地下綜合管廊建設的若干問題研究

劉晨晨，楊志強，馬 驥，李 萌

(長安大學測繪與空間信息研究所，陜西 西安710054)

一、引 言

自從2015年各省市相繼進入汛期以來，多個地區因暴雨頻襲而遭遇了管線的泄漏和爆炸、路面的塌陷等嚴重問題。2015年7月28日，國務院常務會議上李克強總理針對此現象提出了建造地下綜合管廊這一解決方案［1］。

地下綜合管廊，指的是將廣電、通信、電力、熱力、燃氣、給排水等兩種及以上的城市市政管線，統一地集中布設在地面以下的人工開挖的空間內，而且要同時開挖能夠為檢修人員提供行走的隧道結構的通道［2］。

二、國內外建設狀況

1．國外建設

歐洲，是眾多發明創造的誕生地，地下綜合管廊也不例外［2］。最早可以追溯到1833年的法國，在那時就已經著手修建地下綜合管廊了。管廊中不但包括電力、通信、自來水管道，還包括了壓縮空氣管道等多種市政公用管道;1861年，倫敦的綜合管廊內容納了燃氣、電力、自來水、污水管道、通信等各種市政公用管道;1893年的德國漢堡，也開始進行修建地下綜合管溝［3］。緊隨其后，瑞典將地下綜合管廊創造性地興建在了巖石中，其直徑達到了8米，在戰爭時可以用來作為防御工程。另外，值得一提的是巴塞羅那和馬德里的地下綜合管廊網分別以環狀和篩形網絡布設，特色鮮明而且實用。

日本，最早將地下綜合管廊稱作為“共同溝”［3］。在1923年，發生關東大地震以后，“九段坂”共同溝的修建在東京的復興建設中相應地完成了(如圖1所示)。該綜合管廊容納了給水、排水、電力、電信等市政管線［4］。1963年，實驗性地頒布了《共同溝實施法》，一些管廊建設中的建設技術、資金分攤與回收等方面的關鍵問題得到了解決［5-6］。1991年，日本成立了相應的專業的管理部門，主要是承擔共同溝的建設推動等重要工作［6］。

圖1 日本某廊道斷面圖

除此之外，美國和加拿大的地下綜合管廊的建設也很發達［7］。俄羅斯的地下綜合管廊囊括了各種管線(除了煤氣管)，但缺點是它的截面比較小，內部的通風條件也差一些。

2．國內建設

在臺灣，管廊的建設和拓寬道路、高架橋、地下鐵路等多種大型的基礎設施的結合會受到特別的重視。80年代的臺灣，就已經開始對綜合管廊建設方案進行研究和評估，并在1991年，完成了臺北的第一條綜合管廊建設。2000年5月，臺灣關于地下綜合管廊的立法程序順利通過，并且在第二個月正式公布于眾［5］。2001年12月，其將對綜合管廊的制訂、維護辦法授權給了當地政府［7］。到目前為止，臺灣地區已經成為我國關于地下綜合管廊的法律基礎最為完備的地區［8］。

在北京，1958年在天安門廣場下面建成了我國的第一條地下綜合管廊，比世界上第一條地下綜合管廊約晚125年［3］;1977年，在“毛主席紀念堂”的施工過程中又建設了一條斷面相同的管廊，長度大約為500 m;2000年5月，北京中關村的一家公司在規劃整體地下空間方案時，在主干路下修建了一條較長的綜合管廊，長約1．1 km，此管廊初步建成是在2005年［8］。

值得一提的是，在我國的許多城市，更多的綜合管廊工程正在建設進行中。我國部分城市已經建成的綜合管廊［9］如圖2所示。

圖2 我國的部分城市管廊信息統計圖

三、存在的問題及解決方案

我國綜合管廊已經受到一定的重視并取得了一定的發展成果，在最新發布的《指導意見》中也分別從統籌規劃、有序建設、嚴格管理和支持政策這4方面提出了具體可行的10項實施措施［1］。但是，由于綜合管廊的發展并不成熟，因此必然會存在著若干問題。

1．規劃設計管理問題及解決方案

綜合管廊是集合了兩種及以上的管線的地下空間，各種管線的運行特點不相同、管線的利益主體不相同、布置圖設計的不相同，因此各組織機構之間的相互合作、流通檔案數據就存在一定的難度。面對各個機構部門的利益爭奪和權限劃分，必須要成立專門的管理部門、制定統一的布置設計。

為了更好地協調各個組織部門，我們可以參照德國和日本。他們成立了共同溝管理部門，主要是承擔共同溝建設的推動工作，并且在幾十年中數次修訂了相關的法律法規［10］。統一規劃和協調管理的工作必須由相應的政府部門來完成，其他的相關部門要積極地配合其工作。不僅僅是辦事效率提高了，利益爭奪也解決了，極大增加了地下資源的利用率。

在一般的地下綜合管線工程中，往往是將各種專業的管線平面圖疊加成一個整體，然后依照一定的規則確定出他們之間的相對位置和高程(原則性)，最后僅僅繪制關鍵的位置的剖面圖［11］。這種方式所呈現的設計圖紙是二維的，即使有注釋也只能算作2．5維，這樣就會存在各個管線設置沖突的可能性。既然有了專門的共同溝管理部門，完全可以通過該部門來組織其他部門進行三維管線設計，主要是落實管線、廊道、進出口等所有地下設備的綜合設計，這樣就會更加有效地解決管線設備的沖突問題［11］。

