譚忠盛,陳雪瑩,王秀英,黃明利
(北京交通大學(xué),北京 100044)
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城市地下綜合管廊建設(shè)管理模式及關(guān)鍵技術(shù)
譚忠盛,陳雪瑩,王秀英,黃明利
(北京交通大學(xué),北京 100044)
城市地下綜合管廊對于城市建設(shè)具有重要意義,可以防止管線破裂,杜絕反復(fù)開挖路面,有效緩解交通擁堵。在對國內(nèi)外城市地下綜合管廊調(diào)研的基礎(chǔ)上,通過對國內(nèi)外城市地下綜合管廊建設(shè)管理模式的對比分析,總結(jié)我國綜合管廊建設(shè)存在的問題,提出通過PPP模式投資建設(shè)綜合管廊并建立公司化運(yùn)作、物業(yè)化管理的運(yùn)營管理模式的建議。同時根據(jù)新、老城區(qū)的特點(diǎn),在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工等方面提出相應(yīng)的建議,重點(diǎn)分析城市地下綜合管廊在管線收容、埋深、橫斷面、交叉節(jié)點(diǎn)、抗震等方面的設(shè)計(jì)問題,并對城市地下綜合管廊與其他城市地下空間一體化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等方面為城市地下綜合管廊的建設(shè)和推廣提供參考。
城市地下綜合管廊;建設(shè)管理模式;規(guī)劃;設(shè)計(jì);施工
城市地下綜合管廊,是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。城市地下綜合管廊將給水、排水、電信、電力、燃?xì)狻崃Φ雀黝愂姓芫€有機(jī)綜合,集約化地鋪設(shè)在同一條隧道內(nèi),實(shí)現(xiàn)對市政管線的集中管理與維護(hù)[1]。
自1833年巴黎開始建設(shè)世界上第一條地下管線綜合管廊始,綜合管廊建設(shè)發(fā)展至今已有180多年的歷史。經(jīng)過100多年的探索、研究、改良和實(shí)踐,城市地下綜合管廊的技術(shù)已基本成熟。目前,法國、英國、德國、西班牙、俄羅斯、瑞典、芬蘭等國家已擁有相當(dāng)規(guī)模的綜合管廊。迄今為止,日本是世界上城市地下綜合管廊建設(shè)技術(shù)最先進(jìn)、法規(guī)最完善、規(guī)劃最完整且建設(shè)速度最快的國家之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),日本曾計(jì)劃到21世紀(jì)初建成約1 100 km的綜合管廊,至2001年,已建成超過600 km的綜合管廊[2]。
我國于1958年在北京天安門廣場改造工程中建設(shè)了第一條綜合管廊,隨后,上海、廣州、深圳、佳木斯、濟(jì)南、昆明等城市開始陸續(xù)建設(shè)綜合管廊[2]。
2014年以來,國務(wù)院、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和財(cái)政部相繼發(fā)文鼓勵地下綜合管廊建設(shè),同時將蘇州、哈爾濱、廈門、沈陽等25個城市作為國家綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)城市,并給予每個城市9億~15億元的財(cái)政資金支持,推動各個城市探索適合各自發(fā)展的新思路和新方法。2015年,全國69個城市啟動了地下綜合管廊建設(shè),開工建設(shè)規(guī)模約1 000 km。2016年3月,李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告上提出了加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理,開工建設(shè)地下綜合管廊2 000 km以上的明確目標(biāo)。可以預(yù)見,城市地下綜合管廊將成為未來一個時期內(nèi)我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容之一。
本文主要對國內(nèi)外現(xiàn)有綜合管廊建設(shè)模式及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與總結(jié),為我國地下綜合管廊的建設(shè)與運(yùn)營管理提供參考。
1.1 國內(nèi)外綜合管廊建設(shè)管理模式
1.1.1 日本
日本綜合管廊建設(shè)的突出經(jīng)驗(yàn)可歸納為3點(diǎn)。一是立法優(yōu)先。如對已建立綜合管廊路段禁止開挖、綜合管廊的產(chǎn)權(quán)和地下空間有償使用等都有規(guī)定。二是整體規(guī)劃。將綜合管廊與地鐵、地下綜合體等地下工程統(tǒng)一納入城市地下空間規(guī)劃,形成共同化、綜合化發(fā)展,成為日本地下空間利用特征之一,并且不斷向地下空間利用的大深度化發(fā)展。三是明確專門管理部門,統(tǒng)一規(guī)范管理與運(yùn)作。1991年,日本成立了專門管理綜合管廊的部門負(fù)責(zé)推動綜合管廊的建設(shè)。綜合管廊的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營由都市建設(shè)局統(tǒng)一負(fù)責(zé),其下設(shè)16個共同管道科,在前期主要負(fù)責(zé)相關(guān)政策和具體方案的制定,在建設(shè)過程中負(fù)責(zé)投資、建設(shè)的監(jiān)控,綜合管廊建成后負(fù)責(zé)工程驗(yàn)收和運(yùn)營監(jiān)督等。地下綜合管廊的建設(shè)資金由道路管理者與管線單位共同承擔(dān),其中管線單位負(fù)擔(dān)的投資額大約占全部工程費(fèi)用的2/3。后期的運(yùn)營管理則采取道路管理者與各管線單位共同維護(hù)管理的模式。綜合管廊設(shè)施的日常維護(hù)由道路管理者(或道路管理者與各管線單位組成的聯(lián)合體)負(fù)責(zé),而城市地下綜合管廊內(nèi)各種管線的維護(hù),則由各管線單位自行負(fù)責(zé)[3]。日本綜合管廊建設(shè)管理模式見圖1。
1.1.2 歐洲
法國、英國等歐洲國家,由于其政府財(cái)力比較強(qiáng),城市地下綜合管廊被視為由政府提供的公共產(chǎn)品,其建設(shè)費(fèi)用由政府承擔(dān),建成以后產(chǎn)權(quán)歸政府所有。政府則通過出租的形式實(shí)現(xiàn)投資的部分回收,但是國家對于收取租金的數(shù)額沒有明確的規(guī)定,并且租金的額度不是固定的,而是每年由管廊所在地的議會進(jìn)行聽證來確定。這種形式是歐洲國家通常采用的模式,但是采取這種形式必須有較完善的法律體系作為保障,通過法律程序以及行政約束力保證管線單位必須使用綜合管廊,行政約束力的法律效應(yīng)為綜合管廊的后期運(yùn)營提供了保證[3]。歐洲綜合管廊建設(shè)管理模式見圖2。

