預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊產業化的可行性研究

吳書安 許飛 馬曉寧

（揚州市職業大學，江蘇 揚州 225002）

0 引言

綜合管廊也稱“總管道”、“市政管廊”或“綜合管溝”等，是指將兩種或兩種以上的地下管線集中埋設于同一人工空間中所形成的一種現代基礎設施。我國于2013年開始明確提出綜合管廊的建設要求，2015年開始興起綜合管廊工程的建設熱潮，之后國家先后公布了兩批共計25個綜合管廊建設試點城市，截止2016年底，我國累計建設綜合管廊2000km，到2020年，綜合管廊建設規模將超過8000km[1]。

我國綜合管廊目前主要用于城市市政道路建設，而城市的住宅區、校區、廠區等小型區域內綜合管廊應用較少，市政綜合管廊與小型區域的綜合管廊建設不同步，導致綜合管廊功能不能得到充分的發揮。因此，城市小型綜合管廊建設勢在必行。

1 地下混凝土綜合管廊的分類

1.1 按管廊用途不同

1.1.1 市政綜合管廊：包括干線綜合管廊和支線綜合管廊。干線綜合管廊用于容納城市主干工程管線，一般采用獨立分艙方式建設；支線綜合管廊用于容納城市配給工程管線，一般采用單艙或雙艙方式建設。

1.1.2 小型綜合管廊：對接市政綜合管廊，用于住宅區、校區、廠區等小型區域內的管線集成，實現小型區域內管線的集中管理和維護。

1.2 按管廊結構形式分類

1.2.1 預制綜合管廊：根據設計圖紙及圖集，在構件預制工廠和施工現場預制管廊管節，運輸至指定區域進行吊裝和拼裝。預制拼裝綜合管廊可實現管廊管節的工廠化生產，生產過程可控性高，產品質量穩定；施工簡便，可實現低碳環保型綠色施工作業方式[2]。

1.2.2 現澆綜合管廊：是指根據設計圖紙及圖集在施工現場采用傳統現澆方式完成綜合管廊的制作，現澆綜合管廊相比較預制拼裝綜合管廊工期長，對環境產生一定的影響。

1.3 按管廊材料分類

1.3.1 混凝土綜合管廊

混凝土綜合管廊一般采用普通混凝土制作，使用骨料均為天然骨料，而天然骨料為不可再生資源，大量使用必將導致我國山石資源的匱乏；另一方面，普通混凝土早期強度低，養護時間長，施工效率低。

1.3.2 鋼制綜合管廊

鋼制綜合管廊一般采用鋼制波紋管制作，鋼制波紋管具有良好的受力和變形性能，利于發揮鋼材強度優勢，管段可適應土層位移，避免地基不均勻沉降的影響，但也存在諸如無成熟的結構理論計算體系、結構節點設計和施工困難等局限性，此外在滲漏、抗浮和耐久性等方面也存在一定問題[1]。

1.3.3 新材料綜合管廊

一些研究機構和企業致力于綜合管廊結構新材料的研發，如竹纏繞綜合管廊是以竹子為主要原料，采用熱固性樹脂做膠粘劑，通過纏繞工藝制作的新型管廊；高分子材料綜合管廊是以高分子材料作為結構主體，利用其良好的力學性能和耐久性能，有能力使綜合管廊達到100年的使用壽命。

近年來我國政府對建筑垃圾的循環再利用高度重視，已頒布相關法規和政策，推動建筑垃圾資源化利用，將廢棄混凝土經過破碎、篩分、清洗等處理后制備成再生混凝土骨料，用其部分或全部代替天然骨料配制混凝土，可作為生產綜合管廊的理想材料，同時廢棄混凝土的規模利用，可有效緩解天然骨料大量使用導致我國山石資源匱乏的問題，符合國家政策要求和節能減排的社會理念。

2 預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊概念

預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊是指適用于住宅區、校區、廠區等區域內的支線綜合管廊；以再生混凝土為材料，以預制拼裝為制作方式，以節能環保和生產標準化為目的。

