裝配式綜合管廊在地鐵車(chē)輛基地中的發(fā)展及應(yīng)用探討

鄭 輝

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

綜合管廊亦稱(chēng)共同溝，是指設(shè)置于地面以下用于容納兩種及以上管線(xiàn)，設(shè)有專(zhuān)門(mén)的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一種現(xiàn)代化、集約化、智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。綜合管廊解決了路面反復(fù)開(kāi)挖、架空線(xiàn)網(wǎng)密集、不利于檢修等問(wèn)題。相比市政管廊，地鐵管線(xiàn)產(chǎn)權(quán)統(tǒng)一，其具有綜合性、安全性、環(huán)保性、長(zhǎng)效性、可維護(hù)性方面顯著優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)多應(yīng)用于地鐵尤其是地鐵車(chē)輛基地中。

1 地鐵車(chē)輛基地綜合管廊發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀[1-3]

目前國(guó)內(nèi)已建成了珠海橫琴新區(qū)、廣州大學(xué)城等市政綜合管廊項(xiàng)目，目前北京、廣州、南寧、成都等城市均開(kāi)始綜合管廊與地鐵工程同步實(shí)施計(jì)劃，廣州地鐵11號(hào)線(xiàn)目前正在實(shí)施與正線(xiàn)同步的48 km長(zhǎng)綜合管廊，而在地鐵車(chē)輛基地中綜合管廊的應(yīng)用目前尚處于探索和初步實(shí)施階段。

廣州地鐵于2012年開(kāi)始逐步在地鐵車(chē)輛基地中推行綜合管廊，如圖1所示。綜合管廊布置原則為：壓力管線(xiàn)可進(jìn)入管廊；壓力管線(xiàn)與弱電管線(xiàn)可進(jìn)入同一管廊；強(qiáng)電管線(xiàn)可進(jìn)入同一管廊。

圖1 典型地鐵車(chē)輛基地綜合管廊平、剖面(單位：mm)

1.2 建設(shè)和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

由于地鐵車(chē)輛基地管線(xiàn)的特殊性，現(xiàn)階段綜合管廊一般不要求人行通行需求，因此管廊截面尺寸較小，一般為混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，對(duì)于管線(xiàn)進(jìn)出管廊處后期采用鑿除法，支架采用膨脹螺栓固定等形式[4-5]。實(shí)踐證明，綜合管廊的應(yīng)用大大減少了管線(xiàn)重復(fù)開(kāi)挖和土石方量，且節(jié)省了占地。但隨著綜合管廊投入運(yùn)營(yíng)，發(fā)現(xiàn)存在諸多問(wèn)題：設(shè)計(jì)信息化程度低、管廊防水較差、安裝工期較長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)質(zhì)量不可控、設(shè)施維護(hù)難，管廊運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀如圖2所示。

圖2 地鐵車(chē)輛基地綜合管廊建設(shè)和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

2 車(chē)輛基地發(fā)展裝配式管廊的可行性分析

2.1 地鐵車(chē)輛基地管線(xiàn)種類(lèi)分析

地鐵車(chē)輛基地內(nèi)管線(xiàn)一般分為五類(lèi)[6]：動(dòng)力管線(xiàn)(給水、中水、消防、噴淋、熱力、壓縮空氣管)、弱電管線(xiàn)(通信、信號(hào)、FAS、BAS、安防、綜合監(jiān)控、門(mén)禁等)、強(qiáng)電管線(xiàn)(110 kV、33 kV、220 V以及控制保護(hù)電纜等)、重力流管線(xiàn)(雨水、污水、廢水管)和燃?xì)夤芫€(xiàn)。

2.2 管線(xiàn)綜合設(shè)置原則[7-8]

車(chē)輛基地內(nèi)室外管線(xiàn)應(yīng)全面考慮各種管線(xiàn)的性質(zhì)、用途、相互管線(xiàn)及彼此間可能產(chǎn)生的影響，將管線(xiàn)埋深相近、性質(zhì)類(lèi)似而又互相不影響的管線(xiàn)集中布置。按此原則，強(qiáng)、弱電綜合管廊宜分開(kāi)布置，采用地下管溝的形式，若共溝須考慮分隔；考慮建設(shè)成本的原因，重力流管線(xiàn)宜直埋敷設(shè)，并相對(duì)集中布置于綠化帶、道路一側(cè)；弱電管線(xiàn)可與動(dòng)力管線(xiàn)共溝敷設(shè)；燃?xì)夤芫€(xiàn)單獨(dú)敷設(shè)。