圖1 日本綜合管廊建設(shè)管理模式
Fig.1 Construction management model of underground utility tunnel in Japan

圖2 歐洲綜合管廊建設(shè)管理模式
Fig.2 Construction management model of underground utility tunnel in European countries
1.1.3 新加坡
新加坡濱海灣綜合管廊的管理組織機(jī)構(gòu)主要由國家發(fā)展局、市區(qū)重建局、CPG FM公司和管線單位組成。其中,國家發(fā)展局作為唯一的業(yè)主,主要負(fù)責(zé)建設(shè)資金的籌措;市區(qū)重建局作為綜合管廊管理的政府代表,負(fù)責(zé)綜合管廊建設(shè)行政與質(zhì)量管理;CPG FM公司是綜合管廊運(yùn)營管理唯一的主導(dǎo)公司,負(fù)責(zé)管理綜合管廊內(nèi)設(shè)備并收取管理費(fèi)用。綜合管廊的建造費(fèi)用由新加坡政府承擔(dān),入廊單位需要分擔(dān)綜合管廊的運(yùn)營與維修費(fèi)用。CPG FM公司提出每月收取的綜合管廊運(yùn)維費(fèi)用分為固定費(fèi)用和特例費(fèi)用2部分,每月固定運(yùn)維費(fèi)用根據(jù)管線單位所占綜合管廊空間的大小在每月平攤費(fèi)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào),特例運(yùn)維費(fèi)用會根據(jù)管線單位的使用情況而定[4]。新加坡綜合管廊建設(shè)管理模式見圖3。

圖3 新加坡綜合管廊建設(shè)管理模式
Fig.3 Construction management model of underground utility tunnel in Singapore
1.1.4 臺灣地區(qū)
我國臺灣地區(qū)在綜合管廊方面的建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)來自于日本,堅(jiān)持政府引導(dǎo)和立法先行。臺灣在主要城市成立了共同管道管理署,負(fù)責(zé)綜合管廊規(guī)劃、建設(shè)、資金籌措及執(zhí)法管理;成立綜合管廊建設(shè)專項(xiàng)基金,專款專用,并通過各層級的法規(guī)來對基金的保管和使用進(jìn)行限制,以保證綜合管廊建設(shè)的順利開展;各級政府都制定了完善的法規(guī)和管理制度,涉及管理工作的方方面面,如收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、申請使用與許可發(fā)放、修繕注意事項(xiàng)、公告制度等。臺灣綜合管廊在政策和法規(guī)上比日本更加詳細(xì)和進(jìn)步,明確了政府和管線單位雙方均能接受的合理的費(fèi)用分?jǐn)傓k法,并通過法律的形式保證其執(zhí)行。
在綜合管廊費(fèi)用分?jǐn)偡矫妫C合管廊的建設(shè)資金是由政府主管單位和管線單位共同出資,其中政府主管單位承擔(dān)1/3的建設(shè)資金,管線單位承擔(dān)2/3的建設(shè)資金,然后各管線單位再以各自所占用的綜合管廊空間以及直埋成本為基礎(chǔ),分?jǐn)偢髯缘慕ㄔO(shè)費(fèi)用。對于建成后的運(yùn)營費(fèi)用也由兩者共同承擔(dān),政府部門承擔(dān)日常管理費(fèi)用的1/3,剩余的由各管線單位按照使用頻率及占用空間的比例2個因素綜合考慮確定分?jǐn)倲?shù)額[3]。此外,管線單位還可以享受政策性的資金支持。臺灣綜合管廊建設(shè)管理模式見圖4。
1.1.5 中國大陸
我國大陸地區(qū)現(xiàn)階段已經(jīng)建成的綜合管廊,其建設(shè)及運(yùn)營模式主要有政府全額出資、政府和社會資本合作2種。
1)政府全額出資。政府全額出資指綜合管廊的主體設(shè)施以及附屬設(shè)施全部由政府投資,管線單位租用或無償使用綜合管廊空間,自行敷設(shè)管線[3]。項(xiàng)目建成后以國有企業(yè)為主導(dǎo),通過組建項(xiàng)目公司等具體模式實(shí)施項(xiàng)目的運(yùn)營管理。這種模式在綜合管廊建設(shè)早期較為常見,如廣州大學(xué)城綜合管廊由政府機(jī)構(gòu)——廣州大學(xué)城指揮辦投資建設(shè),建成后移交給大學(xué)城投資經(jīng)營公司管理,其建設(shè)管理模式見圖5。
Fig.4 Construction management model of underground utility tunnel in Taiwan area of China

圖5 廣州大學(xué)城綜合管廊建設(shè)管理模式
Fig.5 Construction management model of underground utility tunnel in Guangzhou of China
2)股份制合作。股份制合作模式是由政府授權(quán)的國有資產(chǎn)管理公司代表引入社會資本方,共同組建股份制項(xiàng)目公司,以股份公司制的運(yùn)作方式進(jìn)行項(xiàng)目的投資建設(shè)以及后期運(yùn)營管理[3]。
這種模式有利于解決政府財(cái)政的建設(shè)資金困難,同時引進(jìn)了企業(yè)先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)與技術(shù),所以公司的運(yùn)行比較高效,實(shí)現(xiàn)了政府與企業(yè)的互惠互利。但是在這種模式下,由于企業(yè)進(jìn)行投資是為了獲得回報(bào),而政府部門作為基礎(chǔ)設(shè)施的提供者其更看重社會效益,所以企業(yè)與政府的目標(biāo)存在一定差別,在項(xiàng)目運(yùn)行過程中存在一定的矛盾[3]。
目前昆明、南寧采取的是這種運(yùn)作模式。昆明城投和民營資本合資成立了昆明城市管網(wǎng)設(shè)施綜合開發(fā)有限責(zé)任公司,負(fù)責(zé)綜合管廊的建設(shè),昆明城投出資30%,民營資本出資70%,其建設(shè)管理模式見圖6。項(xiàng)目融資完全采用市場化運(yùn)作,通過銀行貸款、發(fā)行企業(yè)債券等方式籌集建設(shè)資金,4年時間完成12億元的建設(shè)融資,綜合管廊建成后仍由昆明城市管網(wǎng)設(shè)施綜合開發(fā)有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)運(yùn)營,回收的資金用于償還銀行貸款和贖回企業(yè)債券。由于股份制模式下資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)不清晰,城投公司最終回購民營資本份額,民營資本退出。

