綜合管廊綠色建造的有效途徑

油新華，華 東，王恒棟

(1.中國建筑股份有限公司技術中心，北京 101300；2.北京城投地下空間開發建設有限公司，北京 100044；3.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

城市綜合管廊是一種現代化、科學化、集約化的城市基礎設施[1]。我國的城市綜合管廊建設經過幾十年的醞釀，到2015年才開始井噴式的發展，并將成為未來一個時期內我國城市基礎設施建設的重要內容之一[2]。但隨著綜合管廊的快速發展，各種各樣的規劃設計和施工問題相繼出現，制約著我國的綜合管廊建設朝著健康良性的方向發展；同時，國家在大力倡導“綠色建造”，城市綜合管廊建設也應該充分響應這個號召[3]。本文針對我國城市綜合管廊建設的現狀和存在的問題，提出綜合管廊綠色建造理念，并從綠色規劃、綠色設計和綠色施工3個實現手段入手，詳細論述實現城市綜合管廊綠色建造的途徑和綠色建造技術，力圖在綜合管廊的建設方面提供一個可行的思路。

1 提出的背景

我國的城市綜合管廊建設，從1958年北京市天安門廣場下的第1條管廊開始，經歷了概念階段、爭議階段、快速發展階段以及趕超和創新階段。截至2015年底，我國已建和在建管廊1 600 km，2016年完成開工建設管廊2 005 km，2017年的計劃指標是2 000 km，并且一直到“十三五”末每年都將以2 000 km的規模發展(“十三五”期間數據來源于《全國城市市政基礎設施建設“十三五” 規劃》)，預計到2020年將建成一批具有國際先進水平的地下綜合管廊并投入運營[4]，我國有望成為名副其實的城市綜合管廊超級大國。

在管廊市場蓬勃發展的背景下，是幾大央企之間的博弈。雖然國家鼓勵社會資本進入綜合管廊的PPP市場，但是迄今為止，罕有民營企業從事綜合管廊的投融資建設，其關鍵點在于民營企業和政府之間的相互信任問題。而央企必須承擔起關乎國計民生的基礎設施建設的責任，加之綜合管廊相對于其他基建項目，具有施工周期短、施工難度小、施工利潤高等特點，導致幾大央企之間的競爭十分激烈。為了搶占市場，并做到快速低成本地完成建設，需要各大央企重點考慮后期運營維護的問題，這就為實現綜合管廊的綠色建造提供了外在條件。同時，國內目前的綜合管廊項目大多是PPP項目，允許規劃設計、施工、運營一體化，這也為綜合管廊的綠色建造提供了內在需求。

目前大部分地區的綜合管廊建設存在缺乏合理規劃、設計水平參差不齊的情況，且大部分采用現澆施工，存在模板腳手架投入多、需要工人數量多、施工工期長、現場施工噪音大、施工質量受工人水平影響大等諸多問題。在此背景下，本文提出綜合管廊綠色建造理念，通過對規劃、設計和施工3個環節進行優化，從而解決上述問題。

2 綜合管廊綠色建造理念

2.1 綜合管廊綠色建造的定義

綜合管廊的綠色建造是指在綜合管廊的規劃、設計和施工全過程中，在保證施工安全和質量的同時，通過科學管理和技術進步，提高資源利用效率，節約資源和能源，減少污染，保護環境，實現可持續發展的工程建設生產活動。

2.2 綜合管廊綠色建造的“352”理念

要實現綜合管廊的綠色建造，必須采用綠色規劃、綠色設計、綠色施工3個手段，遵照線路最優、斷面最優、資源投入最少、廢棄物排放最少、對周邊環境影響最小5條原則，最終達到四節一環保、高效低成本2大目的(見圖1)。

2.3 綜合管廊綠色建造的實現手段

想要實現綜合管廊的綠色建造，綠色規劃是前提。在滿足服務功能完善、對周邊環境影響最小、建設成本最低的原則下，合理規劃管廊線路、經濟規劃入廊管線、預留空間適度開發、集約化規劃地下空間(見圖2)。

圖1 綜合管廊綠色建造“352”理念Fig.1 "352" concept of green construction of utility tunnel

圖2 綜合管廊綠色規劃實現途徑Fig.2 Approach of green planning of utility tunnel

想要實現綜合管廊的綠色建造，綠色設計是關鍵。據權威數據統計，設計方案對整體造價的影響在60%以上，大多數問題也是出現在設計階段。因此，要在施工方便、節約資源、保護環境的原則下，合理設計斷面布局、經濟設計結構尺寸、提前設計預留預埋、適度設計預制裝配、有效設計防水體系(見圖3)，其中關于后期運營維護的設計非常重要,應考慮合理的管廊監控手段。

