖方案、快速的結(jié)構(gòu)施工方案、合理的預(yù)留預(yù)埋方案、安全的近接施工方案(見圖4)。

圖4 綜合管廊綠色施工實現(xiàn)途徑Fig.4 Approach of green construction of utility tunnel

3 綜合管廊綠色建造技術(shù)

本文基于綜合管廊綠色建造的基本理念，從綠色規(guī)劃、綠色設(shè)計、綠色施工3個實現(xiàn)手段入手，詳細分析實現(xiàn)綠色建造的可能途徑，并總結(jié)六大綠色建造技術(shù)如下。

3.1 超前的集約化設(shè)計技術(shù)

在進行綜合管廊的規(guī)劃設(shè)計時，要考慮目前及未來要建設(shè)的地鐵、地下商業(yè)、地下快速路等其他地下空間的項目，統(tǒng)籌考慮、集約化規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)，否則將會帶來規(guī)劃節(jié)點沖突、周邊環(huán)境保護困難、施工成本增加等難題。目前在很多城市的地下空間項目設(shè)計中有很多成功的案例，同時也出現(xiàn)了很多矛盾。

3.2 合理的斷面設(shè)計技術(shù)

斷面設(shè)計能反映設(shè)計水平的高低，也會直接影響施工。斷面設(shè)計合理，施工起來就非常方便，因此在斷面設(shè)計和布局時要掌握以下幾點：1)斷面設(shè)計在滿足規(guī)劃預(yù)留條件的同時，應(yīng)盡可能地優(yōu)化管線布局，減少斷面尺寸；2)同一個項目應(yīng)盡量減少斷面設(shè)計數(shù)量；3)艙位盡量不采取分幅布置，以免開挖2次路面；4)盡量避免外掛小艙的斷面設(shè)計，模板和腳手架很難施作，基底處理也非常困難。

3.3 快速的結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

相對于地鐵等其他地下工程，綜合管廊的斷面不大、埋深較淺，施工難度相對較小，但由于其是線性工程，動輒幾km乃至幾十km，因此如何快速、低成本、保質(zhì)保量地完成施工，是應(yīng)該重點考慮的問題。常規(guī)的支架法現(xiàn)澆技術(shù)存在混凝土外觀質(zhì)量差、模板腳手架投入多、現(xiàn)場管理難度大等缺點，因此漸漸出現(xiàn)了各種各樣的預(yù)制拼裝法和滑移模架法。對于單艙管廊，比如中建六局施工的三亞管廊項目，首先采用滿堂紅支架，后采用簡易整體移動模架(見圖5)；對于多艙管廊，可以采用整體移動模架(見圖6)，也可以采用模板臺車(見圖7)。經(jīng)過多個項目實踐證明，預(yù)制拼裝法和滑移模架法大大提高了施工速度，降低了施工成本，大大改善了混凝土的外觀質(zhì)量。

圖5 單艙簡易移動模架Fig.5 Simple moveable formwork with single cabin

圖6多艙整體移動模架Fig.6 Integral moveable formwork with multi-cabin

圖7 多艙模板臺車示意圖(單位：mm)Fig.7 Sketch of multi-cabin formwork trolley (unit: mm)

3.4 適度的預(yù)制裝配技術(shù)

目前市場上出現(xiàn)的預(yù)制裝配技術(shù)主要分為節(jié)段預(yù)制裝配、分塊預(yù)制裝配、疊合預(yù)制裝配、組合預(yù)制裝配等形式(見圖8)，在綜合管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。但是由于項目本身的規(guī)模、斷面設(shè)計、施工場地的不同，不能簡單地認(rèn)為某一種預(yù)制裝配技術(shù)是唯一最優(yōu)選擇。經(jīng)過大量的實踐證明，每種預(yù)制裝配技術(shù)都有其適用性，因此要根據(jù)施工目的、預(yù)期目標(biāo)以及現(xiàn)場的實際情況，采取適合的預(yù)制裝配技術(shù)。一般情況下，單艙和兩艙等斷面不大的管廊采用節(jié)段預(yù)制裝配技術(shù)，三艙以上的管廊采用分塊預(yù)制裝配技術(shù)和疊合預(yù)制裝配技術(shù)。組合預(yù)制裝配也是一種好的技術(shù)，但是由于國內(nèi)對其橫向和縱向之間的連接方式以及增加的中隔墻(板)等構(gòu)件研究不夠深入，目前在國內(nèi)還沒有實際應(yīng)用案例。另外，在周邊環(huán)境復(fù)雜、場地狹小的地方，無法進行大型構(gòu)件的運輸和吊裝，因此無法采用節(jié)段預(yù)制裝配技術(shù)。

圖8 綜合管廊預(yù)制裝配技術(shù)演變圖Fig.8 Evolution diagram of prefabricated assembly technology for utility tunnel

3.5 有效的防水施工技術(shù)