圖6 昆明綜合管廊建設(shè)管理模式
Fig.6 Construction management model of underground utility tunnel in Kunming of China
3)政府和社會資本合作(PPP)模式。政府和社會資本合作(PPP)模式是指政府為增強(qiáng)公共產(chǎn)品和服務(wù)供給能力、提高供給效率,通過特許經(jīng)營、購買服務(wù)、股權(quán)合作等方式,與社會資本建立的利益共享、風(fēng)險分擔(dān)及長期合作關(guān)系[5]。
PPP模式下,政府與社會投資人簽訂PPP協(xié)議,由社會投資人設(shè)立項(xiàng)目公司具體負(fù)責(zé)地下綜合管廊的設(shè)計(jì)、投資、建設(shè)和運(yùn)營,并在運(yùn)營期滿后將綜合管廊無償移交給政府或政府指定機(jī)構(gòu)。運(yùn)營期內(nèi),政府授予項(xiàng)目公司特許經(jīng)營權(quán),項(xiàng)目公司在特許經(jīng)營期內(nèi)向管線單位收取租賃費(fèi)用,并由政府每年度根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)營情況進(jìn)行核定并通過財(cái)政補(bǔ)貼、股本投入、優(yōu)惠貸款和其他優(yōu)惠政策的形式,給予項(xiàng)目公司可行性缺口補(bǔ)助[5]。
項(xiàng)目運(yùn)作具體方式主要包括委托運(yùn)營、管理合同、建設(shè)—運(yùn)營—移交、建設(shè)—擁有—運(yùn)營、轉(zhuǎn)讓—運(yùn)營—移交和改建—運(yùn)營—移交等。
①特許經(jīng)營。特許經(jīng)營模式是指政府授予投資商一定期限內(nèi)的收費(fèi)權(quán),由投資商負(fù)責(zé)項(xiàng)目的投資、建設(shè)以及后期運(yùn)營管理工作,政府不出資。具體收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)由政府在考慮投資人合理收益率和管線單位承受能力的情況下,通過土地補(bǔ)償或其他政策傾斜等方式給予投資運(yùn)營商一定補(bǔ)償,使運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)合理的收益。政府可以通過公開招標(biāo)的形式確定運(yùn)營商。這種模式為政府節(jié)省了成本,但為了確保社會效益的有效發(fā)揮,政府必須加強(qiáng)監(jiān)管。佳木斯、南京、沈陽等城市采取的是這種運(yùn)作模式[3]。
南京最早嘗試采用特許經(jīng)營模式進(jìn)行投資建設(shè)綜合管廊。民營企業(yè)南京鴻宇市政設(shè)施管理公司在獲得南京市政府授權(quán)的情況下,自籌資金1億多元,在南京市多條新建、改建主干道上,與道路同步施工埋設(shè)“鴻宇市政管廊”,總長達(dá)45 km[6]。在政府統(tǒng)一協(xié)調(diào)下,投資方通過將綜合管廊以及綜合管廊內(nèi)的建成管線等設(shè)施以出售、出租、合作經(jīng)營等方式獲得投資回報(bào),具體運(yùn)作方式如圖7所示。

圖7 南京鴻宇綜合管廊運(yùn)營管理模式
Fig.7 Operation management model of underground utility tunnel in Nanjing of China
②購買服務(wù)。BT(建設(shè)—移交)模式一般由投資方或承建方出資建設(shè)綜合管廊項(xiàng)目,政府在其后3~5年內(nèi)逐年購回,屬于必要的政府購買服務(wù)情形。投資方不參與綜合管廊的運(yùn)營,通過項(xiàng)目投資獲得一定的工程利潤,項(xiàng)目建設(shè)期利息一般由政府來償付[7]。
采用BT模式的有珠海橫琴新區(qū)綜合管廊和石家莊正定新區(qū)綜合管廊等。珠海橫琴新區(qū)綜合管廊通過BT模式委托中冶集團(tuán)建設(shè),項(xiàng)目建成后,由橫琴新區(qū)管委會委托珠海大橫琴城市公共資源經(jīng)營管理有限公司負(fù)責(zé)運(yùn)營、維護(hù)和管理[8],具體運(yùn)作方式如圖8所示。

圖8 珠海橫綜合管廊建設(shè)管理模式
Fig.8 Construction management model of underground utility tunnel in Zhuhai of China
③股權(quán)合作。六盤水市地下綜合管廊項(xiàng)目整體采取“管廊打捆+PPP”的模式,并依據(jù)相關(guān)文件,采取“建設(shè)—運(yùn)營—移交”的方式進(jìn)行運(yùn)作。
項(xiàng)目總投資29.94億元,建設(shè)期為2年,中央財(cái)政專項(xiàng)補(bǔ)助資金9億元(其中8.7億元用于補(bǔ)貼建設(shè)資金,剩余的0.3億元用于運(yùn)營補(bǔ)貼);六盤水市保障性住房投資公司代表政府投入資本金2億元,在項(xiàng)目公司占股20%;中建股份投入資本金8億元,在項(xiàng)目公司占股80%;其余11.24億元為金融機(jī)構(gòu)貸款。項(xiàng)目公司通過向入廊企業(yè)收取廊位租賃費(fèi)、管廊物業(yè)管理費(fèi)以及獲得政府可行性缺口補(bǔ)貼等方式取得收入,以補(bǔ)償經(jīng)營成本、還本付息、回收投資、繳納稅金并獲取合理投資回報(bào)。其項(xiàng)目運(yùn)作模式如圖9所示。