2．坐標方位傳遞問題及解決方案

與傳統地下管線直埋的方式相比，地下綜合管廊廊道的修建，會涉及地面坐標基準傳遞至地下的問題，與山嶺隧道、礦山、地鐵等地下工程更為類似。坐標方位的傳遞問題也就成了綜合管廊廊道貫通的主要問題，因此，選擇一種合適的聯系測量方法就顯得尤為重要。常見的聯系測量方式主要有:聯系三角法、導線定向法、鉛垂儀投點法和陀螺儀定向法［12］。

聯系三角法作為一種傳統的豎井聯系測量方法，雖然原理簡單，但是其存在設備笨重、作業較為復雜、作業時間長、勞動強度大、易受外界環境的影響、精度不易提高等缺點［12］。導線定向法不易受現場施工干擾，計算方便快捷，可以進行嚴密平差并能對精度作出判斷，但導線網型較差，對觀測條件要求高［13］。鉛垂儀投點法原理簡單，觀測方便，計算快捷，能夠進行嚴密平差和評定精度，但實際操作過程中將導線點垂直投影到觀測臺時難度較大［13］。

隨著陀螺全站儀的定向精度越來越高，陀螺定向方法已逐漸取代上述傳統的豎井聯系測量方法［14］。陀螺全站儀是一種通過高速旋轉的陀螺馬達來敏感地球角動量，進而測定地球任意點的真北方向，據此可以測定地下導線邊的坐標方位角。由于地球的旋轉角動量是一定的，因此利用陀螺全站儀測得的任意導線邊的方位角也是等精度的，不存在誤差累積。與其他豎井聯系測量方法相比，陀螺定向方法具有定向時間短、觀測作業簡單、對施工單位的施工作業影響小、精度高等優點。因此，陀螺定向方法能為地下平面控制網提供精確的坐標方位基準，從而保證地下廊道的正確貫通［14］。

3．運營維護過程中的測量問題及解決方案

地下管廊測量的工作環境主要是地下或封閉的空間，其測量方式和作業流程也與常規地面測量存在一些差異［15］。主要特點有:①測量只能從其內部進行，空間狹隘，測量環境差，并伴有煙塵、滴水等因素的影響;②光線陰暗，且光照不均勻;③地下導線布設受到限制等［15］。

由于地下管廊測量的特殊性，再加上測量精度要求高的特點，使得地下管廊的測量方式主要為精密全站儀、水準儀和三維激光掃描儀［15］。

通常采用精密全站儀和水準儀來進行控制測量，首先分別在地下、地上做控制網的布設，然后采用聯系測量將地上和地下控制網進行連接，達到統一坐標系的目的［16］。對于聯系測量無法達到控制網精度要求時，可在地下控制網加測陀螺邊來控制聯系測量的誤差累計，提高地下控制網的精度。

地下管廊內部結構較為復雜，信息采集量大，故而采用三維激光掃描技術采集管廊的內部特征點三維坐標。三維激光掃描技術克服了傳統測量的局限性，具有快速采集數據、無接觸被測物體、測量精度高、主動性強及全數字特征等優點。通過高速激光掃描測量方法，高效、大量地采集空間點位三維數據，以點云形式獲取物體的空間三維信息，準確地獲取近距離靜態物體的空間三維模型［16］，以便對模型進行進一步的分析和數據處理;同時也為地下管廊數據更新和復測，以及后續數據庫建立和三維空間數據可視化奠定了堅實的基礎。

四、結束語

在我國，雖然綜合管廊的建設還處于探索的不發達階段，但是，通過本文總結分析的政策文件來看，管理機制已經越來越趨于完善。綜合管廊呈現出的巨大優勢及工程問題的解決，也必將推動我國地下空間的建設。

［1］ 中華人民共和國國務院辦公廳．關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見［Z］．2015-08-10．

［2］ 薛偉辰，胡翔，王恒棟．綜合管溝的應用與研究進展［J］．特種結構，2007(1):96-99．

［3］ 錢七虎，陳曉強．國內外地下綜合管線廊道發展的現狀、問題及對策［J］．地下空間與工程學報，2007(2):191-194．

［4］ 邱玉婷．我國城市共同溝項目的投融資分析［D］．上海:同濟大學，2008．

［5］ 彭芳樂，孫德新，袁大軍，廖少明，朱合華．城市道路地下空間與共同溝［J］．地下空間，2003(4):421-426，457．

［6］ 呂昆全，賈堅．臺北市共同溝建設現狀及若干問題分析［J］．地下工程與隧道，1998(11):8-14．

［7］ 陳霖，黃鵠．共同溝設計探討［J］．工程建設與設計，2003(9):60-61．

［8］ 馬東玲，陳一民．北京市地下綜合管廊規劃與架空線路入地探討［J］．市政技術，2014(5):120-122，127．

［9］ 孫云章．城市地下管線綜合管廊項目建設中的決策支持研究［D］．上海:上海交通大學，2008．

［10］ 鐘雷，馬東玲，郭海斌．北京市市政綜合管廊建設探討［J］．地下空間與工程學報，2006(S2):1287-1292．

［11］ 高繼傳，江文化．三維管線綜合設計在南京地鐵中的應用探討［J］．鐵道標準設計，2015(7):134-137．

［12］ 徐浩，楊卓．盾構豎井聯系測量的幾種方法探討［J］．山西建筑．2009(6)

［13］ 崔旭升，潘國榮，李法禮．雙聯系三角形法在豎井聯系測量中的應用［J］．大地測量與地球動力學．2010(2)

［14］ 石震，楊志強，楊帥，等．基于度盤配置法的陀螺定向新方法及相關問題研究［J］．測繪通報，2011(2):87-89

［15］ 戴俊杰，胡平昌，郭震冬．基于三維激光掃描技術的地下建筑物測量方法研究［A］．山東省測繪學會:，2012:3．

［16］ 王靜．地下建筑物三維測繪技術的研究［D］．西安:西安科技大學，2012．