談城市地下綜合管廊的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

宋 智 碩

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,北京 100144)

1 概述

城市地下綜合管廊是伴著 “拉鏈馬路”等一系列城市病推出的新型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的產(chǎn)物[1]，相對于傳統(tǒng)的地下直埋敷設(shè)管線，城市地下綜合管廊更便于后期維修與統(tǒng)一管理。因此，立足于城市地下綜合管廊的發(fā)展現(xiàn)狀與不足之處，分析當(dāng)前地下綜合管廊的發(fā)展趨勢顯得尤為重要。

2 地下管廊發(fā)展現(xiàn)狀

2015年前，我國已建成的城市地下綜合管廊不足100 km，但截至2017年4月，我國擬在建綜合管廊項(xiàng)目超2 700 km，截至2018年4月，我國擬在建綜合管廊里程已超7 800 km，同比增長約189%[2]。城市地下綜合管廊建設(shè)如火如荼，但從目前的管廊建設(shè)來看存在以下幾個(gè)問題。

2.1 建設(shè)前期規(guī)劃不足

近年來，地下工程領(lǐng)域發(fā)展取得相當(dāng)好的成績，呈現(xiàn)出單一工程向多工程發(fā)展的趨勢，但存在的一些問題日益突出：由于原地下工程都是各單位、各部門自行開發(fā)建設(shè)，各自為政，僅考慮自身使用價(jià)值，并沒有把城市地下空間資源作為一個(gè)整體來全面統(tǒng)籌考慮，造成的后果是這些零星的地下工程將一個(gè)整體的地下空間資源分割[3]，很難再開發(fā)利用，甚至給后續(xù)的地下工程建設(shè)帶來設(shè)置障礙。同時(shí)造成很多既有項(xiàng)目的勘察、設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)資料缺失，甚至有些因?yàn)闀r(shí)間過久，很多城市根本沒有這方面的資料，給后續(xù)地下工程項(xiàng)目帶來很大困難。這就對城市地下綜合管廊統(tǒng)一規(guī)劃提出了要求，在管廊建設(shè)前期，需要對地下工程項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)一整合安排，最大程度的節(jié)省地下空間，在前期項(xiàng)目建設(shè)時(shí)同時(shí)考慮后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)，統(tǒng)籌考慮，節(jié)省工程造價(jià)，減少后續(xù)不必要的浪費(fèi)與問題。

2.2 管廊建設(shè)法規(guī)及規(guī)范待完善

地下管廊建設(shè)正處于迅速發(fā)展階段，但目前管廊建設(shè)法規(guī)及規(guī)范嚴(yán)重滯后。 目前關(guān)于管廊行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范僅有GB 50838—2015城市地下綜合管廊技術(shù)規(guī)范以及少數(shù)圖集，GB 50838—2015城市地下綜合管廊技術(shù)規(guī)范及配套的定額準(zhǔn)永久《城市綜合管廊工程投資估算指標(biāo)》主要適用明挖結(jié)構(gòu)，對于埋深較深的管廊指導(dǎo)作用不強(qiáng)[4]。管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》與《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，規(guī)范中同一問題可能有不同準(zhǔn)永久，并沒有完全針對城市地下綜合管廊這一行業(yè)，如果設(shè)計(jì)一味的按保守考慮，這樣可能會造成不必要的浪費(fèi)。此外，管廊建成投入使用的驗(yàn)收規(guī)范大都處于空白。

2.3 管廊建設(shè)后期運(yùn)營難

城市地下綜合管廊費(fèi)用主要包括管線入廊費(fèi)和維護(hù)運(yùn)營費(fèi)，理想的運(yùn)營方式是當(dāng)管廊建設(shè)投入使用后，然后出租或轉(zhuǎn)讓給管線單位，由管線單位通過埋設(shè)管線來實(shí)現(xiàn)自身的管線經(jīng)營收益，而使用管廊造成成本增加，最終由消費(fèi)者承擔(dān)該部分成本[5]。但在實(shí)際操作過程中，原來的地下埋設(shè)管線方式更簡單更省成本，管線單位前期往往不愿意承擔(dān)該部分成本。并且綜合管廊收益最大者是居民，具有準(zhǔn)公共產(chǎn)品的屬性，利益很難用具體的數(shù)值估計(jì)，因此很難向公眾收費(fèi)。

2.4 管廊現(xiàn)行計(jì)算模型及理論——以北京某在建市政綜合管廊為例

本工程為北京市某在建市政綜合管廊工程，總長12.198 km，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括主管廊準(zhǔn)永久斷面、支管廊準(zhǔn)永久斷面、人員通道準(zhǔn)永久斷面、排風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)井、投料口、人員出入口、相交路口節(jié)點(diǎn)、地塊出線節(jié)點(diǎn)、支溝端頭節(jié)點(diǎn)等[6]。管廊為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，開槽施工。混凝土等級為C35混凝土，鋼筋為HPB300和HRB400鋼筋，鋼筋混凝土容重為25 kN/m3?；靥钔寥葜兀?8 kN/m3(地下水位以上)， 10 kN/m3(地下水位以下)?；靥钔恋膬?nèi)摩擦角綜合考慮：30°。管廊結(jié)構(gòu)模型為閉合框架，取單位長度為1 m。現(xiàn)澆鋼筋混凝土閉合框結(jié)構(gòu)剖面圖，見圖1。

