綜合管廊穿越既有地下管線施工措施研究*

沈艷峰，許海勇，喬英娟，謝 明

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

城市綜合管廊是建于城市地下用于容納多種城市工程管線的構筑物及附屬設施。常規的入廊管線有電力、通信、給水、熱力、燃氣等。雨污水管道一般為重力流，條件允許的情況下可納入綜合管廊一體建設。地下管廊工程對解決城市地面道路反復開挖問題及市政管線長期監測保養問題意義重大。

發達國家綜合管廊建設已歷經1個多世紀并形成了規模和體系[1]。國內真正意義上的第1條綜合管廊于1994年建成[2]，在國家一系列文件精神的指導下，近期管廊建設掀起了一個高潮[3-4]。

從國內試點城市的建設情況來看，無論是城市新區進行片區管線統籌規劃建設或是老城區中心地帶的老舊管線升級改造，都有采用綜合管廊的工程實例[5-7]。上述兩種區域的管廊在施工過程中，或多或少都會遇到場地內原本就埋有各種管線的情況，有的現狀管線和管廊結構平行，有的則是管廊穿越現狀管線(見圖1,2)。平行管線可以向管廊外側遷移，而與管廊相交的情況則較為復雜，需要在設計階段就做好改遷或原位保護的方案論證，以免施工時延誤工期以及管線遭到破壞的情況發生。

圖1 常規綜合管廊效果

圖2 常規綜合管廊及道路空間設計

國內綜合管廊建設實踐中遇到的問題有很多尚未來得及進行系統梳理研究。如管線保護問題，偶有某工程實際處理的文獻報道，往往也只涉及該工程中的單一管線，缺少對不同管徑、材質、埋深及用途的既有地下管線保護的整合研究，本文針對這一現狀，結合多個項目實施中的經驗，分門別類地提出針對性方案，以期對將來綜合管廊的設計與施工起到借鑒和指導作用。

1 管廊穿越既有地下管線處置原則

1)路燈等較小的管線避讓綜合管廊標準段及引出的排管。

2)管廊引出的排管避讓雨水和污水管。

3)電力、通信及天然氣及熱力管道避讓綜合管廊主體結構。

4)雨水、污水管應盡量減少與管廊標準段的交叉，宜采取統一集中穿越的形式，減少交叉節點；可利用管廊過河倒虹段進行穿越。

5)綜合管廊標準段與雨水、污水管發生交叉并有標高沖突時，原則上管廊避讓雨污水主管，雨污水支管應避讓管廊。

6)管廊可采取上跨或者倒虹的方式避讓，管廊上跨段覆土≥0.5m。

7)雨水管可采取倒虹的方式避讓管廊，原則上小直徑污水管不倒虹。

以上為交叉處理的大原則，具體情況需經具體分析后經建設單位、設計、施工和監理單位協調后確定合理的處理方案。

2 既有管線改遷及保護方案

2.1 標高與管廊不沖突的小直徑非重力流管線

此處的標高與管廊不沖突一般均指現狀管道位于管廊結構的上方。綜合管廊常規覆土厚度范圍為2.0～3.0m，埋深較淺的小直徑穿越管道一般對管廊的結構施工不造成很大的困難。

標準電力、通信、熱力及雨污水管道直徑范圍為0.2～2.0m，考慮到管廊基坑跨度不大，基坑開挖后暴露和懸空的管道長度也有限，對直徑≤0.5m的管線，可認定為小直徑管線，其中非重力流管線材質一般采用PE或者金屬管，管節整體性較好且自重輕，可采用簡易桁架直接原位保護，考慮到PE或金屬管具備一定的延展性，在施工過程中允許一定的變形，對簡易桁架的結構尺寸準確度要求也并非十分嚴格，該原位保護方式在實際施工中得到廣泛應用。

與上述條件相反，直徑>0.5m的管線可認定為大直徑管線，自重也相應交大，采用簡易桁架在跨中和兩端支點都存在承載力不足的安全隱患，故不推薦采用原位保護方式。

2.2 標高與管廊不沖突的小直徑重力流管線

重力流管線常指雨污水管道。國內雨污水管道一般采用混凝土管節，每節長度為2～3m，管節之間一般采用承插式接口及橡膠止水。與PE或金屬管具備整體性和延展性不同，混凝土管節一旦發生很小的擾動或錯位就會出現漏水現象，因此如果采用原位保護措施，即便在承載力上沒有太大的問題，也難以避免施工過程中帶來的擾動，管道漏水幾乎是必然會發生的后果。

考慮到小直徑雨污水管一般為片區內支管，并非起到無可取代的作用，而且管廊施工工期一般較短，可以考慮管廊施工期間將混凝土雨污水管臨時拆除，并在管廊兩端的管節處采用臨時封堵，待管廊主體結構完成后恢復通流。

