北方城市地鐵建設(shè)中管線改遷的原則與策略

唐偉軒

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司 上海 200135）

1 前言

城市軌道交通工程是投資大、施工周期長(zhǎng)、影響面廣的綜合項(xiàng)目。由于線路一般沿城市道路設(shè)置，且與道路下的管線同處于地表淺層地下空間，二者在使用城市有限的地下空間時(shí)，需要互相避讓，既要確保市政管線的正常使用，又要滿足城市軌道交通的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)需要。管線改遷方案是否合理、是否最優(yōu)，將直接影響城市軌道交通建設(shè)的工期、造價(jià)等。

2 地鐵管線改遷的特點(diǎn)

征地拆遷、管線改遷、交通疏解都是城市軌道交通建設(shè)中至關(guān)重要的前期準(zhǔn)備工作，而管線改遷因?yàn)槠渥陨淼膹?fù)雜性、高風(fēng)險(xiǎn)性及不可見性更加需要重視。地鐵建設(shè)的管線改遷具有以下特點(diǎn)：

（1）平面點(diǎn)多面廣。地鐵工程中的車站、明挖區(qū)間、高架段、車輛段及停車場(chǎng)均需管線改遷，而一條地鐵線路往往要貫穿一座城市，沿線各工點(diǎn)均有可能碰到管線，而且車站一般規(guī)劃于重要道路交叉口，因此管線改遷點(diǎn)多面廣。

（2）管線種類齊全，產(chǎn)權(quán)單位眾多。凡是與城市生產(chǎn)、生活息息相關(guān)的各類管線地鐵建設(shè)均會(huì)涉及［1-2］，且各類管線的產(chǎn)權(quán)單位各不相同。往往因?yàn)樾聟^(qū)或開發(fā)區(qū)等行政區(qū)域的劃分，同一類管線可能涉及多個(gè)產(chǎn)權(quán)單位。

（3）協(xié)調(diào)工作量大、制約因素多。管線改遷與眾多單位或?qū)I(yè)有關(guān)，形成眾多接口，且相互制約、相互影響。管線改遷屬于改造工程，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于新建工程［3］。

（4）時(shí)間跨度長(zhǎng)。管線改遷貫穿地鐵建設(shè)始終，包括主體施工階段、附屬施工階段、道路恢復(fù)階段等，時(shí)間跨度一般達(dá)4～5年之久［4］。

（5）周邊環(huán)境復(fù)雜、限制條件多樣。地鐵周邊建筑密集，管線及城市公共設(shè)施眾多，道路狹窄，可供管線改遷的空間狹小，且管線之間因?yàn)楦餐梁穸?、安全距離等要求，可供選擇的改遷路由更少。

（6）埋地敷設(shè)，缺乏直觀性。經(jīng)過(guò)城市幾十年發(fā)展，許多地下管線資料缺失，廢舊管線遍布，物探困難，給改遷工程造成極大困擾。

（7）管線保護(hù)要求高、風(fēng)險(xiǎn)大。燃?xì)狻㈦娏Φ榷际歉呶９芫€；給排水承插口管對(duì)沉降敏感，易發(fā)生安全事故；國(guó)防光纜刑法保護(hù)，損壞后果嚴(yán)重。

3 北方城市管線改遷的特點(diǎn)

北方城市管線改遷，相比較于南方城市更為復(fù)雜，主要有以下兩點(diǎn)原因：

（1）供熱管網(wǎng)多。北方城市因?yàn)闅夂蚝涞脑?，需要冬季供暖，城市管網(wǎng)中較南方城市多了供熱管線，且供熱管網(wǎng)主線管徑往往達(dá)到800 mm左右，去回路兩根，考慮間距后管道路由寬達(dá)2.5 m左右，且熱補(bǔ)償、固定墻等配套設(shè)施多。例如太原地鐵2號(hào)線通達(dá)街站DN800熱力管線改遷的一個(gè)小室井底板面積達(dá)120 m2，給該車站管線改遷綜合方案帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。

（2）排水管網(wǎng)管徑大、埋深深。北方城市少河流湖泊，城市排水管網(wǎng)路徑更長(zhǎng)，因此也必然帶來(lái)排水管管徑較大、埋深較深等問題，與地鐵共同使用地下空間的矛盾更加突出。例如在作為盆地城市的太原地鐵2號(hào)線化章街站，雨水管為雙孔DN3000管涵和雙孔3.4 m×2 m方涵，埋深達(dá)6 m左右，其頂管施工的沉井結(jié)構(gòu)更深達(dá)11 m左右，與盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)沖突。