圖9 六盤水市地下綜合管廊PPP投資建設(shè)模式
Fig.9 PPP construction model of underground utility tunnel in Liupanshui City of China
1.2 我國綜合管廊建設(shè)管理模式相關(guān)建議
目前,我國尚未從國家層面對綜合管廊建設(shè)進(jìn)行立法,各地方政府對地下空間權(quán)屬、管線入廊、費(fèi)用分?jǐn)偂⒐芾聿块T和管理費(fèi)等的規(guī)定參差不齊。綜合管廊的建設(shè)主要依靠國家政策鼓勵和政府行政約束手段推進(jìn)。同時,由于各類管線分屬不同主管部門,專業(yè)管線管理單位自主性強(qiáng),綜合管廊費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制不明確,管線單位入廊積極性不高,協(xié)調(diào)難度大,運(yùn)營管理收費(fèi)困難,對后期的接收單位負(fù)擔(dān)較大[2]。具體建議:
1)加快綜合管廊的立法工作。在明確地下空間權(quán)屬關(guān)系的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有的地下空間法規(guī),解決地下空間的規(guī)劃聯(lián)通問題,實(shí)現(xiàn)多規(guī)合一;明確綜合管廊的所有權(quán)、規(guī)劃權(quán)、管理權(quán)、經(jīng)營權(quán)、使用權(quán)以及入廊有償使用費(fèi)的收取原則,制定完善的法規(guī)體系。
2)建立PPP投資建設(shè)模式。不同建設(shè)模式對地方城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策支持、財(cái)政收入水平要求不一樣。政府全額出資適用于財(cái)政收入水平較高的城市,股份制合作模式則要明確資產(chǎn)的產(chǎn)權(quán)關(guān)系,PPP模式則要求政府在政策上給予支持。從國內(nèi)外其他市政項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看,PPP模式不僅可以緩解短期財(cái)政資金壓力,還可以引入社會資本和市場機(jī)制,提升項(xiàng)目運(yùn)作效率,所以綜合管廊投資建設(shè)采用PPP模式是發(fā)展的必然選擇。
3)建立公司化運(yùn)作、物業(yè)化管理的運(yùn)營管理模式,運(yùn)營管理公司與管線單位責(zé)任分工見圖10。新加坡綜合管廊成功投入運(yùn)維已12年,其對綜合管廊全程、全生命周期的管理是管廊安全、平穩(wěn)運(yùn)維的可靠保證[4],因此我國綜合管廊的運(yùn)營管理應(yīng)參考新加坡的模式,堅(jiān)持"協(xié)作型構(gòu)建、公司化運(yùn)作、物業(yè)式管理"的原則,成立專門的運(yùn)營管理公司和管理團(tuán)隊(duì),開發(fā)智能管廊運(yùn)維管理體系,逐步實(shí)現(xiàn)對綜合管廊全程、全生命周期的管理。

圖10 綜合管廊運(yùn)營管理公司與管線單位責(zé)任分工圖
Fig.10 Responsibilities for operation management companies of underground utility tunnel and pipeline companies
4)確定有償使用制度基本原則。對管線使用單位進(jìn)行收費(fèi),既可為綜合管廊的設(shè)備維修更換提供資金來源,減小政府壓力;同時也能夠提高管線單位對管廊運(yùn)營狀況的關(guān)注程度。因此,入廊管線單位應(yīng)向地下綜合管廊建設(shè)運(yùn)營單位交納入廊費(fèi)和日常維護(hù)費(fèi)[3]。2015年國家發(fā)改委和住建部已聯(lián)合發(fā)文明確地下綜合管廊實(shí)行有償使用制度,并建議地方政府與管線單位協(xié)商定價,建立市場價格機(jī)制。然而,在實(shí)際博弈協(xié)商過程中,由于電力、通信等管線壟斷性強(qiáng),地方政府及運(yùn)營管理部門話語權(quán)弱,難以形成合理的價格標(biāo)準(zhǔn),收費(fèi)困難。因此,需要出臺國家層面的法規(guī),針對入廊費(fèi)和維護(hù)費(fèi)的測算,敲定有償使用制度基本原則,再由各省級物價部門定價或給出指導(dǎo)價。
2.1 綜合管廊建設(shè)分區(qū)
綜合管廊規(guī)劃建設(shè)應(yīng)根據(jù)因地、因時、因勢的原則展開,具體建設(shè)工作可按新城區(qū)、老城區(qū)、重要節(jié)點(diǎn)3類地區(qū)分類開展,并結(jié)合軌道建設(shè)、道路新建、市政管改造、高壓線下地及地下空間開發(fā)計(jì)劃選擇合適的時機(jī)實(shí)施建設(shè)。
1)新城區(qū)。城市新區(qū)綜合管廊應(yīng)與主干道路同步建設(shè),率先進(jìn)行試點(diǎn)示范,逐步實(shí)現(xiàn)新城區(qū)綜合管廊系統(tǒng)化建設(shè)。
珠海橫琴新區(qū)綜合管廊沿橫琴新區(qū)快速路呈“日”字形布設(shè)(見圖11),覆蓋全區(qū)。綜合管廊全長33.4 km,設(shè)總監(jiān)控中心1座。另有承擔(dān)橫琴新區(qū)輸電功能的電力隧道,全長10 km[9]。

圖11 橫琴新區(qū)綜合管廊規(guī)劃圖
管廊斷面高3.2 m,寬8.3 m,斷面面積26.56 m2,分水信艙、中水能源垃圾艙和電力艙3個艙室,敷設(shè)給水、通信、中水、集中供冷、垃圾收集、電力等4大類6種管線,如圖12所示。項(xiàng)目總投資約20億元,2012年開始運(yùn)營。