雖然綜合管廊的防水等級設(shè)為2級，但是由于其使用年限為100年，且未來對運營環(huán)境的要求較高，設(shè)計院和施工單位在防水設(shè)計和施工時都極其重視，因此要考慮氣候條件、水文地質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點、施工方法、使用條件、技經(jīng)指標(biāo)6個因素，遵循防排截堵相結(jié)合、剛?cè)嵯酀?、因地制宜、綜合治理4項原則，掌握結(jié)構(gòu)自防水和施工縫、變形縫等接縫防水2個重點，把控好材料、設(shè)計和施工3個環(huán)節(jié)，最終設(shè)計出有效、可靠、施工方便的防水方案。進行防水設(shè)計時，在滿足規(guī)范要求的情況下，不能盲目地保守設(shè)計或者過度設(shè)計，以免造成浪費；同時應(yīng)做好防水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，盡量避免一個項目多種防水體系，人為地給施工造成困難。

3.6 經(jīng)濟的基坑支護技術(shù)

目前綜合管廊大多是采用明挖法施工，常見的明挖法施工的基坑支護技術(shù)主要有：放坡開挖無支護、土釘墻支護、鋼板樁支護，在特殊條件下會用到地下連續(xù)墻支護、樁撐支護、樁錨支護，SMW工法樁、雙排樁、微型鋼管樁支護在管廊里也有應(yīng)用，但案例較少。具體采用哪種支護型式，要根據(jù)地層條件、周邊環(huán)境條件、當(dāng)?shù)卦O(shè)計施工習(xí)慣等因素綜合考慮，但一般情況下基坑設(shè)計應(yīng)盡量采用可回收的支護形式(鋼板樁)和無泥漿作業(yè)技術(shù)。在眾多基坑開挖方法中，放坡開挖較為經(jīng)濟，但是存在開挖面大、對周邊環(huán)境影響范圍廣等問題，并受到場地、地質(zhì)條件等因素限制，因此不一定適用于所有基坑，是否采用應(yīng)根據(jù)基坑的寬度、配置設(shè)備等要求，以及土方的價格進行綜合選擇。

4 綠色建造的未來發(fā)展趨勢

隨著建設(shè)水平的不斷提高，綜合管廊的綠色建造理念將逐步得到認(rèn)可和重視。從目前的發(fā)展趨勢來看，未來綜合管廊建設(shè)將朝著一體化、快速化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、機械化、智能化方向發(fā)展。

4.1 三位一體的綜合管廊綠色建造新模式將得到設(shè)計人員的青睞

由于綜合管廊建設(shè)的環(huán)境越來越復(fù)雜，地下空間開發(fā)的程度越來越高，集地下空間的規(guī)劃、設(shè)計、施工于一體綜合考慮的綜合管廊綠色建造新模式將得到設(shè)計人員的重視。目前，越來越多的大型地下空間項目開始考慮該模式，比如西安幸福林帶地下空間項目，規(guī)劃有綜合管廊、地下停車場、地鐵、快速路、地下商業(yè)等多種業(yè)態(tài)，總建筑面積約120萬m2。

4.2 快速綠色的施工新技術(shù)將得到大面積的推廣應(yīng)用

縱觀國內(nèi)管廊建設(shè)市場，中建、中鐵等多個大型央企投入了大量的精力和財力來開發(fā)快速綠色的施工新技術(shù)，并取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。目前對于多艙管廊，推薦使用整體滑移體系現(xiàn)澆施工技術(shù)、多艙組合預(yù)制拼裝技術(shù)和疊合裝配技術(shù)。

4.3 管廊標(biāo)準(zhǔn)化要求越來越迫切

綜合管廊的快速綠色施工離不開管廊的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，特別是多艙管廊的斷面設(shè)計、整體預(yù)制、特殊節(jié)點的施工迫切需要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，以便真正做到綠色建造。

4.4 機械化施工設(shè)備將在綠色建造過程中得到迅猛發(fā)展

隨著管廊項目規(guī)模的不斷擴大，出現(xiàn)了越來越多的新型管廊施工機械，如代替大型吊車的雙向自行走桁架吊裝系統(tǒng)，解決預(yù)制構(gòu)件拼裝精度問題的預(yù)制箱涵運轉(zhuǎn)安裝一體化駱駝車，集開挖支護、構(gòu)件拼裝和基坑回填于一體的移動護盾管廊建造機。這些新型機械都可以在很大程度上減輕工人的勞動強度，降低施工技術(shù)難度。

4.5 BIM技術(shù)將在綜合管廊綠色建造中發(fā)揮越來越重要的作用

BIM技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用剛剛開始，但由于其大多數(shù)項目都是PPP項目，所以有極大的可能建立集規(guī)劃設(shè)計、施工、管線安全和運營管理于一體的BIM統(tǒng)一管控平臺，為綜合管廊的綠色建造提供現(xiàn)代化的實現(xiàn)手段。

5 結(jié)語

綜合管廊的建設(shè)正如火如荼，但是不能為了建設(shè)而建設(shè)，要通過綠色規(guī)劃、綠色設(shè)計、綠色施工3個手段，充分考慮各個城市的實際情況，遵循科學(xué)發(fā)展觀，采用超前的集約化設(shè)計、合理的斷面設(shè)計、快速的結(jié)構(gòu)施工、適度的預(yù)制裝配、有效的防水施工、經(jīng)濟的基坑支護等技術(shù)，真正做到綜合管廊的綠色建造，促進綜合管廊建設(shè)的健康發(fā)展。