圖3 綜合管廊綠色設計實現途徑Fig.3 Approach of green design of utility tunnel

想要實現綜合管廊的綠色建造，綠色施工是保障。在節約資源、減少污染、保護環境的原則下，采取經濟的基坑開挖方案、快速的結構施工方案、合理的預留預埋方案、安全的近接施工方案(見圖4)。

圖4 綜合管廊綠色施工實現途徑Fig.4 Approach of green construction of utility tunnel

3 綜合管廊綠色建造技術

本文基于綜合管廊綠色建造的基本理念，從綠色規劃、綠色設計、綠色施工3個實現手段入手，詳細分析實現綠色建造的可能途徑，并總結六大綠色建造技術如下。

3.1 超前的集約化設計技術

在進行綜合管廊的規劃設計時，要考慮目前及未來要建設的地鐵、地下商業、地下快速路等其他地下空間的項目，統籌考慮、集約化規劃、統一建設，否則將會帶來規劃節點沖突、周邊環境保護困難、施工成本增加等難題。目前在很多城市的地下空間項目設計中有很多成功的案例，同時也出現了很多矛盾。

3.2 合理的斷面設計技術

斷面設計能反映設計水平的高低，也會直接影響施工。斷面設計合理，施工起來就非常方便，因此在斷面設計和布局時要掌握以下幾點：1)斷面設計在滿足規劃預留條件的同時，應盡可能地優化管線布局，減少斷面尺寸；2)同一個項目應盡量減少斷面設計數量；3)艙位盡量不采取分幅布置，以免開挖2次路面；4)盡量避免外掛小艙的斷面設計，模板和腳手架很難施作，基底處理也非常困難。

3.3 快速的結構施工技術

相對于地鐵等其他地下工程，綜合管廊的斷面不大、埋深較淺，施工難度相對較小，但由于其是線性工程，動輒幾km乃至幾十km，因此如何快速、低成本、保質保量地完成施工，是應該重點考慮的問題。常規的支架法現澆技術存在混凝土外觀質量差、模板腳手架投入多、現場管理難度大等缺點，因此漸漸出現了各種各樣的預制拼裝法和滑移模架法。對于單艙管廊，比如中建六局施工的三亞管廊項目，首先采用滿堂紅支架，后采用簡易整體移動模架(見圖5)；對于多艙管廊，可以采用整體移動模架(見圖6)，也可以采用模板臺車(見圖7)。經過多個項目實踐證明，預制拼裝法和滑移模架法大大提高了施工速度，降低了施工成本，大大改善了混凝土的外觀質量。

圖5 單艙簡易移動模架Fig.5 Simple moveable formwork with single cabin

圖6多艙整體移動模架Fig.6 Integral moveable formwork with multi-cabin

圖7 多艙模板臺車示意圖(單位：mm)Fig.7 Sketch of multi-cabin formwork trolley (unit: mm)

3.4 適度的預制裝配技術

目前市場上出現的預制裝配技術主要分為節段預制裝配、分塊預制裝配、疊合預制裝配、組合預制裝配等形式(見圖8)，在綜合管廊的結構設計中得到了廣泛應用。但是由于項目本身的規模、斷面設計、施工場地的不同，不能簡單地認為某一種預制裝配技術是唯一最優選擇。經過大量的實踐證明，每種預制裝配技術都有其適用性，因此要根據施工目的、預期目標以及現場的實際情況，采取適合的預制裝配技術。一般情況下，單艙和兩艙等斷面不大的管廊采用節段預制裝配技術，三艙以上的管廊采用分塊預制裝配技術和疊合預制裝配技術。組合預制裝配也是一種好的技術，但是由于國內對其橫向和縱向之間的連接方式以及增加的中隔墻(板)等構件研究不夠深入，目前在國內還沒有實際應用案例。另外，在周邊環境復雜、場地狹小的地方，無法進行大型構件的運輸和吊裝，因此無法采用節段預制裝配技術。

圖8 綜合管廊預制裝配技術演變圖Fig.8 Evolution diagram of prefabricated assembly technology for utility tunnel

