淺談城市綜合管廊設(shè)計要點和施工方法及運維管理

□朱厚正

一、城市綜合管廊概述

隨著我國城市化進程快速發(fā)展，城市規(guī)模越來越大，但“拉鏈馬路”、“空中蜘蛛網(wǎng)”和交通擁堵等問題愈演愈烈，嚴重影響了城市環(huán)境和發(fā)展。綜合管廊在國家政策號召下，在預(yù)防和減少各種相關(guān)現(xiàn)實問題中應(yīng)運而生。

綜合管廊是城市地下管道綜合走廊，一種綜合型地下隧道空間，是統(tǒng)一容納給水、雨水、污水、供熱、燃氣、電力和通信等各類城市工程管線的構(gòu)筑物，同時設(shè)有專門的檢修口、吊裝口、通風口和出入口，并進行統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、施工和維護。

二、城市綜合管廊設(shè)計要點

(一)總體設(shè)計。

1.橫斷面設(shè)計。橫斷面尺寸、分艙等綜合考慮容納管線種類與數(shù)量、安裝檢修的預(yù)留空間和施工方法。布置形式可分為圓形、矩形和馬蹄形等，不同的斷面形式常采用不同的施工方法。

2.平面設(shè)計。平面設(shè)計主要包括管廊平面布置、節(jié)點位置，反映與道路、管線和周圍建筑等位置關(guān)系。一般適合在綠化帶、人行道下方布設(shè)，方便各功能性節(jié)點與綠化帶直接連通。平面走向與道路中心線走向應(yīng)保持一致，如遇墩柱，設(shè)成直折溝。

3.縱斷面設(shè)計。這是為確定管廊各段縱向標高、埋深或覆土厚度，與地下構(gòu)筑物、管線等位置關(guān)系，并在豎向設(shè)置管廊每一防火分區(qū)及集水坑的位置。設(shè)計應(yīng)把凍土深度、綠化種植、行車荷載、特殊地段和現(xiàn)狀管線等綜合考慮。其中，埋深對工程造價影響較大，應(yīng)結(jié)合具體工程特點來定，主要考慮抗浮、綠化、節(jié)點設(shè)計、支管交叉穿越?？v斷面走向基本與道路縱斷面走向一致，進而減少土方量。

4.功能性節(jié)點設(shè)計。通風口、吊裝口只需頂部與地面連通，有效利用覆土空間，兼滿足設(shè)備安裝、檢修和更換以及人員逃生功能，并考慮防止雨水倒灌措施；分支口、交叉口滿足各類管線轉(zhuǎn)彎半徑和檢修通道順暢、人員通行需要，若不符合可通過豎向加高，橫向加寬來實現(xiàn)互通功能。

(二)結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要涉及靜荷載(管廊與設(shè)備、管線自重)、動荷載(人行荷載、地面壓載和車輛及其沖擊荷載)、水土壓力(豎向、側(cè)向和底部壓力)、浮力、地震和地基變形，均需滿足相應(yīng)規(guī)定。

三、城市綜合管廊施工方法及其適用條件

城市綜合管廊施工，按是否開挖路面分為開槽施工技術(shù)和不開槽施工技術(shù)。開槽施工一般有明挖現(xiàn)澆法和明挖預(yù)制拼裝法，不開槽施工一般有淺埋暗挖法、盾構(gòu)法和頂管法。

(一)明挖現(xiàn)澆法。修建綜合管廊較常見的施工方法是明挖現(xiàn)澆法。明挖法施工流程主要是從地表向下開挖至設(shè)計高程，再從該標高處由下往上建造綜合管廊主體及其防水結(jié)構(gòu)，最后回填壓實土層并恢復(fù)路面交通。明挖基坑分為敞口放坡基坑和有圍護結(jié)構(gòu)基坑，基坑要做好降水和監(jiān)測等相應(yīng)措施。矩形橫斷面較適合明挖法且矩形空間利用率高。

明挖法適用于新建城區(qū)和工業(yè)區(qū)管廊建設(shè)，在道路和周邊建筑等環(huán)境允許條件下，應(yīng)盡可能采用。防水是要點所在，要做好細部構(gòu)造防水如施工縫、變形縫和穿墻套管等。