2.3 綜合管廊應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)模式的車(chē)輛基地管線(xiàn)一般考慮在綠化帶和道路下方埋地敷設(shè)，管線(xiàn)施工時(shí)需大面積土方開(kāi)挖和回填，后期管線(xiàn)檢修和更換時(shí)需對(duì)道路和綠化帶開(kāi)挖，不利于檢修[9-10]。以廣州某地鐵車(chē)輛基地為例，原設(shè)計(jì)考慮室外所有管線(xiàn)全部埋地敷設(shè)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)考慮將動(dòng)力管和弱電管線(xiàn)入廊，經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析如表1所示。

表1 綜合管廊與管線(xiàn)直埋經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比

由表1可以看出，綜合管廊的應(yīng)用減少了土方開(kāi)挖，且后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較低，具有較大優(yōu)勢(shì)。綜合管廊滿(mǎn)足日常運(yùn)營(yíng)需求，但由于斷面尺寸較小，管廊內(nèi)管線(xiàn)較多，且缺少必要的附屬設(shè)計(jì)，因此對(duì)后期檢修工作帶來(lái)較大的困難。裝配式管廊具有施工周期短、節(jié)省時(shí)間和人力成本；預(yù)制品工廠(chǎng)完成，質(zhì)量有保證；綠色環(huán)保、單位能耗低、減少土方開(kāi)挖和支護(hù)費(fèi)用；采用信息化設(shè)計(jì)手段預(yù)留孔洞，防水效果好；信息化管理和維護(hù)，便于檢修等特點(diǎn)[11]。

2.4 裝配式管廊在地鐵車(chē)輛基地應(yīng)用可行性分析

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，裝配式管廊已在國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用具備以下成熟條件。

(1)政策法規(guī)逐漸完善：目前國(guó)內(nèi)已頒布《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838—2012)、《城市綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理標(biāo)準(zhǔn)》等7本規(guī)范，從政策和法規(guī)上提供了建設(shè)裝配式管廊的理論依據(jù)，同時(shí)提供了報(bào)審、施工、驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)管理依據(jù)。

(2)管線(xiàn)產(chǎn)權(quán)清晰：車(chē)輛基地內(nèi)管線(xiàn)產(chǎn)權(quán)均為地鐵所有，與市政管線(xiàn)相比不存在多個(gè)產(chǎn)權(quán)單位，且有獨(dú)立的管線(xiàn)運(yùn)營(yíng)部門(mén)負(fù)責(zé)管廊運(yùn)維。

(3)管廊斷面較小：車(chē)輛基地內(nèi)管線(xiàn)種類(lèi)較少，相比市政管廊，其斷面較小，投資較小，斷面、節(jié)點(diǎn)、附屬設(shè)施、防水設(shè)計(jì)均可標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

(4)多樣化施工方案：裝配式管廊根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)條件，有半預(yù)制、整節(jié)預(yù)制、疊合裝配等6種施工方案[12]，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇施工方案。

(5)綜合管廊綠色建造和智慧管理技術(shù)手段不斷發(fā)展[13]：目前自動(dòng)巡檢養(yǎng)護(hù)、BIM全過(guò)程設(shè)計(jì)管理等手段不斷發(fā)展。

3 地鐵車(chē)輛基地裝配式綜合管廊應(yīng)用研究

3.1 地鐵車(chē)輛基地管廊斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)2.1中管線(xiàn)種類(lèi)和2.2中管線(xiàn)綜合設(shè)置原則分析，車(chē)輛基地內(nèi)管廊斷面可分為兩種：半開(kāi)放(蓋板溝)和全封閉斷面，根據(jù)廣州地區(qū)車(chē)輛基地綜合管廊建設(shè)和營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，半開(kāi)放模式其蓋板密封不嚴(yán)，存在雨水進(jìn)入管廊內(nèi)浸泡管線(xiàn)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全，從防水、運(yùn)維、安全等角度考慮，建議后續(xù)均采用全封閉斷面模式。

全封閉斷面可分為兩種：?jiǎn)蝹}(cāng)和雙倉(cāng)，其中單倉(cāng)斷面根據(jù)其入廊管線(xiàn)又分為綜合管廊、低壓管廊、高壓管廊三種。

