綜合管廊及海綿城市建設(shè)實施

臧建軍/ZANG Jian-jun

(中煤建工集團(tuán)有限公司，北京 100161)

1 地下綜合管廊的建設(shè)實施

1.1 綜合管廊的發(fā)展歷程

早在19世紀(jì)初期，為了解決地下管線的敷設(shè)問題和提高環(huán)境質(zhì)量，法國巴黎就開始了地下管線共同溝的興建，之后英國、德國、美國和日本等國家相繼規(guī)劃和建設(shè)了自己的地下共同溝。然而，以往的地下綜合管廊（共同溝）主要是為了滿足某種特殊使用功能而建造，缺乏城市總體規(guī)劃和戰(zhàn)略布局，如日本雖然很早就開始建造了地下綜合管廊，但真正大規(guī)模的建設(shè)還是在1963年日本制定《共同溝法》以后。歐美等國的地下管網(wǎng)，如美國紐約市的大型供水系統(tǒng)、西班牙巴塞羅那市的環(huán)狀綜合管廊網(wǎng)及馬德里篩形市政管網(wǎng)，則于20世紀(jì)末才開始逐步建立和完善。相比之下,我國在地下綜合管廊的建設(shè)方面起步要晚的多，其中1994年建造于上海浦東新區(qū)張楊路下的寬5.9m、高2.6m、長11.2km的雙孔支管管道，是國內(nèi)第一條較具規(guī)模并投入運營的綜合管廊。此后雖然有提出工程管線宜采用綜合管廊集中敷設(shè)的法律規(guī)范[1～2]，但規(guī)模性應(yīng)用的城市較少，直到2015年國辦發(fā)61號文《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》的發(fā)布，地下綜合管廊的建設(shè)才開始逐步邁入全面發(fā)展軌道。

1.2 綜合管廊建設(shè)的主要面臨問題

城市地下綜合管廊指在城市地下建造一個隧道空間，將電力、通訊或流體管道集中布設(shè)其中，并通過專設(shè)的通風(fēng)、檢修和施工口與外部建立聯(lián)系的地下重要基礎(chǔ)設(shè)施。由于其特殊的空間與支架設(shè)計，能夠解決管線擴容、日常維修等問題，避免道路反復(fù)開挖造成的社會經(jīng)濟(jì)損失，有助于城市地下空間的可持續(xù)發(fā)展。其中，在綜合管廊的建設(shè)實施中需要正視以下幾方面問題。

1.2.1 埋深一般較淺、受地表環(huán)境影響較大

地下綜合管廊是構(gòu)成城市地下空間開發(fā)利用的最淺市政管線層，由于其設(shè)計埋深一般較淺，因此受地表環(huán)境的影響較大：①由于管廊結(jié)構(gòu)距離地表較近，車輛等地面載荷經(jīng)由覆土傳遞下來的附加壓力一般較大，對上方填土質(zhì)量的控制要求極為嚴(yán)格；②地表水能夠輕易穿透淺層覆土抵達(dá)管廊頂板，尤其對于管段拼裝式管廊，做好結(jié)構(gòu)的密封性設(shè)計和防透水防腐蝕性措施至關(guān)重要；③此外，周圍溫差引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力，也可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，降低結(jié)構(gòu)使用壽命，因此在管廊建設(shè)實施中需進(jìn)行必要的保護(hù)處理。

針對管廊結(jié)構(gòu)埋深較淺的特點，若采用盾構(gòu)法施工，則存在對覆土擾動影響大、變形控制困難等問題，工作效率降低。目前在管廊施工中多采用明挖法，并結(jié)合普通挖掘、澆注（或拼裝）等設(shè)備沿規(guī)劃線路向前推進(jìn)，這無疑使得工程施工的連續(xù)化程度降低，開挖周期延長，因此研發(fā)高效自動化配套機械設(shè)備成為目前亟待解決的重要課題。與此同時，考慮管廊內(nèi)集中布設(shè)管線在功能使用和輸運機制上存在的差異，對于不同的管道分艙設(shè)計仍需要單獨進(jìn)行指定條件下的參數(shù)分析[3]，而對于工程施工影響范圍內(nèi)的建筑，為保障施工安全和周邊安全，需進(jìn)行施工前的保護(hù)遷移和施工后的恢復(fù)工作。

1.2.2 開挖線路長、穿越地質(zhì)條件多樣

地下綜合管廊的另一表現(xiàn)特征就是布置線路長、穿越多種地質(zhì)環(huán)境。國內(nèi)各試點城市的綜合管廊建設(shè)實踐中，各地地質(zhì)條件呈現(xiàn)出明顯差異性。當(dāng)沿線遇到較大塊狀孤石、地下溶洞等障礙物而無法繞行時，可采用爆破破碎或注漿填充等方式，以保障機械順利開挖；當(dāng)沿線需下穿房屋、高架橋、鐵路等建筑物時，考慮結(jié)構(gòu)間荷載傳遞效應(yīng)，可采取地基托換等技術(shù)將產(chǎn)生的不利影響限定在閾值范圍內(nèi)；當(dāng)不可避免需要穿越河流、地裂縫等高風(fēng)險場地時，除了應(yīng)做好詳勘，準(zhǔn)確評估安全風(fēng)險外，可通過優(yōu)化注漿或增設(shè)管棚等預(yù)支護(hù)措施控制地層變形，并通過跟蹤監(jiān)測降低管廊穿越風(fēng)險。