圖12 橫琴新區(qū)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(單位:mm)
Fig.12 Standard cross-section of utility tunnel in Hengqin District of China (mm)
深圳前海新區(qū)地下綜合管廊線路布局為“一環(huán)一線”方案,如圖13所示。規(guī)劃綜合管廊總長為12.54 km,單獨(dú)設(shè)置的電纜隧道長度為8.64 km。“一環(huán)”位于桂灣片區(qū),“一線”位于鏟灣片區(qū)與媽灣片區(qū),電纜隧道是敷設(shè)高壓、中壓電纜的專用通道。綜合管廊推薦標(biāo)準(zhǔn)橫斷面采用雙艙結(jié)構(gòu)形式,給水、通信、中水、預(yù)留管線共艙(綜合艙),電力單獨(dú)設(shè)艙。

圖13 前海新區(qū)地下綜合管廊規(guī)劃圖
2)老城區(qū)。老城區(qū)綜合管廊建設(shè)宜結(jié)合地下空間開發(fā)、舊城改造、道路改造、地下主要管線改造等項(xiàng)目同步進(jìn)行,逐步建設(shè)綜合管廊系統(tǒng)。
2001年,濟(jì)南泉城路改建,在道路南北兩側(cè)各建一條綜合管廊,全長1 450 m,斷面寬3.2 m,高2.3 m,納入了電力、通信、供水、熱力和廣播電視等5類管線。2007年,為建設(shè)世博會園區(qū),上海市將浦東和浦西共計(jì)5.28 km2內(nèi)土地整體拆遷后重新規(guī)劃,建設(shè)了6.4 km長的地下綜合管廊。
3)重要節(jié)點(diǎn)。城市中心區(qū)、商業(yè)中心、城市地下空間高密度成片集中開發(fā)區(qū)、重要廣場、高鐵站、機(jī)場、港口等重大基礎(chǔ)設(shè)施所在區(qū)域,車流、人流密集,不適宜開挖,此類城市重點(diǎn)地區(qū)應(yīng)優(yōu)先建設(shè)綜合管廊,避免因經(jīng)常性的路面開挖所造成的對交通和環(huán)境的影響。
2.2 綜合管廊與其他城市地下工程統(tǒng)一建設(shè)
綜合管廊與地鐵、地下快速路、人防和地下綜合體同期規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工,可以極大降低綜合管廊的建設(shè)成本,減少分別多次施工對鄰近建(構(gòu))筑物及周圍環(huán)境的影響,同時可以節(jié)約地下空間資源,具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。
1)結(jié)合地鐵建設(shè)地下綜合管廊。對地鐵建設(shè)項(xiàng)目來說,與綜合管廊合建成本會高出一些,但城市軌道交通線路主要沿城市主干路敷設(shè),未來線網(wǎng)基本覆蓋城市核心區(qū)域,借助軌道交通建設(shè)的絕好機(jī)遇,同步進(jìn)行地下綜合管廊建設(shè),對政府來說比分別建設(shè)的費(fèi)用節(jié)約很多,而且影響會更小,可達(dá)到建設(shè)成本低、社會干擾小的效果。南京下關(guān)綜合管廊(見圖14)、正定新城大道綜合管廊借助地鐵建設(shè)機(jī)遇同步建設(shè)綜合管廊,綜合管廊和地鐵同基坑,開挖作業(yè)面小,施工期間對周邊干擾次數(shù)減少,可降低建設(shè)成本并減小社會干擾。

圖14 南京下關(guān)綜合管廊一體化斷面
2)結(jié)合地下綜合體建設(shè)地下綜合管廊。雖然我國城市地下空間開發(fā)的規(guī)模、速度以及個別單體開發(fā)的水平已居世界前列,但大部分建成的地下空間互不連通,彼此獨(dú)立且功能單一,地上地下協(xié)調(diào)不夠,沒有形成統(tǒng)一高效的地下網(wǎng)絡(luò)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城市用地日趨緊張,地下空間的開發(fā)必須采用立體化建設(shè),以充分利用地下空間和地上空間,節(jié)約城市用地。現(xiàn)階段,我國正在積極修建城市軌道交通工程,以商業(yè)或大型綜合交通樞紐為中心的地下綜合體建設(shè)迅速發(fā)展,綜合管廊建設(shè)應(yīng)結(jié)合地下綜合體一體化設(shè)計(jì),節(jié)省地下空間。
北京中關(guān)村科技園區(qū)地下綜合體一共3層:地下1層為環(huán)形車道,汽車通過連接通道可與各地塊的地下車庫相連;地下2層為支管廊及地下空間開發(fā)層;地下3層為主管廊層。北京通州運(yùn)河核心區(qū)綜合管廊(見圖15)建設(shè)也與地下空間開發(fā)相結(jié)合:地下1層為商業(yè)街及交通聯(lián)系通道;地下2層為北環(huán)交通環(huán)形隧道及地下停車場;地下3層則為綜合管廊和停車場[10]。
廣州金融城項(xiàng)目也設(shè)計(jì)了集約化的地下空間,如圖16所示,其在道路下方建設(shè)了地下商業(yè)街、道路、有軌電車和綜合管廊等設(shè)施。

圖15 通州運(yùn)河核心區(qū)綜合管廊

圖16 廣州金融城綜合管廊(單位:m)
3)結(jié)合地下道路建設(shè)地下綜合管廊。地下快速路以大型隧道為主體,綜合管廊與大型隧道同規(guī)劃、同設(shè)計(jì)、同實(shí)施,可以充分利用結(jié)構(gòu)空間,省去綜合管廊獨(dú)立圍護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用,減少投資;同時兩者采光、通風(fēng)、人員進(jìn)出結(jié)合考慮,布局集中有序,建成后可集約化利用地下空間,對地面環(huán)境影響小。鄭東新區(qū)CBD副中心地下綜合管廊則是與地下道路合建的成功案例,如圖17所示。