預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊相比一般市政綜合管廊，具有以下特征：1）主要用于小型區域內的管線集成，管廊上部所受荷載相對較小，管廊埋深也相對較淺，設計所需截面尺寸較小，構件制作、吊裝、運輸、安裝等過程相對簡便。2）入廊管線類型相對較少，僅需容納強電、弱電和給水管線，且所需的管線數量和尺寸也較少，設計通常采用單艙矩形截面即可滿足要求。3）管廊為全預制，全部構件在工廠加工預制完成、運輸到現場就位安裝，構件安裝過程中無需采用混凝土澆筑。4）截面拼縫形式設計為整節段預制拼裝，將管廊結構在縱向上進行分段，每段分別預制成型，在施工現場僅需進行管節的縱向連接，無橫向連接施工。5）采用高取代率的再生混凝土生產，同時利用纖維增強技術提高成品性能，并根據不同工況采用干硬性混凝土技術或自密實混凝土技術。

3 預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊產業化的政策環境

3.1 再生混凝土應用政策支持

2011年，國家發展和改革委員會頒布的《產業結構調整指導目錄（2011年本》，再生混凝土產業屬于鼓勵類中第三十八項“環境保護與資源節約綜合利用”類產業，隸屬于其中的第28小項“再生資源回收利用產業化”。2017年10月，住房與城鄉建設部發布《建筑業10項新技術（2017年版）》，其中第二章節“鋼筋與混凝土技術”部分，再生骨料混凝土技術入選鋼筋混凝土技術分支，將作為新技術在全國推廣。[3]2018年10月，上海市八部門聯合出臺《上海市建筑廢棄混凝土回收利用管理辦法》，《辦法》規定本市C25及以下強度等級混凝土生產企業應當按照相關標準要求，在確保質量基礎上合理使用再生骨料，再生骨料對同類材料的取代率不得低于15%；鼓勵C25以上強度等級混凝土、預拌砂漿、墻體材料等生產企業，按相關標準規定合理使用再生骨（粉）料等再生產品。

3.2 預制裝配式管廊應用的政策支持

《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》（國辦發〔2014〕27號）第十六條明確提出“積極推廣新工藝、新材料和新設備，推進新型建筑工業化，支持發展裝配式建筑，推廣應用管道預構件產品，提高預制裝配化率”。《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》（國辦發〔2015〕61號）第八條支出“推進地下綜合管廊主體結構構件標準化，積極推廣應用預制拼裝技術，提高工程質量和安全水平，同時有效帶動工業構件生產、施工設備制造等相關產業發展。”《深圳市地下綜合管廊管理辦法（試行）》第二十三條提出“建設、交通運輸、水務等部門應當推動建筑信息模型、管廊主體結構構件標準化、預制拼裝等技術在管廊建設工程中的應用。”《合肥市城市地下綜合管廊管理辦法（試行）》第十一條鼓勵采用新材料、新工藝、新技術，穩步推廣采用預制管廊拼裝技術，提高工程質量、安全和節能環保水平。

4 預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊產業化的市場環境

4.1 豐富的資源供給

近年來，我國城市建設快速發展，大量廢舊建筑被拆除，每年產生約3億噸建筑垃圾，其中約30%以上為廢棄混凝土塊。傳統的建筑垃圾處理方式主要是運往郊外填埋，這樣不僅要花費大量的運輸費用，占用大量的耕地，還會造成城市郊區的環境破壞。若能對廢棄混凝土加以利用，用以生產預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊，不僅能解決日益增長的垃圾處理危機，而且可以節約生產混凝土所需的天然材料，具有顯著的社會、經濟、環境效益。

4.2 潛在的市場需求

4.2.1 完善城市管廊體系建設的要求。目前，我國綜合管廊多用于城市市政道路建設，根據調研，目前諸多城市已建成的城市綜合管廊利用率較低，未能充分發揮其應有作用，究其原因是住宅區、校區、廠區等區域內綜合管廊的應用較少，未能實現小型區域綜合管廊與城市市政綜合管廊連接。因此，城市市政綜合管廊必須與小型區域的綜合管廊協同建設，構建完整的城市管廊體系，才能更好發揮已建城市市政綜合管廊的作用。

4.2.2 小型區域運性管理的要求。在小型區域推廣使用綜合管廊，充分利用小區內的道路及其他公用設施的地下空間，有利于在局部區域內實施各類管線的共同維護和集中管理，解決小區內部管線敷設位置緊張、管線雜亂無章、管線升級和管線維修帶來的路面重復開挖等問題，提高小區運行管理的效率和水平。