1.2.3 管線分艙設(shè)置、管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜

采用綜合管廊鋪設(shè)管線時，在本質(zhì)上是對管線增加了一道鋼筋混凝土保護(hù)層，因此與傳統(tǒng)的直埋式相比，管線的防災(zāi)抗毀能力和防土、水腐蝕性等方面均得到了較大程度地提高。如1995年發(fā)生在日本阪神的7.2級大地震，由震害調(diào)查表明，地下綜合管廊對于城市綜合防災(zāi)能力的提高有著顯著的作用[4]。

在綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了應(yīng)考慮非重力管線如通信、電力、給水、燃?xì)獾鹊叵鹿芫€的自由穿行外，若采取污水等排水管道入廊，還需考慮如何解決沿管線方向的重力流問題，在平原地區(qū)表現(xiàn)尤為突出，目前主要的解決對策有獨立布線，設(shè)計用于布置流體驅(qū)動設(shè)備或能量中轉(zhuǎn)站的特殊管廊段[5]。對于燃?xì)獾纫兹家妆芫€，為保障運行安全，有提出在管廊安裝惰性氣體輸送系統(tǒng)對管道進(jìn)行隔離保護(hù)，或者通過在管段節(jié)點和設(shè)計監(jiān)測點安裝監(jiān)測設(shè)備，借助BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對管線系統(tǒng)的整體運行狀況進(jìn)行時時監(jiān)控，由控制指揮中心發(fā)號施令對故障管段進(jìn)行及時更換或修復(fù)。

1.2.4 建設(shè)起步晚、管廊技術(shù)有待進(jìn)一步完善

我國地下綜合管廊的建設(shè)近幾年才逐步發(fā)展起來，因此無論從配套施工設(shè)備的研制、施工和運營管理以及相應(yīng)技術(shù)規(guī)范的制訂等方面，在某種程度上可能僅適用于部分工程，其中仍存在較大的技術(shù)研究發(fā)展空間，需要在今后的工程實踐中根據(jù)不同環(huán)境條件和設(shè)計要求，通過安全性和經(jīng)濟(jì)性論證不斷去優(yōu)化和完善。

但總的來說，城市地下綜合管廊作為一種現(xiàn)代化、集約化的城市基礎(chǔ)設(shè)施，盡管在市政管線敷設(shè)上具有特有的優(yōu)勢，但并非解決所有問題的靈丹妙藥，必須結(jié)合城市發(fā)展的具體需求，尤其在老舊城區(qū)改造方面，應(yīng)綜合衡量利弊，在不斷追求規(guī)模化發(fā)展的同時，將管廊建設(shè)引向良性發(fā)展軌道。

1.3 綜合管廊的建設(shè)發(fā)展方向

近幾年，隨著國家政策對城市綜合管廊的推進(jìn)和支持力度不斷加大，規(guī)劃建設(shè)管廊的試點城市不斷擴大，整體呈現(xiàn)出建設(shè)密度大、覆蓋城市面廣等特征，管廊建設(shè)在國內(nèi)各大中小城市得到了大力推廣。為促使國家政策的實際落地，在技術(shù)上，針對城市地下綜合管廊的防水設(shè)計、施工堵漏、維修與加固等問題開展了多次技術(shù)交流研討會，分享國內(nèi)外典型案例，共同探討施工建設(shè)新理念新技術(shù)；在法規(guī)建設(shè)上，各地出臺相應(yīng)的地下綜合管廊建設(shè)實施細(xì)則，2015年《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的制訂[6]，更是為我國地下綜合管廊的建設(shè)與發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

根據(jù)各城市的不同發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，地下綜合管廊的布設(shè)方式主要包括：沿干道平行獨立布置、與在建或改建地下建筑組合設(shè)計兩種布設(shè)方式；管廊截面結(jié)構(gòu)設(shè)計則劃分為現(xiàn)澆式、預(yù)制式和組合式設(shè)計。目前國內(nèi)的地下管廊主要施工方法有以下幾種。

1）明挖現(xiàn)澆法 利用支護(hù)結(jié)構(gòu)支擋或放坡，進(jìn)行地下基坑開挖，在基坑內(nèi)施工做內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工方法。

2）明挖預(yù)制拼裝法 利用支護(hù)結(jié)構(gòu)支擋，在地表進(jìn)行地下基坑開挖，在基坑內(nèi)拼裝，是一種較為先進(jìn)的施工方法，施工速度快，施工質(zhì)量易于控制。

3）頂管法 當(dāng)管廊穿越鐵路、道路等各種障礙物時，采用的一種暗挖式施工方法。適用于軟土或富水軟土層，無需明挖土方，對地面影響小。

4）盾構(gòu)法 該法具有全過程實現(xiàn)自動化作業(yè)，在松軟含水層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。

