城市地下市政綜合管廊施工方法初步探討與分析

楊　峰　（中鐵四局集團(tuán)南京分公司，江蘇　南京　210000）

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城市地下市政綜合管廊施工方法初步探討與分析

楊峰（中鐵四局集團(tuán)南京分公司，江蘇南京210000）

針對(duì)綜合管廊的優(yōu)越性，作為城市地下空間開發(fā)利用的重要內(nèi)容和保障城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施已逐步提上議事日程。文章初步探討和分析了綜合管廊在國內(nèi)的發(fā)展概況，結(jié)合管廊的優(yōu)點(diǎn)和管廊分類討論了管廊不同施工方法在城鎮(zhèn)建設(shè)中的適用性。同時(shí)，對(duì)管廊不同施工方法的工程造價(jià)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、施工組織及工期安排進(jìn)行了分析，展望了暗挖法管廊施工的技術(shù)前景。

綜合管廊；明挖法；暗挖法；預(yù)制拼裝

0　引言

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，國家綜合實(shí)力的不斷增強(qiáng)，城市地下市政空間技術(shù)的進(jìn)步也在持續(xù)發(fā)展。綜合管廊與傳統(tǒng)的埋地敷設(shè)管線相比有很大優(yōu)勢，盡管其初期建設(shè)費(fèi)用很高，但管線的擴(kuò)容、改建以及日常維護(hù)都極為方便，而且不會(huì)破壞和影響其他設(shè)施，不會(huì)妨礙地面交通，從城市遠(yuǎn)期和總體上看是經(jīng)濟(jì)的，其必將成為城市基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展趨勢。

1　綜合管廊類型

城市地下市政綜合管廊簡稱綜合管廊，即在地下建造集約化隧道，集電力、通信、燃?xì)?、給水、中水等2種及2種以上的市政管線于一體，同時(shí)設(shè)置專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測控制系統(tǒng)。地下綜合管廊通過統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)，建于城市地下，用于鋪設(shè)市政公用管線，其包括干線綜合管廊、支線綜合管廊和干、支混合型綜合管廊。其中干線綜合管廊一般設(shè)置于機(jī)動(dòng)車道或道路中央下方，采用獨(dú)立分敷設(shè)主干管線的綜合管廊，不服務(wù)于終端用戶；支線綜合管廊一般設(shè)置在道路兩側(cè)或單側(cè)，采用單艙或雙艙敷設(shè)配給管線，直接服務(wù)于臨近地塊終端用戶的綜合管廊。干、支混合型綜合管廊可設(shè)置在機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道下方，應(yīng)結(jié)合納入管道的特點(diǎn)選擇設(shè)置位置。

綜合管廊的構(gòu)成包括管廊本體、標(biāo)準(zhǔn)斷面、管廊支線、管線接頭井、附設(shè)物件、進(jìn)出人孔、搬運(yùn)檢修口（投料口）、換氣口（管廊內(nèi)設(shè)溫、濕度調(diào)節(jié)儀）、有害氣體排出口、自然及強(qiáng)制換氣口、附屬設(shè)施（排水、換氣、照明設(shè)施）以及防災(zāi)安全設(shè)施等。

2　施工方法概述

綜合管廊按施工方法劃分為暗挖法綜合管廊、明挖法綜合管廊和預(yù)制拼裝綜合管廊。

2.1暗挖法綜合管廊

暗挖法綜合管廊一般適合于城市中心區(qū)或深層地下空間中的綜合管廊建設(shè)；暗挖施工法適用于城市交通繁忙、景觀要求高、無法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)，也適用于松散地層、含水松散地層及堅(jiān)硬土層和巖石層。一般有盾構(gòu)法、矩形頂管法、礦山法和蓋挖法等施工方法。