4.2.3 綠色生產的要求。小型綜合管廊采用預制拼裝技術，可實現管廊管節的工廠化生產，生產過程可控性高，產品質量穩定；施工簡便、安全、有序，工期短，可實現低碳環保型綠色施工作業方式。

目前小型區域綜合管廊建設已經在部分城市進行采用，如山東青島千禧國際村項目；遼寧沈陽溫馨港灣園區；天津塘沽區悅海花園小區等項目均采用小型綜合管廊。國家重視地下空間綜合利用，對綜合管廊推廣力度不斷加大，小型綜合管廊建設項目將日漸增多，小型綜合管廊將會形成一定規模的市場需求。

5 預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊產業化的技術環境

5.1 預制裝配式管廊技術發展狀況

5.1.1 規范標準編制狀況

近年來國家和各省市積極進行地下綜合管廊技術標準的編制工作。2015年，國家標準《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838)批準實施；上海市地方標準《城市綜合管廊維護技術規程》(DG/TJ08-2168)批準實施；黑龍江省地方標準《哈爾濱市預制裝配整體式混凝土綜合管廊技術導則》批準實施；湖南省地方標準圖集《市政綜合管廊的主體工程、節點工程、附屬工程、預制拼裝工程》(湘2015SZ102-1-2-3-4)、《城市綜合管廊BIM技術應用》正式出臺。2017年，湖南省地方標準《湖南省預制裝配整體式混凝土綜合管廊結構技術標準》（DBJ43/T329-2017）正式實施；國家建筑標準設計圖集《綜合管廊給水管道及排水設施》（17GL301、17GL302）、《綜合管廊熱力管道敷設與安裝》（17GL401）、《綜合管廊纜線敷設與安裝》（17GL601）正式實施。2018年，中國工程建設標準化協會批準《城市地下綜合管廊管線工程技術規程》（T/CECS532-2018）正式實施；國家建筑標準設計圖集《綜合管廊工程BIM應用》（18GL102）正式實施。其余如江蘇省、福建省、遼寧省也都出臺了各自的綜合管廊建設指南或技術導則。

5.1.2 技術推廣應用狀況

在綜合管廊的建設發展過程中，國內眾多學者和專家圍繞市政綜合管廊進行了一系列研究，累計發明多項專利技術和專有技術，形成多個自主知識產權體系和系列研究成果。上海同濟大學通過足尺模型試驗對預制預應力綜合管廊進行研究，預制管節通過預應力筋現場拼接，研究成果被成功應用于上海世博園管廊項目中。哈爾濱工業大學和黑龍江宇輝建設集團共同研發疊合裝配式綜合管廊體系，將管廊的內外墻、頂板、底板拆分為單個構件，利用約束鋼筋搭接連接和鋼筋環插筋連接技術現場拼裝，現場后澆混凝土。湖南遠大住工發展有限公司開發了一種預制疊合整體式綜合管廊體系，該體系包含夾心疊合側墻、疊合底板和疊合頂板三類構件，均由預制和現澆兩部分組成，受力和計算方式同現澆結構。北京中泰國際公司自主研發了泰合金復合材料為主材的管廊模具系統和接口密封防護技術[4]。

5.2 再生混凝土技術發展狀況

5.2.1 規范標準編制狀況

我國對再生混凝土利用技術的研究相比較發達國家起步較晚，但隨著國家對建筑固體廢棄物循環再利用高度重視，近年來再生混凝土技術發展迅猛。為促進再生混凝土行業健康發展，國家和地方陸續出臺相關技術標準，2010年，頒布《混凝土和砂漿用再生細骨料》GB/T25176-2010、《混凝土用再生粗骨料》GB/T25177-2010、《再生瀝青混凝土》GB/T25033-2010。2011年起，相繼出臺《再生骨料地面磚和透水磚》CJ/T400-2012、《再生骨料應用技術規程》JGJ/T240-2011、《再生骨料透水混凝土應用技術規程》CJJ/T253-2016等行業標準。