通過計(jì)算管廊的結(jié)構(gòu)荷載、活荷載、人防荷載，進(jìn)行抗浮驗(yàn)算和裂縫寬度驗(yàn)算[8]。結(jié)構(gòu)荷載模型圖和底板及側(cè)墻受力圖分別見圖2，圖3。

荷載組合選用準(zhǔn)永久組合和基本組合分別對管廊框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。得到了不同組合情況下的彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖，如圖4，圖5所示。通過對此管廊框架結(jié)構(gòu)的簡單展示，以期展現(xiàn)出較大部分目前我國在建管廊的基本樣式。

由圖4，圖5可看出，兩種組合計(jì)算方式下得出的管廊連續(xù)結(jié)構(gòu)受力情況較為一致，但細(xì)節(jié)略有不同。具體表現(xiàn)在梁的最大彎矩均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中部，但準(zhǔn)永久組合作用下，其彎矩更大。故在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足建筑的需要，也要在美觀的同時(shí)，兼顧兩種計(jì)算方式得到的最大彎矩情況，使設(shè)計(jì)結(jié)果均能滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。目前計(jì)算方法中，大部分采取標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算，裂縫控制驗(yàn)算的方法[7]。

對圖6，圖7進(jìn)行比較，同樣可得出，二者在受力趨勢上大致相同，不同之處在于基本組合作用下剪力受力值較大，在進(jìn)行管廊設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)相關(guān)規(guī)范，同時(shí)兼顧兩種受力組合的剪力值大小，符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定。

3 地下管廊建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

3.1 綜合管廊建設(shè)與地下工程相結(jié)合

隨著地上空間趨向飽和，大家都將目光瞄準(zhǔn)地下。如何合理充分的利用好地下資源成為需要探討的問題。未來城市管廊的建設(shè)隨著前期規(guī)劃的完善，管廊建設(shè)與其他地下工程相結(jié)合成為必然的趨勢[8]。目前已經(jīng)有很多結(jié)合的實(shí)例，如廣州沿地鐵十一號線地下綜合管廊主線工程，與地鐵十一號線共線段占全線長70%，與地鐵合并井24座，結(jié)合率達(dá)到75%，采用地鐵與地下綜合管廊合建，將零散的出地面口部與地鐵地面四小件整合考慮，大大減少了沿線路的土地征用及房屋拆遷，節(jié)省大筆征拆費(fèi)用，同時(shí)設(shè)計(jì)、施工直接采用地鐵勘察、管線等基礎(chǔ)資料，既能節(jié)省工程造價(jià)，又能提高效率。

3.2 城市綜合管廊建設(shè)與BIM技術(shù)相結(jié)合

BIM技術(shù)可以貫穿使用于管廊建設(shè)的各個(gè)建設(shè)周期，通過BIM建?？梢栽谇捌诮鉀Q好管廊凈高是否滿足要求，是否存在管線碰撞等問題，針對特殊節(jié)點(diǎn)，可以用BIM技術(shù)真實(shí)的展示施工方案及場地規(guī)劃等，能有效節(jié)約土地資源[9]。根據(jù)BIM模型可以提取項(xiàng)目分項(xiàng)工程量，為項(xiàng)目成本控制提供依據(jù)，并且數(shù)據(jù)與模型實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，修改模型，工程數(shù)量能隨即修改，能節(jié)省大量的人力。在運(yùn)營后期，可以通過BIM管理平臺實(shí)現(xiàn)智慧管理。如利用設(shè)定路線在BIM中漫游，發(fā)現(xiàn)管線破損需更換時(shí)，可以通過BIM模型構(gòu)件信息快速找到規(guī)格、材質(zhì)等便于及時(shí)更換。

3.3 地下綜合管廊建設(shè)預(yù)制模塊化

現(xiàn)階段管廊主要采用現(xiàn)澆管廊，雖然這種技術(shù)相對來說較為成熟，但仍存在現(xiàn)場施工質(zhì)量難以控制、結(jié)構(gòu)澆筑拆模時(shí)間周期長等問題。管廊建設(shè)的預(yù)制模塊化的優(yōu)勢在國內(nèi)上海松江綜合管廊一期工程白糧路預(yù)制裝配式管廊項(xiàng)目中已得到充分體現(xiàn)[10]。一般來說，預(yù)制裝配式管廊分為預(yù)制廠施工、施工現(xiàn)場準(zhǔn)備、預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場拼裝、基坑回填覆土四個(gè)步驟。在預(yù)制廠生產(chǎn)養(yǎng)護(hù)管廊廊體可以極大的控制構(gòu)件質(zhì)量及縮短項(xiàng)目時(shí)間，極大提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

城市地下綜合管廊雖處于發(fā)展上升期，但仍存在一些問題需完善與解決。隨著城市地下空間資源越來越緊張與BIM技術(shù)的大力推廣，未來城市地下綜合管廊發(fā)展更趨向于與其他地下工程合建，智慧化管廊的程度也會越來越高。