圖17 鄭東新區(qū)CBD副中心地下綜合管廊(單位:mm)
Fig.17 Cross-section of utility tunnel in CBD Center in Zhengdong District of China (mm)
4)結(jié)合海綿城市建設(shè)地下綜合管廊。結(jié)合地表透水路面、生物滯留設(shè)施、中央景觀綠化帶等低影響開發(fā)設(shè)計(jì)設(shè)施,在綜合管廊內(nèi)設(shè)置獨(dú)立雨水艙、排放艙,通過滲透、滯留、調(diào)蓄和凈化利用等措施可排放地面雨水。因此,結(jié)合海綿城市建設(shè)綜合管廊可在一定程度上緩解城市內(nèi)澇,促進(jìn)城市健康水循環(huán)。南京江北新區(qū)擬結(jié)合海綿城市建設(shè)綜合管廊,綜合管廊排水布置如圖18所示。

圖18 南京江北新區(qū)綜合管廊
Fig.18 Design section combined utility tunnel with rainwater storehouse in Jiangbei District of Nanjing in China
5)結(jié)合人防工程建設(shè)地下綜合管廊。金華市金義都市新區(qū)綜合管廊工程(見圖19)在緊急狀況下可成為臨時應(yīng)急疏散通道,與新區(qū)地下通道一起構(gòu)成地下防災(zāi)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),該設(shè)計(jì)理念全面提升了綜合管廊在平時和戰(zhàn)時的綜合防災(zāi)能力。

圖19 金華市金義都市新區(qū)綜合管廊
3.1 收容管線研究
國內(nèi)外一般可考慮納入綜合管廊內(nèi)的管線有:給水、電力、通信、供熱、中水、燃?xì)狻⒐├洹毫ξ鬯⒗占艿萚11],如表1及圖20所示。
給水、電力、通信、中水維修次數(shù)多,將其納入綜合管廊經(jīng)濟(jì)合理。雨污水管線屬于重力流管線,如納入綜合管廊需考慮縱坡的影響,故要處理好標(biāo)高關(guān)系和豎向關(guān)系[2]。從城市防災(zāi)的角度考慮,把燃?xì)夤芫€納入綜合管廊十分有利,但燃?xì)夤芫€屬于易燃易爆管線,因而燃?xì)夤芫€要與高壓電力電纜、熱力管線設(shè)施分開,一般單獨(dú)設(shè)置在一個艙室內(nèi)。

表1 國內(nèi)外綜合管廊收容管線情況一覽表

圖20 國內(nèi)外綜合管廊收容管線種類統(tǒng)計(jì)圖
Fig.20 Summary of pipelines of utility tunnel in China and abroad
新加坡濱海灣綜合管廊和蘇州月亮灣綜合管廊將供冷管納入綜合管廊,進(jìn)入該區(qū)塊開發(fā)的開發(fā)商必須買冷凍水,使用供冷管供給的中央冷凍系統(tǒng),在降低能耗的同時保證綜合管廊的經(jīng)營利潤。氣動垃圾收集系統(tǒng)是可持續(xù)性城市管理的一個新方向,在綜合管廊內(nèi)收容氣動垃圾輸送管網(wǎng)可以改善城市形象,提高管理的效率。目前天津生態(tài)城項(xiàng)目中,已開始實(shí)施氣動垃圾收集系統(tǒng)來收集可回收、非可回收垃圾和食品垃圾。珠海橫琴新區(qū)的綜合管廊也預(yù)留了氣動垃圾輸送管網(wǎng)。因此,熱力管、供冷管、直飲水管、垃圾輸送管、石油管、海水利用管等預(yù)留管位可根據(jù)地塊用地功能和發(fā)展需求靈活選擇。
3.2 綜合管廊埋深
根據(jù)國內(nèi)外地下空間分層開發(fā)經(jīng)驗(yàn),市政管線和綜合管廊一般布設(shè)于地面以下0~15 m淺層空間最為合適。按日本規(guī)范要求,綜合管廊覆土厚度不小于2.5 m,內(nèi)部凈空高不小于2.0 m,與其他地下構(gòu)筑物交叉的局部不小于1.5 m。國內(nèi)綜合管廊覆土厚度一般為2.4 m,凈空高2.8 m。當(dāng)綜合管廊需橫跨立體交叉道路、地鐵、中小河流、永久性排水渠道時多數(shù)從下方穿越。
3.3 綜合管廊橫斷面設(shè)計(jì)
綜合管廊的斷面形式有多種類型,如矩形(見圖21)、圓形(見圖22)、直墻拱形、馬蹄形(見圖23)等。斷面的選擇必須依據(jù)埋置深度、地形、地貌等地質(zhì)條件以及施工方法來確定。一般情況下,地處軟土、淺埋地層,且采用掘挖式施工時,綜合管廊采用矩形斷面,根據(jù)需要可做成單跨或多跨、單層或多層矩形斷面,有利于空間分隔和管線布置。綜合管廊基本上以矩形結(jié)構(gòu)形式為主。當(dāng)覆土厚度大于6~8 m,采用暗挖式施工方法,可用拱形或馬蹄形。當(dāng)遇到穿越江河、鐵路及一般明挖法施工較困難的情況,有時也采用圓形盾構(gòu)隧道形式,在圓形斷面中進(jìn)行合理地分隔,敷設(shè)各類管線。矩形斷面的優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)成本低、利用率高、保養(yǎng)維修操作和空間結(jié)構(gòu)分割容易、管線敷設(shè)方便;當(dāng)采用盾構(gòu)法施工時,亦可考慮矩形盾構(gòu)隧道。

圖21 矩形綜合管廊斷面(單位:mm)

圖22 圓形綜合管廊斷面

圖23 馬蹄形綜合管廊斷面(單位:mm)
3.4 綜合管廊交叉節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
交叉節(jié)點(diǎn)處理是綜合管廊設(shè)計(jì)及施工的重點(diǎn),一般是在道路相交口以及間隔一定距離設(shè)置出線井,將各種管線進(jìn)行銜接,以發(fā)揮管線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能,主要包括綜合管廊相交節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控中心進(jìn)出節(jié)點(diǎn)和管線進(jìn)出節(jié)點(diǎn)等[12]。出線井的設(shè)計(jì)需結(jié)合地下管線及障礙物的覆土厚度決定出線型式和斷面,一般分為立體交叉(見圖24)和平面交叉2類。