優(yōu)點有：能大面積施工，作業(yè)面多；將項目劃分為多個標段同時或流水施工，從而加快進度；對人員技術(shù)要求低，施工相對方便；造價低。不足有：涉及路面范圍大，可能大面積破壞道路，十分影響交通；放坡開挖和回填土石方工程量很大，需要一定的技術(shù)方案和保證措施；環(huán)境負面影響大如噪音、揚塵和渣土。

(二)明挖預(yù)制拼裝法。明挖預(yù)制拼裝指管廊構(gòu)件在預(yù)制場節(jié)段制作，運輸?shù)跹b至基坑預(yù)定位置，逐節(jié)拼接成整體并對接口做防水處理的綜合管廊。

明挖預(yù)制拼裝法在發(fā)達國家較常用，目前預(yù)制拼裝管廊優(yōu)勢巨大，體現(xiàn)在多方面，如改變傳統(tǒng)現(xiàn)場大面積占用路面、環(huán)境污染等一系列問題。相比現(xiàn)澆鋼筋混凝土管廊，預(yù)制拼裝管廊施工要點應(yīng)注意構(gòu)件制作、主體結(jié)構(gòu)本身防水性能、構(gòu)件安裝和構(gòu)件間連接。

優(yōu)點有：采用流水線或臺座法預(yù)制，標準化、批量化生產(chǎn)和工業(yè)化安裝管廊構(gòu)件，充分把控預(yù)制管廊結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，提高耐久性；能提前設(shè)計和生產(chǎn)，大大縮短工期；現(xiàn)場拼裝，節(jié)能環(huán)保。不足有：生產(chǎn)需要相對完整或一定規(guī)模的工廠和各類配套機具設(shè)備，對作業(yè)人員的專業(yè)性、技能性要求高；造價較高。

(三)淺埋暗挖法。淺埋暗挖是一種常見的暗挖法。相比其他工法，它有靈活多變的特點。其主要遵循“十八字”原則，在管廊埋深較淺的地下淺層挖掘，要點是禁止帶水作業(yè)，必要前提是開挖面要有一定的自立性和穩(wěn)定性。它適用于管廊在已建城區(qū)的施工和改造。

優(yōu)點有：占地很少，幾乎不會對道路產(chǎn)生影響，不影響城市交通；基本適用于各類地質(zhì)類型，限制因素少；環(huán)境干擾小，噪音小，對周邊建筑和地下管線影響小。不足有：各施工工序、各單元各環(huán)節(jié)把控難度大，施工難度較大，工期較長，成本高；對人員的專業(yè)技能要求也高。

(四)盾構(gòu)法。隨著城市化的發(fā)展，城市地鐵和隧道技術(shù)中見到盾構(gòu)法的運用越來越多。盾構(gòu)法是借助盾構(gòu)機外殼和自動按序拼接的預(yù)制管片去支承已開挖的四周圍巖來防止區(qū)間隧道坍塌，同時把挖出的土或水泥漿等混合物運出的方法。

盾構(gòu)法適用于繁華城區(qū)綜合、復(fù)雜的管廊施工，挖掘距離較遠。尤其在松軟含水層，埋深大的長管廊，盾構(gòu)法有技術(shù)和經(jīng)濟的優(yōu)越性。

優(yōu)點有：自動化、機械化水平高，從而施工速度快、效率高；高精度拼裝預(yù)制襯砌管片，質(zhì)量、防水可靠；易于現(xiàn)場管理且不需大面積占道，對交通和環(huán)境影響小。不足有：須兩個深基坑作為工作井，對兩端工作面協(xié)調(diào)性要求高，且工程造價很高；在轉(zhuǎn)彎曲線半徑上，有很大難度；圓形斷面空間利用率相對較低。

(五)頂管法。頂管法是在始發(fā)井內(nèi)，由頂進設(shè)備產(chǎn)生頂力，使各個預(yù)制連接管節(jié)克服與周圍土體摩擦，將管節(jié)按設(shè)計要求依次頂入土中，并將頂出的土方運走直到將掘進機(工具管)推進至接收井吊起的方法。控制要點主要是糾偏，涵蓋管節(jié)方向控制，頂力大小及方向，開挖面土體穩(wěn)定性，后靠結(jié)構(gòu)及其土體穩(wěn)定性等。

當周圍環(huán)境要求嚴格控制地層變形或無降水條件可采用頂管法，廣泛適用于管廊直接穿越障礙物如車流量大的市區(qū)道路、公路、鐵路、河流或建(構(gòu))筑物。