5）預(yù)制拼裝工法 如U型盾構(gòu)法。

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，裝配式地下結(jié)構(gòu)以其施工快捷高效，環(huán)保等優(yōu)點被逐步提上工作日程[7]，此外，采用綜合管廊與地下車站等地下建筑聯(lián)合布置，采用大型、分艙預(yù)制或裝配組合式綜合管廊的規(guī)劃設(shè)計，必將伴隨今后地下大城市的開發(fā)建設(shè)，實現(xiàn)地下空間一體化的發(fā)展格局。謝和平院士曾指出：基于國內(nèi)外對人類生存空間的積極探索，以及對優(yōu)良生態(tài)環(huán)境的迫切需求，地下空間的開發(fā)利用必然會向著深地、多層次地下生態(tài)城市空間發(fā)展的頂級構(gòu)想[8]。

2 海綿城市的建設(shè)實施

如果說地下綜合管廊建設(shè)是破解“馬路拉鏈”問題的鑰匙，海綿城市建設(shè)則可以稱為緩解“城市病”的良方。眾所周知，每逢雨季小區(qū)內(nèi)或城市道路低洼處出現(xiàn)內(nèi)澇似乎已成為一種常態(tài)，為了解決此類問題，國內(nèi)外分別從工程建設(shè)和政策上給出了解決方案，如韓國從提高地表滲透性入手，提出將首爾市打造成“讓水可以呼吸的綠色城市”的愿景；日本則通過興建大型排水和儲水系統(tǒng)工程，大大降低了降雨引起的城市問題；英國政府鼓勵在居民家中、社區(qū)和商業(yè)建筑設(shè)立雨水收集利用系統(tǒng)，以從根源上解決水的問題。為解決城市水資源短缺和市政排水能力，我國較早就實施了“南水北調(diào)工程”，并提出在城市內(nèi)可采用透水性地面、濕地公園、儲水再利用設(shè)施等措施，來緩解降雨內(nèi)澇對居民正常出行的影響，減少由此引起的社會問題[9]。

海綿城市，顧名思義就是指將城市做成像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，即下雨時能夠吸水滲水，旱時將蓄存的水釋放并加以利用，以實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。其中，在海綿城市的建設(shè)實施中需要正視以下幾方面問題。

2.1 地面透水性的影響

我國地域遼闊，各地降水存在分布不均衡現(xiàn)象，因此，在海綿城市規(guī)劃建設(shè)中不應(yīng)生硬照搬他人的經(jīng)驗做法，而需要在科學(xué)的規(guī)劃下，因地制宜采取符合自身特點的措施。依據(jù)國務(wù)院文件對海綿城市建設(shè)規(guī)定的“采用滲、滯、蓄、凈、用、排等措施，將70﹪的降雨就地消納和利用”的目標(biāo)要求，有學(xué)者通過對道路、坡屋面、綠地及鋪裝地面的排水量進(jìn)行預(yù)估，給出濕地公園和儲水水塘的最大滯水深度、綠地下沉深度、綠化面積率與日最大降水量的估算關(guān)系式[10]。

對于透水性路面來說，由于受長期載荷影響，經(jīng)常會出現(xiàn)低洼不平段，此時，如何合理設(shè)計透水性路面，如何控制地表徑流堵塞空隙、保障路面的長期透水性能，以及如何控制雨水滲透對地基承載力的不利影響等，成為道路設(shè)計者和施工者在海綿城市建設(shè)中必須要面臨的技術(shù)問題，也是擺在科研人員面前的一項重要課題。

2.2 地下蓄水管廊（艙）的設(shè)計

當(dāng)海綿城市建設(shè)中需要考慮采用可蓄水的雨水管廊（艙）時，如陜西西安市重點民生工程PPP重點項目——昆明路地下綜合管廊雨水艙設(shè)計（圖1）、南京江北新區(qū)海綿雨水艙設(shè)計等，除了應(yīng)按照傳統(tǒng)的管道水力計算和儲水能力估算外，綠地、濕地、生物滯留設(shè)施、路面吸水透水性以及城市地下空間的開發(fā)利用程度，也是影響管廊截面幾何尺寸設(shè)計和埋深設(shè)計的重要因素。

圖1 綜合管廊雨水艙設(shè)計

依據(jù)國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》及住建部發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》的相關(guān)部署和技術(shù)指導(dǎo)，在治理方案選擇上，可根據(jù)各城市自身發(fā)展現(xiàn)狀，強調(diào)優(yōu)先采用透水性道路鋪面、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水，同時聯(lián)合地下蓄水管廊（艙），通過自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，促進(jìn)雨水資源的再利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

3 結(jié)語

作為21世紀(jì)城市發(fā)展理念和建設(shè)方式轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志，綜合管廊及海綿城市的建設(shè)正逐步摒棄傳統(tǒng)的城市建設(shè)模式和規(guī)劃設(shè)計理念，在國家政策扶持、財政支持和社會需求的大力推動下，朝向更趨理性化和合理化方向發(fā)展。