4 各類管線的主要特點(diǎn)

（1）給水管。主要為壓力供水，在高程上可以上下調(diào)整，管道多采用鋼管、鑄鐵管、PE管等管材，管道連接要求高。

（2）熱力管。季節(jié)性運(yùn)營(yíng)，壓力供熱水，在高程上可以上下調(diào)整，但是需要增加熱補(bǔ)償及固定墻等配套設(shè)施，管道多采用保溫鋼管，管道連接要求高。

（3）燃?xì)夤?。壓力輸送，由于氣體具有易燃易爆的危險(xiǎn)性，雖然在平面及高程上可以調(diào)整，但在改遷敷設(shè)時(shí)盡量做到平直［5-6］，少?gòu)澢⑸購(gòu)濐^；管道多采用鋼管、PE管等管材，管道連接要求高。

（4）排水管。包含污水和雨水管道，都是重力流排水，只能從上游按一定坡度排至下游，受地面坡度及上下游連接管口高程的影響較大，管線改遷時(shí)在高程上的調(diào)整余地較少。

（5）電力。電力管線一般敷設(shè)在電力管涵內(nèi)，部分110 kV以上電力線一般高架敷設(shè)，柔性，可適當(dāng)彎曲。

（6）通信。通信線路一般敷設(shè)在管涵內(nèi)，埋地設(shè)置，柔性，可彎曲。

5 管線改遷的策略

5.1 管線改遷的基本原則

（1）最佳方案原則。通過(guò)綜合比選，選擇最佳路徑方案，即最經(jīng)濟(jì)、最安全、最便捷的方案。

（2）等功能改遷原則。管線改遷不能降低原有管線的過(guò)流容量、過(guò)流速度、運(yùn)行能力及安全可靠性等關(guān)鍵功能［7］。

（3）遠(yuǎn)期預(yù)留原則。結(jié)合城市近期線網(wǎng)規(guī)劃，改遷后管線的斷面容量往往要大于原管線，預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展需求，甚至新增再生水等新管線，避免城市道路短期內(nèi)再次開挖，重復(fù)建設(shè)。

（4）先改后拆原則。為減少管線改遷對(duì)市民生產(chǎn)生活的影響，應(yīng)先敷設(shè)新管道并驗(yàn)收合格，避開使用高峰期，新老管道割接完成后，再拆除現(xiàn)狀舊管線。

（5）一次到位原則。由于地鐵施工分主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、道路恢復(fù)等多個(gè)施工階段，因此管線改遷需統(tǒng)籌考慮各個(gè)施工階段的需要，盡量做到一次改遷到位，避免重復(fù)改遷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（6）共同溝原則。為節(jié)省占地面積和減少土方作業(yè)，某些性質(zhì)同類、改遷路徑接近的管道可在留出安裝檢修距離后平行或上下共溝敷設(shè)。但性質(zhì)相悖的管道，如電力管線與煤氣，則嚴(yán)禁近距離同溝敷設(shè)。

（7）管線避讓原則。管線位置發(fā)生矛盾時(shí)，宜遵循以下避讓原則：壓力管線宜避讓重力流管線；易彎曲管線宜避讓不易彎曲管線；分支管線宜避讓主干管線；小管徑管線宜避讓大管徑管線；臨時(shí)管線宜避讓永久管線［8］；技術(shù)要求低的管線宜避讓技術(shù)要求高的管線；新建管線宜避讓原有管線。

5.2 管線改遷的基本方法

（1）永久改遷。將管線一次性改遷到位，不再回遷。一般適用于改遷管位即規(guī)劃管位、原管位不具備回遷條件或回遷造價(jià)較高等情況。

（2）臨時(shí)截?cái)?，工后恢?fù)。臨時(shí)將管線截?cái)嗤Ｓ?，待地鐵結(jié)構(gòu)施工完成后再原位恢復(fù)。適用的工況有：排水管線在影響范圍內(nèi)的部分為該條管線的起始段，無(wú)上游接入管；圍護(hù)樁施工期間排水管線臨時(shí)抽排；尚未投入運(yùn)營(yíng)的管線；熱力管在非供暖期臨時(shí)截?cái)?，供暖期?lái)臨前可及時(shí)恢復(fù)；片區(qū)管網(wǎng)有其他可替代管線，短期局部截?cái)嗖挥绊憛^(qū)域管網(wǎng)運(yùn)行功能。