2.2明挖法綜合管廊

明挖一般分布在道路的淺層空間；適用于新建開發(fā)區(qū)和園區(qū)，與道路新建同步進(jìn)行。明挖法是指先進(jìn)行基坑圍護(hù)和降水，由上而下開挖地面土石方至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再自基底由下而上順作進(jìn)行管廊主體結(jié)構(gòu)施工，最后回填基坑恢復(fù)地面的施工方法。明挖法是管廊施工的首選方法，在地面交通和環(huán)境條件允許的情況下采用明挖法施工，具有施工技術(shù)簡單、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是中斷交通時(shí)間長，施工噪聲和渣土粉塵等對(duì)環(huán)境有一定的影響。

明挖法適用于場地地勢平坦，沒有需保護(hù)的建筑物且具備大面積開挖條件的地段，通常用于城市的新建區(qū)。一般有明挖現(xiàn)澆施工法和明挖預(yù)制拼裝施工法。

2.3明挖預(yù)制拼裝綜合管廊

明挖預(yù)制拼裝法的施工工藝為：管片預(yù)制→降低地下水位→土方開挖→基底處理→管片拼裝砌筑→管廊防水→回填土方→恢復(fù)地面。

管片預(yù)制所用各種材料進(jìn)場均應(yīng)有質(zhì)量合格證明文件，按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)檢，宜采用非堿活性骨料，混凝土管片強(qiáng)度應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）中的有關(guān)規(guī)定。

預(yù)制拼裝則適合于新城新區(qū)或類似硅谷、中關(guān)村等的現(xiàn)代化工業(yè)園區(qū)，城市中的大型會(huì)展中心等現(xiàn)代的城市新型功能區(qū)。

2.4施工方法與適用特征分析

不同施工方法的適用特征及所需機(jī)械設(shè)備見表1。

城市綜合管廊施工方法與適用特征表　表1

3　綜合管廊施工造價(jià)

3.1結(jié)構(gòu)尺寸決定綜合管廊造價(jià)

城市地下市政綜合管廊根據(jù)功能的不同可選擇不同的施工方法，并由此決定著不同的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)管廊的結(jié)構(gòu)尺寸決定著綜合管廊的造價(jià)。

3.2綜合管廊的工程造價(jià)情況

城市地下市政綜合管廊不便于分期建設(shè)，一次性投資昂貴，而且納入管線的種類、數(shù)量及相應(yīng)的管徑直接影響著綜合管廊的斷面形式和大小，并由此決定著綜合管廊的造價(jià)。

綜合管廊結(jié)構(gòu)尺寸表　表2

①根據(jù)臺(tái)北市綜合管廊統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，干線型綜合管廊的平均造價(jià)為1.3億元/km；

②上海張楊路支線型綜合管廊的平均造價(jià)為1.0億元/km；

③鄭州經(jīng)開區(qū)濱河國際新城的綜合管廊，5.58km投資2.7億元，平均每公里花費(fèi)4800多萬元。CBD副中心地下綜合管廊功能更全，花費(fèi)更高，總投資6.58億元，平均下來造價(jià)每公里1億多元。

④南京河西地區(qū)南部新城江東南路綜合管廊工程采用雙倉結(jié)構(gòu)，內(nèi)輪廓尺寸6.45m（寬）×3.45m（高），采用明挖順作法施工，采用SMW工法樁和拉森鋼板樁對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)；工程造價(jià)折合0.7億元/km（僅土建）；建設(shè)工期進(jìn)度指標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)段每節(jié)（30m）/25d。

⑤南京江東門地下人行過街通道工程（可用于暗挖法矩形管廊），內(nèi)輪廓尺寸6.0m（寬）×4.0m（高），采用矩形盾構(gòu)暗挖頂進(jìn)施工，造價(jià)折合1.1億元/km（僅土建）；建設(shè)工期進(jìn)度指標(biāo)：單線標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)頂進(jìn)兩節(jié)（1.5m×2=3m）/d；始發(fā)井結(jié)構(gòu)施工需90d。

4　管廊施工組織和工期安排

4.1明挖法施工

4.1.1施工組織

明挖綜合管廊通常采取明挖基坑施工方法，利用SMW工法樁或拉森鋼板樁對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，SMW工法樁采取跳槽式雙孔復(fù)攪施工方法，H型鋼普通地段插入布置采取“插一跳一”形式，管廊下沉段（特殊交叉段）插入布置采取密插形式；鋼板樁采取屏風(fēng)式施工方法，逐一分布在管廊基坑兩側(cè)。