(1)單倉(cāng)管廊

單倉(cāng)管廊設(shè)置除考慮不同種類(lèi)管線(xiàn)按照管線(xiàn)間距要求外，還應(yīng)考慮管線(xiàn)安裝和檢修空間需求，此外管廊內(nèi)應(yīng)充分預(yù)留一定的空間，以保證未來(lái)新增管線(xiàn)敷設(shè)。從節(jié)約投資和施工方便的角度出發(fā)，本次單倉(cāng)管廊斷面尺寸統(tǒng)一按照2 000 mm×2 400 mm(凈寬×凈高)設(shè)計(jì)，該斷面尺寸適用綜合管廊、低壓電力管廊、高壓電力管廊三種管廊形式，單倉(cāng)管廊斷面詳見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 單倉(cāng)管廊-綜合管廊斷面(單位：mm)

圖4 單倉(cāng)管廊-低壓、高壓電力管廊斷面(單位：mm)

(2)雙倉(cāng)管廊

雙倉(cāng)管廊主要考慮車(chē)輛基地用地緊張情況下將綜合管廊與低壓管廊合并設(shè)置。從節(jié)約投資和施工方便的角度出發(fā)，本次雙倉(cāng)管廊斷面尺寸統(tǒng)一按照4 250 mm×2 400 mm(凈寬×凈高)設(shè)計(jì)，雙倉(cāng)管廊斷面詳見(jiàn)圖5。

圖5 雙倉(cāng)管廊斷面(單位：mm)

3.2 BIM在裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[14-15]

裝配式管廊實(shí)際應(yīng)用中最大的困難在于管線(xiàn)進(jìn)出管廊位置無(wú)法提前預(yù)判并預(yù)留好合適的管線(xiàn)預(yù)留孔，后期若采用鑿除對(duì)管廊防水層影響較大，存在雨水倒灌管廊的風(fēng)險(xiǎn)。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，利用BIM技術(shù)對(duì)綜合管廊協(xié)同設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)可視化和可模擬性特點(diǎn)將工程提前在計(jì)算機(jī)中模擬建造，將項(xiàng)目全過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題提前預(yù)判和修改，避免后期施工返工和廢棄，BIM技術(shù)同時(shí)可對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬和演示，計(jì)算綜合管廊主要材料工程量。其設(shè)計(jì)流程為：管線(xiàn)二維設(shè)計(jì)→BIM建模→管線(xiàn)碰撞檢查→節(jié)點(diǎn)深化→BIM協(xié)調(diào)開(kāi)洞→信息提取→生成報(bào)告→反饋至設(shè)計(jì)、施工。圖6為利用Revit平臺(tái)對(duì)南寧地區(qū)某車(chē)輛基地管線(xiàn)綜合進(jìn)行碰撞檢查，圖7為裝配式管廊節(jié)點(diǎn)模型。

圖6 車(chē)輛基地管線(xiàn)碰撞檢查示意

圖7 車(chē)輛基地裝配式管廊節(jié)點(diǎn)模型

3.3 裝配式綜合管廊附屬設(shè)計(jì)[16]

裝配式管廊相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆形式管廊，其附屬設(shè)計(jì)更加多元化和智能化，附屬設(shè)施主要包括管道支架、管廊內(nèi)集水井、智能照明、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)、管廊標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、自動(dòng)巡檢機(jī)器人、檢修插座箱等，詳見(jiàn)圖8。

3.4 裝配式綜合管廊成本分析[17]

為比較裝配式綜合管廊與現(xiàn)澆管廊成本，選取斷面尺寸較為接近的上海世博會(huì)地下綜合管廊為例，其現(xiàn)澆段長(zhǎng)6.2 km，預(yù)制管廊長(zhǎng)200 m，管廊尺寸均為外寬3 m，外高3.4 m，壁厚300 mm。以25 m長(zhǎng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段，對(duì)兩種施工工法進(jìn)行成本分析，如表2所示。

