城市軌道交通車輛基地室外綜合管溝的應用研究

魏 勝，秦 祎

（1. 北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082；2. 北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037）

車輛段或停車場(以下統稱車輛基地)是城市軌道交通系統的重要組成部分，是車輛停修和后勤保障基地，承擔車輛的運用管理、整備保養、檢查等重要功能，通常還包括綜合維修中心、物資總庫、培訓中心以及相關人員的生活和管理用房[1-2]。室外管線是車輛基地基礎設施的重要組成部分，擔負著能源輸送、信息傳輸以及污廢水排放等重要功能，涉及專業和系統多，相關管線種類及數量多，管線走向復雜，建成后對車輛基地甚至整條線路的運營及維護有重要影響。因此，室外綜合管線的設計是城市軌道交通車輛基地設計中的重點和難點[3]。

1 車輛基地設置綜合管溝的意義

目前，在車輛基地中，室外管線通常多以直埋的形式敷設于地下(道路或股道下)，部分電力管線以電纜溝的形式敷設，但由于城市軌道交通及車輛基地的特殊性，所涉專業較多，管線條件復雜，在設計、施工、運營維護各階段均存在一些問題[4-5]，主要表現在：

1) 管線綜合布置是與車輛基地總平面布置統一進行設計的。室外管線種類多、數量多，不同類管線之間、管線與建(構)筑物之間以及同類管線間均需要滿足規范要求的水平凈距及檢修間距的要求[6-8]。同時還應考慮到遠期管線的預留，管線在平面位置上的排布會占據較大空間，車輛基地的用地規模會受到管線排布的影響，從而對工程整體投資產生影響[9]。

2) 由于各類管線標高要求不同，車輛基地內單體建筑，尤其是停車列檢庫、聯合檢修庫等大型建筑的出入戶管線多、接口位置多，同時又存在雨污廢水等重力流管線。因此在管線的豎向設計中，雖然考慮到各類管線間的垂直凈距要求，但不可避免地存在銜接、交叉、過渡表達不清晰的情況，導致施工時出現管線碰撞、銜接不當等問題，甚至引發大量返工[10]。

3) 在當今土地資源日益緊缺、城市軌道交通融資困難的形勢下，地鐵車輛基地上蓋開發利用已成為一種趨勢。上蓋開發主要利用車輛基地庫區及咽喉區上部空間進行開發利用，由于設計的需求，上蓋開發的部分柱網基礎會在車輛基地場區內設置承臺、地下連梁等結構。這些結構與場區管線不可避免地會產生相互影響，有些部位因為管線的關系，要以調整結構形式、增加投資的方式滿足管線的敷設要求。

4) 根據城市軌道交通設備設施使用壽命要求，給排水管道、采暖管道、電力管線、控制管線等的使用年限均在30年左右，管線到達使用年限后，需要更換管線。同時，直埋管線盡管在敷設前做了相應的防腐防銹措施，但是在管線接口位置仍然存在破壞、破損等現象，影響管道和電纜的使用安全。這些都需要重新開挖，在路面下的管線，還需開挖路面，存在維護、更換成本較高的問題。

5) 室外管線涉及專業多，往往各專業有各專業的施工單位，先期施工的管線需要嚴格按照綜合管線圖紙進行施工，預留出后續施工管線的安裝及操作空間，不可隨意占用空間；后續施工的管線需要嚴格把控施工要求，防止破壞先期施工完的管線。否則容易造成管線碰撞、管線破壞、交叉作業、施工反復等問題。

綜合管溝是指設置于地面下，用于容納兩種以上管線的構筑物及其附屬設施[11]。針對車輛基地綜合管線存在的上述問題，綜合管溝在綜合性、長效性、可維護性、環保性、運營可靠性、可擴展更新性上有著顯著的優勢，在車輛基地內設置綜合管溝有著重要的現實意義。區別于城市綜合管廊，車輛基地內的管線有著自身的特點，不能完全套用城市綜合管廊的模式進行應用，應做到因地制宜、因時制宜，設置與車輛基地自身相適應的綜合管溝。

北京地鐵7號線東延工程在張家灣車輛基地內設置了室外綜合管溝，現以該工程為例來介紹室外綜合管溝在城市軌道交通車輛基地的應用情況。

2 綜合管溝管線種類分析

張家灣車輛基地的室外管線主要有給水管、中水管、消防水管、雨水管、污水管、廢水管、采暖管、燃氣管、供電電纜(10 kV、1 500 V、400 V及控制電纜)、動力照明電纜、通信電纜、信號電纜以及綜合監控電纜等多種管線。