隨后分段進(jìn)行土方開挖，嚴(yán)格遵循“隨挖隨撐”的原則合理安排施工周期，作好坑外防水和坑內(nèi)降排水工作，土方開挖前，地下水位降至開挖面以下2m。挖掘機(jī)挖土?xí)r嚴(yán)禁與鋼支撐和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相碰，圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊10cm采用人工挖土。開挖至基底后施作墊層，敷設(shè)防水層和保護(hù)層，然后施工底板鋼筋綁扎和混凝土澆筑。以上工序以土方開挖段落為基礎(chǔ)，形成流水作業(yè)態(tài)勢，直至開始管廊主體結(jié)構(gòu)施工。底板混凝土澆筑數(shù)節(jié)后，搭設(shè)滿堂支架，施工側(cè)墻及頂板混凝土，然后在施作防水層后進(jìn)行基坑回填、恢復(fù)路面等。

4.1.2工期安排

通常以一節(jié)（30m長）或數(shù)節(jié)管廊結(jié)構(gòu)為單元段進(jìn)行分段流水組織實(shí)施。以一節(jié)管廊結(jié)構(gòu)（30m長）為例進(jìn)行工期安排見表3。

4.2暗挖法（矩形頂管）施工

4.2.1工藝特點(diǎn)

通常采用暗挖法施工矩形通道或管廊，盾構(gòu)或頂管機(jī)已廣泛應(yīng)用于地鐵、公路、電力、熱力、排水等城市隧道工程。圓形隧道因其結(jié)構(gòu)受力合理、施工工藝相對(duì)簡單而廣為采用。與圓形斷面相比，矩形斷面有效使用面積通常大20%以上。在城市隧道中人行地道、綜合管廊等市政隧道工程尤以矩形最為經(jīng)濟(jì)。矩形頂管機(jī)具有以下主要特點(diǎn)：

明挖綜合管廊施工單元區(qū)段工期安排表　表3

①施工工作井比盾構(gòu)工作井小，降低占地面積；

②具有不開挖路面、不封閉交通、不搬遷管線、低噪音、無揚(yáng)塵等優(yōu)點(diǎn)；

③在施工時(shí)，對(duì)周圍土體擾動(dòng)小，能有效地控制地面和管線沉降。

4.2.2施工組織

暗挖法施工通常先施作始發(fā)井和接收井，始發(fā)井和接收井在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和鋼支撐的聯(lián)合支護(hù)下完成土方開挖后進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)混凝土施工；然后采用履帶吊將盾構(gòu)機(jī)或矩形頂管機(jī)吊放至始發(fā)井內(nèi)發(fā)射架上，由頂管機(jī)機(jī)頭推進(jìn)后將指定預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)吊放至頂管機(jī)敞口處，采用液壓油缸將管節(jié)在機(jī)頭引導(dǎo)下逐節(jié)向接收井頂進(jìn)，直至到達(dá)接收井，形成貫通通道，完成該區(qū)段（通常每個(gè)暗挖區(qū)段長度：盾構(gòu)施工為1000～2000m，矩形頂管機(jī)為100～200m）暗挖管廊施工。

暗挖法不同于明挖法施工，無法多工作面、梯隊(duì)流水作業(yè)；針對(duì)每一個(gè)暗挖區(qū)段只能按照固定流程進(jìn)行施工：端頭井（含始發(fā)井、接收井）圍護(hù)結(jié)構(gòu)→基坑降水→基底和井邊加固→土方開挖和支撐→防水和主體結(jié)構(gòu)施工→盾構(gòu)或矩形頂管機(jī)吊放下井→盾構(gòu)推進(jìn)管片安裝或頂管機(jī)頂進(jìn)矩形預(yù)制管節(jié)→注漿或張拉。