優(yōu)點有：頂管機械化程度高，安全可靠，人員勞動強度低，能節(jié)約征地拆遷費，降成本；減少環(huán)境污染和道路堵塞，社會效益好。不足有：糾偏和變向困難。

四、城市綜合管廊運維管理

(一)BIM+GIS融合技術(shù)系統(tǒng)。隨物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)迅猛發(fā)展，BIM技術(shù)能集成項目全生命周期各種相關(guān)信息，對綜合管廊數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、整合并進行精細化管理。GIS技術(shù)主要能展現(xiàn)管廊位置、周邊地理信息和地形地貌。BIM+GIS可視化平臺能與統(tǒng)一運維管理信息平臺相輔相成。

BIM+GIS融合技術(shù)系統(tǒng)，能實現(xiàn)管廊內(nèi)部參數(shù)信息與外部地理空間信息，地下與地上、微觀與宏觀巧妙聯(lián)動一體化管理。管理人員能對綜合管廊地下、地上立體模型進行場景構(gòu)建、測算、導(dǎo)航、查詢、分析和標繪，還能規(guī)劃巡檢、逃生路線等操作。

(二)監(jiān)控與報警系統(tǒng)。

1.環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通過在每個防火分區(qū)安裝專門儀表，對內(nèi)部環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測。主要監(jiān)測指標有管廊內(nèi)空氣溫、濕度、氧含量、硫化氫(H2S)含量、甲烷(CH4)含量和集水坑液位。若出現(xiàn)超標或緊急狀況會報警，并能及時聯(lián)動設(shè)備消除不利影響，如啟動通風控制箱強制換氣以保障空氣流通、通過傳感器啟動排水泵排水。

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對通風、排水、供電和照明等集中管理控制。

2.安全防范系統(tǒng)。為保證工作人員安全和管廊長期運行安全，須在各個重要位置安裝監(jiān)控。包括：視頻監(jiān)控：在管廊出入口、重要區(qū)域設(shè)置攝像頭進行有效監(jiān)視。門禁管理：每個出入口均設(shè)門禁，通過實名制讀卡，防止未經(jīng)許可人員進入，并自動做完整記錄，方便查詢。入侵報警：在通風口、吊裝口和井蓋等易從外界入侵的部位設(shè)置紅外入侵探測裝置和聲光報警器，能將信號上傳到監(jiān)控中心預(yù)防非法入侵。電子巡檢:實現(xiàn)人員定位，二維碼設(shè)備掃描等功能。

3.預(yù)警與報警系統(tǒng)。設(shè)置火災(zāi)報警控制器、防火門監(jiān)控和聲光煙報警裝置等，對可燃氣體、電力電纜溫度和煙霧進行監(jiān)測，同時每隔一定距離設(shè)置手動報警按鈕，這都有利于消防聯(lián)動控制。能在第一時間內(nèi)啟動照明、滅火裝置和消防廣播，保證人員快速撤離，降低因火災(zāi)造成的損失。

4.通信系統(tǒng)。常分為固定有線電話和無線對講兩類。固定通訊：在分區(qū)、艙內(nèi)和設(shè)備集中位置設(shè)置供內(nèi)部工作人員與監(jiān)控中心人員的固定語音電話，實現(xiàn)溝通。無線語音：滿足巡檢、維修人員在錯綜復(fù)雜管廊內(nèi)與監(jiān)控中心人員間建立通信聯(lián)絡(luò)，方便巡檢人員隨時接收通知或反饋信息。

5.自動巡檢系統(tǒng)。鑒于綜合管廊自身結(jié)構(gòu)長、人工巡檢效率低等情況，可利用巡檢機器人替代人工對管廊巡檢，能提高效率但要注意其存在盲區(qū)。若發(fā)生險情，機器人可到現(xiàn)場而避免二次傷害。

五、結(jié)論與展望

總體設(shè)計屬于綜合管廊設(shè)計的主干。綜合管廊施工方法豐富多樣，具體施工時應(yīng)按實情選取合適的方法，精心施工和管理。以BIM+GIS和監(jiān)控與報警系統(tǒng)為支撐的集成化統(tǒng)一運維管理信息平臺對綜合管廊可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。城市綜合管廊作為城市地下管道的建設(shè)將成為城市未來發(fā)展的大潮流。另外，移動智能巡檢機器人技術(shù)和綜合管廊與海綿城市、智慧城市相結(jié)合還有待進一步研究。