3.5 有效的防水施工技術

雖然綜合管廊的防水等級設為2級，但是由于其使用年限為100年，且未來對運營環境的要求較高，設計院和施工單位在防水設計和施工時都極其重視，因此要考慮氣候條件、水文地質、結構特點、施工方法、使用條件、技經指標6個因素，遵循防排截堵相結合、剛柔相濟、因地制宜、綜合治理4項原則，掌握結構自防水和施工縫、變形縫等接縫防水2個重點，把控好材料、設計和施工3個環節，最終設計出有效、可靠、施工方便的防水方案。進行防水設計時，在滿足規范要求的情況下，不能盲目地保守設計或者過度設計，以免造成浪費；同時應做好防水設計標準化，盡量避免一個項目多種防水體系，人為地給施工造成困難。

3.6 經濟的基坑支護技術

目前綜合管廊大多是采用明挖法施工，常見的明挖法施工的基坑支護技術主要有：放坡開挖無支護、土釘墻支護、鋼板樁支護，在特殊條件下會用到地下連續墻支護、樁撐支護、樁錨支護，SMW工法樁、雙排樁、微型鋼管樁支護在管廊里也有應用，但案例較少。具體采用哪種支護型式，要根據地層條件、周邊環境條件、當地設計施工習慣等因素綜合考慮，但一般情況下基坑設計應盡量采用可回收的支護形式(鋼板樁)和無泥漿作業技術。在眾多基坑開挖方法中，放坡開挖較為經濟，但是存在開挖面大、對周邊環境影響范圍廣等問題，并受到場地、地質條件等因素限制，因此不一定適用于所有基坑，是否采用應根據基坑的寬度、配置設備等要求，以及土方的價格進行綜合選擇。

4 綠色建造的未來發展趨勢

隨著建設水平的不斷提高，綜合管廊的綠色建造理念將逐步得到認可和重視。從目前的發展趨勢來看，未來綜合管廊建設將朝著一體化、快速化、標準化、規范化、機械化、智能化方向發展。

4.1 三位一體的綜合管廊綠色建造新模式將得到設計人員的青睞

由于綜合管廊建設的環境越來越復雜，地下空間開發的程度越來越高，集地下空間的規劃、設計、施工于一體綜合考慮的綜合管廊綠色建造新模式將得到設計人員的重視。目前，越來越多的大型地下空間項目開始考慮該模式，比如西安幸福林帶地下空間項目，規劃有綜合管廊、地下停車場、地鐵、快速路、地下商業等多種業態，總建筑面積約120萬m2。

4.2 快速綠色的施工新技術將得到大面積的推廣應用

縱觀國內管廊建設市場，中建、中鐵等多個大型央企投入了大量的精力和財力來開發快速綠色的施工新技術，并取得了顯著的社會效益和經濟效益。目前對于多艙管廊，推薦使用整體滑移體系現澆施工技術、多艙組合預制拼裝技術和疊合裝配技術。

4.3 管廊標準化要求越來越迫切

綜合管廊的快速綠色施工離不開管廊的設計標準化，特別是多艙管廊的斷面設計、整體預制、特殊節點的施工迫切需要設計標準化，以便真正做到綠色建造。

4.4 機械化施工設備將在綠色建造過程中得到迅猛發展

隨著管廊項目規模的不斷擴大，出現了越來越多的新型管廊施工機械，如代替大型吊車的雙向自行走桁架吊裝系統，解決預制構件拼裝精度問題的預制箱涵運轉安裝一體化駱駝車，集開挖支護、構件拼裝和基坑回填于一體的移動護盾管廊建造機。這些新型機械都可以在很大程度上減輕工人的勞動強度，降低施工技術難度。

4.5 BIM技術將在綜合管廊綠色建造中發揮越來越重要的作用

BIM技術在綜合管廊中的應用剛剛開始，但由于其大多數項目都是PPP項目，所以有極大的可能建立集規劃設計、施工、管線安全和運營管理于一體的BIM統一管控平臺，為綜合管廊的綠色建造提供現代化的實現手段。

5 結語

綜合管廊的建設正如火如荼，但是不能為了建設而建設，要通過綠色規劃、綠色設計、綠色施工3個手段，充分考慮各個城市的實際情況，遵循科學發展觀，采用超前的集約化設計、合理的斷面設計、快速的結構施工、適度的預制裝配、有效的防水施工、經濟的基坑支護等技術，真正做到綜合管廊的綠色建造，促進綜合管廊建設的健康發展。