綜合國內外綜合管溝的先進經驗，結合張家灣車輛基地的具體情況，對各類管線入溝情況進行分析。

1) 重力流排水管線，其特點為管徑大，埋設深度隨水流方向逐漸加深，車輛基地整體地勢較為平坦，標高無明顯差異，且重力流管線所要求的縱坡很難與綜合管溝的縱坡協調。如果重力流管線入溝，將加大綜合管溝的埋深或斷面尺寸，引起綜合管溝造價的增加。此外，污、廢水會產生硫化氫及甲烷等有毒有害、易燃易爆氣體，影響綜合管溝內空氣質量及運營人員生命安全。

2) 雖然國內外有燃氣管道納入綜合管溝的先例，但是其前提是必須采取足夠的安全措施，并且燃氣采用單獨艙布置。燃氣管道納入綜合管溝的不利因素比較明顯：①由于燃氣易燃、易爆，相對液體更易泄漏，監測泄露的技術措施并不能完全保證可靠，燃氣艙室的危險性風險極高；②燃氣管道接頭及閥門、配件的質量要求嚴格；③需采取監控、通風措施，防止燃氣集聚，且監控、通風設施需安全可靠；④燃氣管道管徑較小，燃氣艙室的空間利用率較低；⑤燃氣管道的產權不歸屬于車輛基地，后期運營管理上也存在諸多問題。因此燃氣管道納入綜合管溝大大增加了運行風險，也大大提高了綜合溝運行中的安全管理與維護費用。

3) 供電電纜在多數情況下本身以電纜溝的形式在場區敷設，可直接考慮入綜合管溝敷設，通信信號等弱電電纜布置靈活，在滿足與強電電纜布置間距要求，避免電磁干擾的情況下，也可在綜合管溝內敷設。

4) 給水類、采暖等壓力管道納入綜合管溝中敷設，能給運營維護帶來便利的條件，容易確定管道爆裂、漏水點，而且可以避免大型車輛等外界因素對管道帶來的擠壓，也避免了反復開挖的影響，而且壓力管道受綜合管溝橫縱斷面的影響很低。

經以上技術經濟比較，同時考慮安全、維護管理等因素，確定除雨污廢水與燃氣管線不納入綜合管溝外，其他管線均可收納入綜合管溝的設計中。

3 綜合管溝設計

3.1 設計原則及標準

針對是否完全執行城市綜合管廊的相關規范的問題，業主及設計總體單位組織專家會議，最終確定：本工程為車輛基地內部的綜合管溝，設計標準不執行城市綜合管廊的相關規范(但可參考部分內容)；本綜合管溝在符合功能定位、確保運營安全穩妥可靠的基礎上，力求經濟合理、技術先進、高效節能、管理維護方便，重要組成部分高標準建設，使之為車輛基地全面協調可持續發展提供支撐和保障；最大限度地發揮工程的經濟效益、社會效益和環境效益。

基于此，根據張家灣車輛基地室外管線的分布、入溝管線的種類及數量，借鑒GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術規范》中要求，并遵循以下原則；

1) 熱力管道不應與電力電纜同艙敷設；

2) 為避免相互間電磁干擾，供電電纜不與通信電纜同側布置；

3) 給水管道與熱力管道同側布置時，給水管道宜布置在熱力管道下方。

按上述原則，在車輛基地內設計了兩類(單艙布置、雙艙布置)共4種規格的標準斷面，同時在管溝交叉等位置還有相應的特殊節點斷面形式。圖1是車輛基地綜合管溝平面布置圖，可體現不同形式斷面在場區的分布情況。

圖1 車輛基地綜合管溝平面布置圖Figure 1 Plane layout of the utility tunnel in base for the vehicle of urban rail transit

標準斷面考慮頭戴安全帽的工作人員在管溝內檢修作業的需求，確定凈高按2.0 m設計，檢修通道寬度按不小于1.0 m設計，各類管線敷設間距均按現行相關國家標準、行業標準的要求設置。