若以矩形頂管機(jī)進(jìn)行暗挖法施工為例，需每隔約150m設(shè)置一處端頭井（該中間井既是始發(fā)井，也是接收井），根據(jù)總體工期的要求，安排同時(shí)由數(shù)臺(tái)矩形頂管機(jī)進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)，在一個(gè)暗挖區(qū)段頂進(jìn)完成至中間井后，調(diào)整管節(jié)下井位置至該中間井，將該接收井再次作為始發(fā)井進(jìn)行始發(fā)頂進(jìn)作業(yè)，最終數(shù)個(gè)暗挖區(qū)段經(jīng)由所有中間井貫通為一條綜合管廊，中間井兼顧作為管廊的附屬設(shè)置布置。

4.2.3工期安排

以矩形頂管機(jī)進(jìn)行一個(gè)暗挖區(qū)段（約150m）進(jìn)行考慮安排工期見表4。

矩形頂管綜合管廊施工單元區(qū)段工期安排表　表4

每一個(gè)端頭井施工周期需用90d；每一個(gè)暗挖區(qū)段（約150m）需用50d，每天頂進(jìn)約3m（預(yù)制管節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)1.5m/節(jié)，每天頂進(jìn)2節(jié)）。

4.3預(yù)制拼裝法施工

在沈陽渾南新城地下綜合管廊施工組織中，沈陽市政地鐵管片有限公司作為工程施工方采取預(yù)制與現(xiàn)澆結(jié)合的施工方案，在廠站進(jìn)行工廠預(yù)制生產(chǎn)混凝土箱涵，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量好、進(jìn)度快。以30m一段為例，在混凝土墊層施工完成后預(yù)制拼裝成型僅需1d，比現(xiàn)澆施工提前了工期14d，預(yù)制拼裝效率非常高。

5　管廊施工方法前景展望

5.1暗挖盾構(gòu)法

暗挖盾構(gòu)法綜合管廊示意見下圖。

圖1　暗挖盾構(gòu)法綜合管廊示意圖

5.2暗挖矩形頂管法

與圓形斷面相比，矩形斷面有效使用面積通常大20%以上。在城市隧道中人行地道、綜合管廊等工程尤以矩形最為經(jīng)濟(jì)。矩形頂管機(jī)用作管廊施工時(shí)可結(jié)合《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，將工作井（始發(fā)井或接收井）與管廊的逃生孔、投料口、通風(fēng)口等一并綜合考慮設(shè)置。暗挖矩形頂管法綜合管廊示意見下圖。

圖2　暗挖矩形頂管法綜合管廊示意圖

5.3矩形頂管法施工案例

中鐵四局南京分公司施工的南京江東門地下人行過街通道工程即是采用矩形頂管施工的地下通道工程。該通道長度95m，為左右雙線結(jié)構(gòu)，外輪廓尺寸為2孔7m（寬）×5m（高），管節(jié)壁厚50cm，左右線凈間距50cm。該類型大斷面、雙孔、極小間距雙排地下通道為國內(nèi)領(lǐng)先，可作為綜合管廊施工采用。目前該項(xiàng)目已順利完工，其施工掠影見下圖。

圖3　頂管機(jī)頂進(jìn)、特殊管節(jié)下井、頂管機(jī)到達(dá)實(shí)景圖

6　結(jié)語

基于上述對(duì)管廊施工方法的初步探討和分析，結(jié)合施工工藝闡述了管廊施工組織和工期安排，為管廊施工方法的選擇提供了借鑒。同時(shí)，通過對(duì)采用暗挖盾構(gòu)法和暗挖矩形頂管法施工的比較，對(duì)暗挖法管廊施工指明了發(fā)展方向，對(duì)于管廊設(shè)計(jì)和施工具有積極的參考意義。

[1] 董立.市政綜合管廊關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（7）.

[2]羅江峰.淺議市政綜合管廊技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（5）.

TU998

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1007-7359(2016)03-0088-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.031

楊峰（1978-），男，河南南陽人，畢業(yè)于上海鐵道大學(xué)，學(xué)士；高級(jí)工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)管理方面的工作。