圖24 綜合管廊交叉節(jié)點(diǎn)示意圖
3.5 綜合管廊結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
綜合管廊是城市的生命線工程。由于其收納了城市供水、供氣、電力、通信等多種管線,在地震等災(zāi)害的沖擊下,可能出現(xiàn)大面積功能性障礙,甚至導(dǎo)致城市系統(tǒng)全面的功能癱瘓,因此必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。按規(guī)范要求,綜合管廊應(yīng)按乙類建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),并應(yīng)滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。在抗震減災(zāi)設(shè)計(jì)方面,目前主要通過提高結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施來保證綜合管廊的抗震性能。為防止地震對綜合管廊的破壞,日本采用了先進(jìn)的管道變形調(diào)節(jié)技術(shù)和橡膠防震系統(tǒng)。1995年1月阪神大地震時,神戶市內(nèi)房屋倒塌、斷水?dāng)嚯姡钱?dāng)?shù)氐木C合管廊僅有個別地方出現(xiàn)水泥表皮稍許剝落和開裂的現(xiàn)象,整體結(jié)構(gòu)完好。
4.1 綜合管廊施工工法
綜合管廊施工常用的方法有明挖法、礦山法、盾構(gòu)法和頂管法,明挖法適用于新城區(qū)施工,礦山法、盾構(gòu)法和頂管法適用于老城區(qū)施工[13]。從國內(nèi)已建成的綜合管廊來看,多以明挖現(xiàn)澆法為主。
1)明挖現(xiàn)澆施工方法。明挖現(xiàn)澆法便于快速施工,但會大面積破壞路面,需采取臨時維護(hù)及必要的排水措施,單方工程造價相對較低,適用于城市新區(qū)、與其他市政工程整合建設(shè)。
2)明挖預(yù)制拼裝法。明挖預(yù)制拼裝法是一種較為先進(jìn)的施工方法,在發(fā)達(dá)國家較為常用。采用這種施工方法要求有較大規(guī)模的預(yù)制廠和大噸位的運(yùn)輸及起吊設(shè)備,同時施工技術(shù)要求較高,工程造價相對較高。青島藍(lán)色硅谷道路下綜合管廊(見圖25)和沈陽渾南新城綜合管廊均采用了矩形預(yù)制綜合管廊,廈門則采用了圓形、異形(見圖26)斷面預(yù)制綜合管廊。

圖25 青島藍(lán)色硅谷道路下矩形預(yù)制綜合管廊

圖26 廈門異形預(yù)制綜合管廊
在夏短冬長的寒冷地區(qū),施工工期緊張,綜合管廊的建設(shè)需要一種工期短、整體性好、斷面易變化的修建方法。裝配整體式綜合管廊是利用裝配整體式混凝土技術(shù)將預(yù)制混凝土構(gòu)件或部件通過可靠的方式進(jìn)行連接,現(xiàn)場澆筑混凝土或水泥基灌漿料形成整體的綜合管廊。其中各部分預(yù)制、疊合構(gòu)件均可根據(jù)情況采用現(xiàn)場澆筑構(gòu)件任意替換。裝配整體式混凝土技術(shù)的應(yīng)用成功解決了高寒地區(qū)綜合管廊建設(shè)的難題,大大縮短了綜合管廊的施工工期。裝配整體式綜合管廊斷面如圖27所示。

圖27 哈爾濱裝配整體式綜合管廊
3)淺埋暗挖法。淺埋暗挖法施工機(jī)械化程度較低,對地下管線影響較小[13]。綜合管廊的斷面形狀可以做成圓形、馬蹄形、矩形、多跨聯(lián)拱等,易于不同斷面間的轉(zhuǎn)化銜接。淺埋暗挖法對工程的適應(yīng)性強(qiáng),可根據(jù)不同的地質(zhì)條件及時調(diào)整施工工藝與參數(shù),施工噪聲小,對環(huán)境干擾小,在新、老城區(qū)均可采用。但暗挖法施工難度大,施工工期較長,投資控制難度大。
4)盾構(gòu)法。盾構(gòu)法具有自動化程度高、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減小對交通與環(huán)境的影響等特點(diǎn),在繁華的城區(qū)用盾構(gòu)法更為經(jīng)濟(jì)合理[13]。日本日比谷綜合管廊開工于1989年,該工程采用φ7.5 m的泥水式盾構(gòu)。2009年8月,天津市穿越海河的盾構(gòu)隧道工程——海河綜合管廊主體結(jié)構(gòu)完工,橫跨海河上空的各類管線全部從綜合管廊穿過,如圖28所示。

圖28 天津海河綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位:mm)
Fig.28 Standard cross-section of utility tunnel crossing Haihe River in Tianjin of China (mm)
采用盾構(gòu)法施工,其結(jié)構(gòu)形式以圓形為主,但圓形斷面分艙會使空間利用率降低很多。2015年10月12日,上海建工集團(tuán)自主研發(fā)了寬9.75 m、高4.95 m的超大截面矩形盾構(gòu)。相比傳統(tǒng)的圓形盾構(gòu),矩形盾構(gòu)施工可使空間利用率提升20%以上,隧道也可以埋深更淺、坡度更小,減小了施工干擾。因此在綜合管廊施工時,可以考慮采用矩形盾構(gòu)技術(shù)。
5)頂管法。頂管施工采用邊頂進(jìn)、邊開挖、邊將管段接長的管道埋設(shè)方法。頂管法施工設(shè)備少、工序簡單、工期短,對地面影響小。
2015年4月30日,深圳地鐵車公廟樞紐站附屬工程J通道(見圖29)頂管機(jī)順利始發(fā),通道頂部距高峰期車流量達(dá)40 000輛/h的深南大道僅3.4 m,通道底部距離每2 min就有一列車通過的一號線僅1.5 m,歷時35 d順利貫通。在施工過程中,頂部道路沉降量小于5 mm,地鐵一號線隧道變形量為零,該工程的順利貫通對城區(qū)綜合管廊采用頂管法施工具有重要的借鑒意義。