以標準斷面形式在場區敷設的綜合管溝總長度為2 678.9 m，總投資約為5 672.7萬元。

3.2 雙艙標準斷面

給水管、中水管、消防管等在整個場區大部分道路下均有敷設需求，因此在供電電纜、動力照明電纜的敷設路徑需求上，設置電艙和給水艙，雙艙共構設置，并且結合采暖管線的敷設路徑，按有無采暖管線將給水艙分為Ⅰ型和Ⅱ型兩種規格。

3.2.1 A 型標準斷面

電艙凈尺寸 1.8 m(寬)×2.0 m(高)，供電電纜(10 kV、1 500 V、400 V及控制電纜)、動力照明電纜與通信電纜、信號電纜以及綜合監控電纜按檢修通道分兩側以支架形式敷設，以避免相互間電磁干擾。

給水艙(Ⅰ)凈尺寸 2.2 m(寬)×2.0 m(高)，采暖管以吊架的形式吊裝于管溝上部，并預留熱水管的敷設空間；管徑較大的給水管、自噴管以地埋支架的形式敷設于底部；其余的加壓給水管、中水管、消火栓管等以側墻支架的形式敷設于管溝中部。斷面形式及具體布置如圖2所示。

圖2 A型標準斷面布置圖Figure 2 Standard section layout of Type A

共有3段管溝以A型標準斷面在場區布置，長度共計1 075 m，投資約為2 865.5萬元。

3.2.2 B 型標準斷面

B型標準斷面電艙凈尺寸1.8 m(寬)×2.0 m(高)，管線類型及敷設形式與A型標準斷面電艙一致。給水艙(Ⅱ)凈尺寸 1.8 m(寬)×2.0 m(高)，區別于 A 型標準斷面給水艙，此斷面無采暖管，上部空間可供其他管線敷設，為優化管溝規模，將給水管調整至中部側墻支架上敷設。斷面形式及具體布置如圖3所示。

圖3 B型標準斷面布置圖Figure 3 Standard section layout of Type B

以B型標準斷面在場區布置的管溝為一段250.7 m的連續管溝，投資約為618.1萬元。

3.3 單艙標準斷面

在場區內除供電電纜、動力照明電纜的敷設路徑外的區域，管線集中的區域，設置單艙——水信艙，同樣，按有無采暖管線將水信艙分為Ⅰ型和Ⅱ型兩種規格。

3.3.1 C 型標準斷面

C型標準斷面即水信艙(Ⅰ)凈尺寸2.8 m(寬)×2.0 m(高)，按檢修通道分為兩側，一側布置采暖管、給水管等水管，管線類型及敷設形式與A型標準斷面給水艙(Ⅰ)一致；另一側以支架形式敷設通信電纜、信號電纜以及綜合監控電纜。斷面形式及具體布置如圖 4所示。

圖4 C型標準斷面布置圖Figure 4 Standard section layout of Type C

共有3段管溝以C型標準斷面在場區布置，長度共計723.2 m，投資約為1 349.4萬元。

3.3.2 D 型標準斷面

D型標準斷面即水信艙(Ⅱ)凈尺寸1.8 m(寬)×2.0 m(高)，此斷面無采暖管，上部空間可供其他管線敷設，管線均在檢修通道一側布置，上部以支架形式敷設通信電纜、信號電纜以及綜合監控電纜；在下部分別以側墻支架、地埋支架的形式敷設給水、中水、消防水管等管道。斷面形式及具體布置如圖5所示。

圖5 D型標準斷面布置圖Figure 5 Standard section layout of Type D

以D型標準斷面在場區布置的管溝為一段630.0 m的連續管溝，投資約為839.7萬元。

3.4 特殊節點斷面

根據場區道路的形式以及管線敷設的走向，管溝在場區內存在交叉節點，按交叉節點處具體管線情況，設計相應的特殊節點斷面形式。原則為：當電艙需要穿越給水艙(水信艙)時，電艙以上跨的方式完成避讓，即在給水艙(水信艙)上部增加一層局部電艙夾層，滿足電纜敷設需求。斷面形式及具體布置如圖6所示。