5.2.2 技術推廣應用狀況

上海市早在2010年就在世博園項目中進行了再生混凝土工程應用示范，兩幢單體建筑的樓板均用C30再生混凝土澆筑，取得了滿意的結果。揚州惠民再生資源有限公司于2013年建成全市首家再生混凝土示范生產線，其新廠區辦公樓主體結構及廠區道路建設中全部采用了該生產線生產的再生混凝土，同時該公司建設有多個再生混凝土制品生產線，其產品被應用于揚州市及周邊城市的多個工程中。北京建筑工程學院積極研發廢棄混凝土處理與利用技術，建成兩條大中型廢棄混凝土處理示范生產線，并研制了再生磚、再生砂漿等產品的制備技術，其產品在本院6號實驗樓工程中被成功應用。浙江省有多家企業開展再生混凝土制品的研發，如桐鄉市同德墻體建材有限公司開發的再生混凝土多孔磚生產線，杭州富麗華建材有限公司開發的再生混凝土輕質隔墻板生產線，富陽市拒興建材有限公司開發的再生混凝土生產線等，產品被應用到多個工程中。

5.3 預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊技術研究

揚州市職業大學圍繞預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊技術開展系統研究，編制完成應用于城市小型區域的預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊圖集，選取其中A1型小型管廊為研究對象，管廊凈寬2.2米，凈高2.0米，單個預制管節長度2米，共制備3節管廊，材料選用C30纖維增強干硬性再生骨料混凝土，再生骨料替代率為100%，增強纖維采用改性聚丙烯纖維，纖維摻量為1.2kg/m3，鋼筋采用熱軋HPB300級鋼筋和熱軋HRB400級鋼筋，管廊連接采用承插口式雙膠圈柔性連接，模具采用專用鋁合金模板，管節容納給水管道、電力電纜、通訊線纜及自用管線，采用蒸汽養護。管廊成品制成過程中進行材料性能檢測，包括再生骨料性能檢測、再生混凝土力學性能檢測；管廊成品制作完成后，模擬車行道下管廊承載及受力，對管廊成品的進行壓力實驗，同時開展閉水實驗。[5]實驗主要結論表明：1）再生骨料性能滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T25177-2010）的要求。2）干硬性再生混凝土前期強度增長較快，具有明顯的快硬早強特點，可發揮裝配式混凝土構件工業化生產的優勢。3）壓力實驗中，在模擬的車行道荷載的作用下，小型管廊成品的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態可滿足《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838-2015)、《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）等相關規范要求。4）閉水實驗中，試驗管段浸泡2天后，在規定的觀測時間內未發現滲漏現象，管廊防水性能滿足《城市綜合管廊工程技術規范》（GB50838-2015）、《地下工程防水技術規范》（GB50108-2008）、《地下防水工程質量驗收規范》（GB50208-2011）等相關規范要求。

6 預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊碳排放的評估

揚州市職業大學預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊課題組選取圖集中A1型小型管廊為研究對象，以碳排放作為評價指標，對管廊混凝土結構進行了全生命周期碳排放量的評估（不包括管線）。研究時間界定為從管廊制備材料準備至管廊拆除回收的整個過程，并將全生命周期劃分為建材生產、施工建設、運行與維護、拆除與回收階段四個階段[6]。

采用Bottom-up模式，基于各階段主要采用的機械設備類型及作業時間等參數，結合《2018年全國統一施工機械臺班費用定額》及能源消耗與燃料碳排放標準，建立了預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊全生命周期碳排放評價模型，并以某小區的A1型小型管廊為算例，對其進行了碳排放的評估，結論如下：1）總長僅200m預制拼裝再生混凝土小型綜合管廊會產生11t碳排放，因此應制定科學合理的生產、施工組織設計，嚴格控制對環境的影響。2）建材生產與施工建設階段產生了全生命周期內絕部分的碳排放（約96%），其中建材的運輸與溝槽邊坡支護比重最大，應作為重點控制工序，通過減少運輸距離、優化邊坡支護方案等有效措施進行改善。

7 結語

目前，國家已出臺系列預制綜合管廊及再生混凝土循環利用的政策，預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊的產業化推廣具有豐富的資源供給和廣闊的市場需求，支撐產品生產的技術條件初步具備。因此，預制裝配式再生混凝土小型綜合管廊產業化無論在政策上、技術上及市場化推廣等方面的評估結果均是可行的。