圖29 車公廟樞紐站附屬工程J通道
包頭市新都市區(qū)經(jīng)十二路和經(jīng)三路綜合管廊是我國首次應(yīng)用矩形頂管技術(shù)的綜合管廊工程,首段工程頂管機(jī)已于2016年8月19日始發(fā)。綜合管廊全長為174 m,頂管施工共設(shè)計(jì)2座工作井和2座接收井,工作井尺寸為10 m×10 m×10.9 m。
6)預(yù)襯砌法(預(yù)切槽法)。機(jī)械預(yù)切槽工法在美國、法國、日本、意大利和西班牙等國家已經(jīng)得到較多的應(yīng)用。國外實(shí)踐表明預(yù)切槽法是一個很有效的方法,對于軟弱圍巖隧道每月進(jìn)尺能達(dá)到近100 m[14]。預(yù)切槽法的顯著優(yōu)勢是具有很好的控制地層變形的能力,在城市淺埋下穿道路和既有建(構(gòu))筑物的施工中具有很大的優(yōu)勢。圖30和圖31分別為我國研究的第一代軸心式預(yù)切槽機(jī)械和直進(jìn)式預(yù)切槽機(jī)械在進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)。

圖30 軸心式預(yù)切槽機(jī)械

圖31 直進(jìn)式預(yù)切槽機(jī)械
綜合管廊施工方法較多,但根據(jù)環(huán)境的不同,其經(jīng)濟(jì)性和社會效益差別很大。在新建城區(qū),應(yīng)同步建設(shè)綜合管廊,采用明挖法修建是經(jīng)濟(jì)的,對社會環(huán)境影響小。在老城區(qū)進(jìn)行綜合管廊建設(shè),考慮環(huán)境和可能的征拆費(fèi)用,盾構(gòu)法、頂管法、淺埋暗挖法等優(yōu)于明挖法,應(yīng)根據(jù)地層條件選擇合適的施工方法。
4.2 軟弱地層區(qū)綜合管廊施工的關(guān)鍵技術(shù)
綜合管廊本體為地下線性結(jié)構(gòu),沉降可能造成線性坡度變化,對于重力管線會產(chǎn)生影響;此外結(jié)構(gòu)接頭或伸縮縫位置可能產(chǎn)生錯位,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲水甚至綜合管廊內(nèi)管線挫扭。因此,對于可能產(chǎn)生較大沉降的軟弱地層區(qū)應(yīng)采取特別的結(jié)構(gòu)處理措施進(jìn)行防范。
珠海橫琴新區(qū)綜合管廊位于地質(zhì)條件較差的淤泥地區(qū),在綜合管廊施工過程中,地基處理先隨道路同步進(jìn)行軟基處理,如圖32所示,基坑采用支護(hù)明挖方式。根據(jù)不同地質(zhì)條件,施工過程中因地制宜地采用灌注樁、鋼板樁和護(hù)壁錨桿等不同支護(hù)方法。在地層條件較差的淤泥地區(qū),采用堆載砂井后注漿加固、水泥攪拌樁空間優(yōu)化加固、階梯式組合支護(hù)開挖、穿巖基坑吊腳樁支護(hù)靜力破碎開挖等系列創(chuàng)新技術(shù),確保了橫琴綜合管廊在軟弱地層區(qū)的安全施工[15]。

圖32 軟基處理施工
1)建議從國家層面對綜合管廊建設(shè)進(jìn)行立法,制定強(qiáng)制性的法規(guī),明確綜合管廊的所有權(quán)、規(guī)劃權(quán)、建設(shè)權(quán)、管理權(quán)、經(jīng)營權(quán)、使用權(quán)以及入廊有償使用費(fèi)的收取原則,使綜合管廊的建設(shè)管理有法可依。
2)建立PPP投資建設(shè)模式,同時建立公司化運(yùn)作、物業(yè)化管理的運(yùn)營管理模式,推廣綜合管廊有償使用制度,促進(jìn)地下綜合管廊健康可持續(xù)發(fā)展。
3)綜合管廊可按新城區(qū)、老城區(qū)、重要節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行規(guī)劃建設(shè),并應(yīng)結(jié)合軌道交通建設(shè)、市政道路建設(shè)、市政管線改造、高壓線下地及地下空間開發(fā)項(xiàng)目一體化設(shè)計(jì)與施工,有效推動城市中心區(qū)及老城區(qū)綜合管廊建設(shè)進(jìn)程,提升市政基礎(chǔ)設(shè)施水平。
4)地下綜合管廊的建設(shè)在老城區(qū)宜采用盾構(gòu)法、頂管法、淺埋暗挖法和預(yù)襯砌法施工;而在新城區(qū)則可采用明挖現(xiàn)澆法和明挖預(yù)制法進(jìn)行同步施工建設(shè)。
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Construction Management Model and Key Technologies for Underground Utility Tunnels in Urban Areas
TAN Zhongsheng,CHEN Xueying,WANG Xiuying,HUANG Mingli
(BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)
The underground utility tunnel is very important to urban construction in terms of pipeline,road and traffic protection.The state-of-the-art of the urban underground utility tunnels in China and abroad is studied; comparison between construction management models of underground utility tunnels in China and abroad is made.The key issues of construction of underground utility tunnels in China are summarized.And then a construction management model of underground utility tunnel by using PPP mode is proposed.Suggestions are given in terms of planning,design and construction based on the characteristics of newly-built district and old district.The designs of pipeline storage,cover depth,cross-section,connection points and seismic resistance are analyzed emphatically.The integration between underground utility tunnel and underground space is analyzed.The results can provide reference for construction and popularization of underground utility tunnels.
urban underground utility tunnel; construction management model; planning; design; construction
2016-08-15;
2016-09-21
中國工程院重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目(2015-XZ-16)
譚忠盛(1963—),男,廣西梧州人,1999年畢業(yè)于西南交通大學(xué),橋梁與地下工程專業(yè),北京交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,主要從事隧道及地下工程方面的教學(xué)與研究工作。E-mail:zstan@vip.sina.com。
10.3973/j.issn.1672-741X.2016.10.003
U 45
A
1672-741X(2016)10-1177-13