（3）臨時(shí)改遷，工后恢復(fù)。臨時(shí)將管線改移至施工區(qū)域外，待地鐵結(jié)構(gòu)施工完成后再原位恢復(fù)。一般適用工況為：該管線不能臨時(shí)截?cái)啵仨毟倪w，而且無(wú)永久改遷管位或永久改遷不滿足規(guī)劃要求。

（4）原位保護(hù)。在周邊條件無(wú)法滿足管線改遷要求或改遷成本較高時(shí)，為保證地鐵施工又不影響管線正常運(yùn)行，采用支托或懸吊的方式將管線在原位或附近保護(hù)起來(lái)，一般多為橫跨基坑的電力或通信管線。當(dāng)承插口排水管懸吊保護(hù)時(shí)，須先更換為其他接口牢固的管材或加套鋼管［9］。

以上基本方法需要根據(jù)管線特性、周邊環(huán)境、地鐵工況、工期造價(jià)比選等多方面權(quán)衡選用，原則上能永久不臨時(shí)、能臨時(shí)不懸吊、能臨時(shí)截?cái)嗖慌R時(shí)改遷。

5.3 各類管線改遷的適用方法

（1）給水管、熱力管。盡量改移，不懸吊，局部無(wú)條件時(shí)可明敷。

（2）燃?xì)夤堋?yán)禁懸吊，并須埋地敷設(shè)。

（3）電力、通信?？蓱业醣Ｗo(hù)，沒有穿線的管涵可以臨時(shí)拆除，工后恢復(fù)。

（4）排水管。盡量改移，且盡量永久改移，部分無(wú)用戶接入的排水管網(wǎng)可臨時(shí)廢棄。

6 管線改遷常見難題的解決措施

6.1 管線覆土厚度不夠

往往在道路交叉口位置，各類主干管線縱橫交錯(cuò)，而地鐵結(jié)構(gòu)覆土厚度有限，導(dǎo)致最上面的管線覆土厚度不能滿足最小覆土厚度要求。

（1）解決覆土厚度不夠帶來(lái)的受力安全問題。常用的解決辦法有：管道外側(cè)混凝土回填包封、管道頂部增加鋼筋混凝土蓋板、管道外加設(shè)鋼套管。幾種方法可以單獨(dú)使用，也可以配合使用。

（2）解決造成覆土厚度不夠的凈空問題?，F(xiàn)澆箱涵類結(jié)構(gòu)可與地鐵結(jié)構(gòu)共同使用頂?shù)装?，以減小整體所占高度空間；化整為零，將管徑較大的管線分為多個(gè)小管徑管道，滿足運(yùn)行流量要求的同時(shí)，降低整體所占高度空間。

6.2 管線之間安全距離不夠

因城市道路狹窄，管線改遷路徑有限，各類管線之間安全距離不夠時(shí)有發(fā)生。當(dāng)安全間距滿足不了條件時(shí)，可采取一些安全防護(hù)措施后適當(dāng)減小相應(yīng)的安全間距，但“適當(dāng)減小”并不意味著可以無(wú)限制、甚至無(wú)間距地靠近。

（1）加強(qiáng)管道自身安全強(qiáng)度，主要有增加管道壁厚、提高管道防腐等級(jí)、減少管道接口數(shù)量、加強(qiáng)焊口探傷作業(yè)等。

（2）增加管道之間的隔離措施。燃?xì)馀c熱力或電力管道安全距離不夠時(shí)，可以采取燃?xì)夤艿兰犹坠芑蛘咂龉軠系却胧?。套管比管道大兩檔，必要時(shí)可設(shè)置檢漏井對(duì)套管內(nèi)進(jìn)行檢漏。

6.3 永久改遷后影響附屬基坑施工

當(dāng)管線無(wú)法一次性改遷到附屬基坑外側(cè)，且不能回遷至主體結(jié)構(gòu)上或回遷成本較高時(shí)，管線將永久改遷至附屬基坑。為減少對(duì)附屬基坑施工影響，可采取以下措施：