2.3 標高與管廊不沖突的大直徑非重力流管線

大直徑管道壁厚一般也較厚，加上內部存在其他管線設備，自重較大，簡易桁架無法滿足承載力要求，且基坑兩側的土體作為支點也無法保證安全性，此時處理方案一般有以下兩種。

1)管廊結構分期施工，大直徑管道近距離平移。如圖3,4所示，先施工既有大直徑管道旁邊一定距離的管廊基坑圍護及內部結構；在已完成部分管廊結構頂板上覆土至既有管道底標高；新建與既有管道直徑材質均相同的管道代替原管道，在管廊基坑兩側完成新、舊管道的切換，新管道完全承接原管道的通水能力；最后拆除原管道，并在下方進行管廊結構施工。

圖3 管線替代三維示意

圖4 管線替代斷面示意

如管道不需要恢復到原有位置，則保留新建的替代管道，倘若一定需要恢復原有位置，可在全部管廊完成后，在原位置再建一條直徑、材質相同的管道后二次切換。

2)第1種方案需要進行1～2次管道切換，雖然時間很短，但是無法解決既有管道內線纜一刻不停止工作的問題，而軍事和工程上常用的貝雷桁架可以克服這一困難[8-9]。

如圖5所示，貝雷桁架是前述方案簡易桁架的加強體，自身結構質量和穩定性大大提高，承載能力也足以承受直徑≥1.0m的管道。最上方的桁架兩端不可直接架設在基坑兩側的地面上，需另外施工樁基礎和承臺，桁架固定在承臺上。

圖5 貝雷桁架吊裝原位保護體系

根據基坑設計間距安裝懸吊橫梁及管線底部承托板，承托板與上方貝雷桁架采用鋼絲繩連接，保證鋼絲繩與管線貼緊，管道懸空開挖后重力通過懸吊橫梁和鋼絲繩上傳到桁架，管道懸空后，可對下方土體進行開挖并施作管廊結構。

2.4 標高與管廊不沖突的大直徑重力流管線

大直徑重力流管線一般采用混凝土管節(承插式接口)，采用貝雷桁架吊裝很難保證管節不受擾動，且大直徑雨污水管一般為主干管道，一旦發生漏水后果非常嚴重。

對于這種情況，根據以往的工程實踐經驗，可以采用托換梁板結構承托整根雨污水管道(見圖6，7)，表層挖土暴露出雨污水管之后，在其下方施工完整的托換梁和托換板，管節底部完全落在一塊完整的托換板上，不會出現鋼絲繩吊裝時晃動的情況，托換板兩個邊沿施工托換梁，再通過格構柱將力傳遞到地基土中，整個托換結構是靜定的，不存在擾動風險，必要時可在現狀管節外再包封1層混凝土保證不發生漏水。

圖6 托換梁板結構斷面

綜合管廊基坑圍護如采用圍護樁，則必然會因為管線的存在而導致局部圍護樁缺失，為保證基坑安全，可在圍護樁缺失處進行土體加固，一般加固方式為高壓旋噴樁，并可在管底下方基坑兩側土體中施作一些土釘進一步保證基坑穩定性。

圖7 托換梁板結構平面

2.5 標高與管廊沖突的非重力流管線

非重力流管線的標高位置可以調整，因此僅需要在管廊施工的局部范圍內，將現狀管線抬高，并采用3.1或3.3節中的原位保護方案即可。

2.6 標高與管廊沖突的重力流管線

當雨污水管的標高與新建管廊標高沖突時，不可輕易改變其標高，一般也不推薦采用倒虹吸方案，可以從片區總體的雨污水管線規劃角度出發來解決沖突問題。

1)分流改遷

對于直徑較小的雨污水支管，終端匯入片區內某根雨污水主干管，對于整個片區而言，具備相同尺寸的主干管不會只有1根，可以考慮改變支管的流向，匯入其他的主干管道從而避讓管廊工程，如圖8,9所示。

圖8 雨污水管支管與管廊標高沖突

圖9 分流改遷雨污水管避讓管廊結構

2)管廊結構局部壓低

如果與管廊標高沖突的雨污水管是片區內的主干管道，無法分流，根據處置原則，應采用管廊避讓雨污水管的方案，將管廊結構整體壓低至管道下方，而后可依據3.4節中的托換梁板方案進行原位保護。

3)倒虹吸方案

上述2種方法如果均無法實施，采用倒虹吸不失為一種補救方案[10]。

排水管道遇到河流、鐵路、洼地或地下構筑物等障礙時，由于排水管道采用重力流不能按照原有高程埋設，而是下凹的方式從障礙物下穿過，這種管道稱為倒虹管(見圖10,11)。

倒虹管由進水井、管道和出水井3部分組成，進出水井內應設閘槽或閘門。管道分為折管式和直管式兩種，倒虹吸方案對水質要求比較高，一般折管式倒虹吸僅用于雨水管而不適用于污水管，因為污泥很容易堵塞彎折點，直線型倒虹吸可用于污水管，但也需加強加密兩端檢查井的清污工作。

圖11 倒虹吸方案雨污水管道位置

3 結語

不同地區、環境及規模的綜合管廊工程在施工過程中會遇到完全不同的困難和障礙，其中既有管線保護或改遷問題也是多種多樣，本文旨在將工程中常見的幾類管線保護問題及解決方案分析清楚，在對過往工程實踐進行總結的同時，也可以為即將要開展的綜合管廊工程提供借鑒。