圖8 裝配式綜合管廊附屬示例

項(xiàng)目現(xiàn)澆管廊裝配式管廊安全成本施工面大,人員多,邊坡與基坑支護(hù)范圍大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),安全隱患大標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、開(kāi)挖面小、邊坡支護(hù)少、人員少、可快速回填,安全隱患小質(zhì)量成本澆筑、支架打孔、結(jié)構(gòu)后開(kāi)洞導(dǎo)致透水現(xiàn)象嚴(yán)重工序少、工廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、工藝嚴(yán)格、質(zhì)量高場(chǎng)地成本占用面積大,時(shí)間周期長(zhǎng),斷面挖方面積83m2,回填面積66m2。預(yù)制場(chǎng)需7000m2,長(zhǎng)200m寬35m,斷面挖方面積69m2,回填面積51m2環(huán)保成本作業(yè)面大、廢棄物多、現(xiàn)場(chǎng)管理難度大、文明施工差施工簡(jiǎn)易、工期短、作業(yè)面積小、產(chǎn)生廢棄物少工期成本需約45名工人施工,工期40d需約6名工人,工期22d,節(jié)省18d,縮短45%工期運(yùn)維成本設(shè)備折舊費(fèi)、意外損失費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)用較大,人力成本高設(shè)備折舊費(fèi)、意外損失費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)用分別降低11%、10%、33%施工成本標(biāo)準(zhǔn)段土建總成本30.9萬(wàn)元,比裝配式成本高4%標(biāo)準(zhǔn)段土建總成本29.5萬(wàn)元,裝配式節(jié)約1.4萬(wàn)元,成本減少4%

從表2可以得出，裝配式綜合管廊從工期、安全、質(zhì)量等各個(gè)方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其成本普遍低于傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式。此外，目前較多城市對(duì)于裝配式產(chǎn)業(yè)予以一定的政策支持，從用地出讓、規(guī)劃條件、財(cái)政減免、信貸融資等各個(gè)方面予以扶持。隨著裝配式產(chǎn)業(yè)配套企業(yè)的發(fā)展，裝配式管廊的成本將會(huì)進(jìn)一步降低。

3.5 地鐵車(chē)輛基地裝配式管廊現(xiàn)階段存在的問(wèn)題

(1)應(yīng)加快完成地鐵車(chē)輛基地裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)化編制，從斷面設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、附屬設(shè)施、防水設(shè)計(jì)等多個(gè)方面加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省資源消耗。

(2)現(xiàn)行《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定防火分區(qū)距離200 m在實(shí)際設(shè)計(jì)施工中很難實(shí)現(xiàn)(分區(qū)太短，每個(gè)分區(qū)消防、安防等設(shè)施配置一套造價(jià)較高)[18]。

(3)規(guī)范中要求防水設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)，但止水帶、止水膠條等材料壽命僅為20～30年，已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的城市地下綜合管廊滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，建議按照一級(jí)防水設(shè)計(jì)，二級(jí)防水驗(yàn)收[19]。

3.6 裝配式綜合管廊發(fā)展愿景[20-21]

裝配式綜合管廊由于其從成本、運(yùn)維、信息化設(shè)計(jì)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，因此發(fā)展前景廣闊。未來(lái)裝配式管廊將努力向智慧管廊發(fā)展，在工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維過(guò)程中大力推進(jìn)BIM、GIS等技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用，建立綜合管廊集成管理信息系統(tǒng)，逐步形成智能化管廊運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力，積極探索基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合管廊全生命周期管理。

4 總結(jié)及建議

本文分析了地鐵車(chē)輛基地綜合管廊發(fā)展現(xiàn)狀，從政策、應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀總結(jié)了目前模式存在的弊端。通過(guò)對(duì)車(chē)輛基地內(nèi)管線(xiàn)的分析，研究了地鐵車(chē)輛基地發(fā)展裝配式綜合管廊的可行性，并依此展開(kāi)了裝配式綜合管廊的應(yīng)用分析研究，提出了單倉(cāng)和雙倉(cāng)兩種適用于地鐵車(chē)輛基地的管廊斷面形式，建立了BIM模型對(duì)段內(nèi)管線(xiàn)進(jìn)行碰撞檢查和節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，針對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)澆管廊運(yùn)維的困難，對(duì)管廊附屬設(shè)施進(jìn)行了歸類(lèi)設(shè)計(jì)，并從成本、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)上對(duì)裝配式綜合管廊進(jìn)行了比較分析，實(shí)踐證明，裝配式綜合管廊比現(xiàn)澆管廊綜合成本低。

經(jīng)研究分析，裝配式綜合管廊能有效降低設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維綜合成本，且隨著政策、法規(guī)和技術(shù)的不斷完善，未來(lái)發(fā)展前景較好，但目前地鐵車(chē)輛基地內(nèi)實(shí)際應(yīng)用較少，對(duì)于雨污水等重力流管、燃?xì)夤堋崴艿仁欠袢肜壬行柽M(jìn)一步論證和研究，下一步應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)方面對(duì)裝配式綜合管廊進(jìn)行研究。