圖6 局部電艙夾層斷面布置圖Figure 6 Sectional layout of the cable tank

3.5 管溝埋深及與管溝外管線位置關系

本工程設置有上蓋開發，場區及上蓋開發在結構形式上采用筏板基礎，筏板基礎的底板標高為–3.2 m(以場區路面高程為基準)。

場區管線種類、數量多，雖大部分管線的主管已納入綜合管溝敷設，但仍有一定數量的支管、入戶管單獨在溝外敷設，而且，還存在不入溝的燃氣管線與重力流的雨污廢水管等。為保證管溝與這些管線在平面位置交叉時，相互間不產生影響，需分析各類管線交叉情形，特別是與重力流管線交叉節點處的管線標高情況，同時，應場區結構的需求，盡可能將管溝結構與場區的筏板基礎充分結合。最終，經場區管線綜合排布確定，大部分地段管溝的頂板與筏板基礎的底板相結合，即按–3.2 m設置，支管、重力流管線在此3.2 m的范圍內，在管溝上方敷設、穿越，位置關系示意如圖7所示(以A型標準斷面為例，其他類型斷面情況略)。

圖7 管溝與管溝外管線位置關系圖Figure 7 Position relationship between the utility tunnel and external pipelines

在場區局部小范圍內，管溝的周邊管線較少，且無與重力流管線交叉的情況。這類區域的管溝應盡可能減少埋深，降低造價，但同時考慮管溝結構穩定性等因素，確定管溝頂板按–1.9 m設置。

4 綜合管溝附屬工程設計

車輛基地室外綜合管溝附屬工程的設計也是重點內容，包括投料口、人員出入口、通風系統、排水系統以及滅火器配置等。

在車輛基地綜合管溝平面布置圖中，可見投料口、人員出入口、風井等附屬工程的具體設置位置、數量等的詳細情況。

4.1 投料口、人員出入口

結合道路、綠化景觀設計，按最大間距不宜超過400 m的要求，在綜合管溝設置投料口，保證每個直線段(轉角位置能保證管線轉彎半徑要求的，計入直線段)均設置有投料口。給水艙(水信艙)投料口平面尺寸6.0 m×1.8 m，共設置8處；電艙電力檢查孔兼投料口平面尺寸1.8 m× 1.8 m，共設置6處。

整個場區設置2處人員出入口，可供日常管溝的巡檢使用。此外，本工程設置事故緊急人員出入口，事故緊急人員出入口結合投料口設置，在投料口內設有爬梯，緊急情況下，人員可以由此出入口進出。

4.2 通風系統

電艙設置3座排風井(1#、2#、4#)，2座進風井(3#、6#)，實現機械排風、自然進風。水信艙及給水艙共設置1座排風井(5#)，進風通過1號、2號人員出入口地面亭外墻處的進風百葉實現機械排風、自然進風。各艙室平時及事故通風換氣次數均按6次/h計算。

4.3 排水系統

為排出綜合管溝內管道維修放空、管道破裂、管溝清洗時的排水以及管溝結構的滲漏水，在管溝內設置了排水溝和集水坑。

管溝結構底板不設坡度，利用墊層設置單側排水明溝，寬度0.4 m，終點處溝深0.1 m。排水溝以不小于0.2%的坡度，將積水匯入集水坑。在局部有夾層處設地漏、穿墻管和排水立管，將夾層排水引至下層管溝排水溝內。

結合管溝局部低點，并按照每個排水區間長度不宜大于200 m的原則，在排水溝終點處設置集水坑，集水坑內設置潛水泵，通過超聲波水位控制器實現泵的自動啟停，超聲波水位控制器還可輸出液位信號給車輛基地綜控室，可在綜控室遠程控制水泵啟停，以及緊急啟停。

4.4 滅火器配置

給水艙火災危險等級為輕危險級，電艙內能夠燃燒的物質為電力纜線，電力纜線能夠燃燒物質為電力纜線外包材質，該材質量少且多為阻燃物質，不易燃燒及蔓延，因此確定本工程按輕危險級配置滅火器。滅火器選用可撲救A類火災和帶電火災的磷酸銨鹽干粉滅火器。

5 結語

車輛基地室外管線工程涉及的管線種類多、數量多、接口關系復雜，通過設置室外綜合管溝的形式，可以在一定程度上有效減少管線間的沖突、降低施工單位間的協調難度。設置綜合管溝，可避免檢修管線對路面、地面等的反復開挖及開挖時的相互影響，為運營檢修提供了更好的條件，并且綜合管溝可以更合理地利用車輛基地的縱向空間，從室外管線的角度減小車輛基地平面占地范圍，可起到控制工程規模的作用。