（1）改遷至附屬基坑以下。附屬基坑相對(duì)較淺，特別是爬坡段，埋深較深的管線可以改遷至附屬基坑下部。但如果改遷管線管徑較大，將對(duì)附屬基坑樁墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工造成影響，甚至需要更改基坑支護(hù)形式。例如太原地鐵2號(hào)線化章街站，有DN1000污水和雙孔DN2200雨水管均改遷至出入口基坑下方，出入口基坑上坡段設(shè)計(jì)方案更改為放坡開挖，如圖1所示。

圖1 雨水管改遷至出入口下方

（2）暗挖施工。可以將埋深較淺的管線永久改移至出入口等結(jié)構(gòu)斷面較小的附屬結(jié)構(gòu)上部。采用礦山法暗挖通過(guò)，但工程風(fēng)險(xiǎn)較大，須謹(jǐn)慎采用。

（3）附屬基坑樁墻先施工，永久改遷后懸吊保護(hù)。例如上海地鐵5號(hào)線金海湖站先施工附屬基坑改遷管位的圍護(hù)樁后，再將給水管永久改遷至附屬基坑上部?；娱_挖時(shí)托架保護(hù)，如圖2所示。

圖2 給水管改遷至附屬圍護(hù)樁頂

6.4 原位保護(hù)管線影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

電力、通信等柔性管線橫跨基坑時(shí)，往往考慮改遷成本較高而選擇原位保護(hù)，這就給圍護(hù)樁墻施工帶來(lái)困擾。灌注樁可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整樁位及樁間距避開管線，地下連續(xù)墻施工則需采用既能垂直銑削又能橫向銑削的SJG工法機(jī)成槽，鋼筋籠分三幅下放安裝［10-12］。

6.5 無(wú)改遷管位且無(wú)法原位保護(hù)

當(dāng)管線改遷的三個(gè)基本方法都不具備條件時(shí)，需要地鐵土建配合，創(chuàng)造改遷條件，即倒邊施工。在基坑中增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)，將一個(gè)基坑分為兩個(gè)基坑，管線不影響的基坑施工完成后，將管線改遷至該基坑結(jié)構(gòu)上部，再施工另一個(gè)基坑。

7 地鐵建設(shè)管線改遷注意事項(xiàng)

（1）管線改遷前，先探明并核對(duì)管線資料，如偏差較大時(shí)需及時(shí)反饋，可能影響到管線改遷或地鐵車站設(shè)計(jì)方案。特別是定向鉆施工的燃?xì)饣螂娏芫€，其管線埋深及平面位置均偏差較大。

（2）臨時(shí)廢棄的管道一定要封堵可靠，既要防止已通水運(yùn)營(yíng)管道泄漏形成工程風(fēng)險(xiǎn)，也要防止地鐵施工的泥漿、水泥漿等竄入未運(yùn)營(yíng)管道形成污染。熱力管道或給水管道可用鋼板封堵焊死，燃?xì)夤艿婪舛峦旰笠惨鱿嚓P(guān)漏氣檢測(cè)，特別是污水臨時(shí)封堵因不重視、不專業(yè)而往往形成工程風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采用實(shí)心磚砌死并驗(yàn)算封堵墻厚度。

（3）合理策劃管線改遷的先后順序，避免先改遷管線給后改遷管線造成困難或重復(fù)改遷。例如太原地鐵2號(hào)線化章街站雨污水管線改遷，改建雨污水與原有雨污水管道交叉15處，結(jié)構(gòu)沖突5處，改建期間還需要確保周邊雨污水排水暢通，因此就給施工順序策劃提出極高要求。

8 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通與市政管線共同使用城市道路地下空間時(shí)應(yīng)和諧共處、相互協(xié)調(diào)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先在地鐵規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，各站點(diǎn)應(yīng)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整平面位置及豎向埋深，合理避讓一些較大斷面的主干管道，同時(shí)要因地制宜巧妙運(yùn)用管線改遷原則與策略，遇到常見難題有針對(duì)性解決措施，以最合理的管線改遷方案保障北方城市軌道交通建設(shè)的工期、造價(jià)及工程風(fēng)險(xiǎn)得到良好控制。