地下軌道交通和綜合管廊協同建設相關問題研究

安澤宇， 郭 旺

(1. 天津市市政工程設計研究院， 天津 300051； 2. 天津市基礎設施耐久性企業重點實驗室， 天津 300051)

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市發展規模逐漸擴大，馬路拉鏈、交通擁堵等問題日益凸顯。城市主要道路下的各類市政管線數量龐大，而且干管和干線比較集中，同時地面車輛較多，路面開挖造成的影響廣泛，因此，在道路建成后不宜進行反復開挖，適宜規劃建設地下綜合管廊[1]；而城市主要道路的地面交通擁堵問題，可以通過軌道交通這種容量大、效率高的交通方式來得到有效解決。

《全國城市市政基礎設施建設“十三五”規劃》[2]提出，推進軌道交通建設，有序開展綜合管廊建設，并強調各個專業間的協調，在交通流量大、管線密集的市政道路和軌道交通沿線建設地下綜合管廊。軌道交通和綜合管廊項目的工程體量大，牽涉范圍廣，二者的協同規劃與建設對項目管理和建設技術等方面提出了更高的要求。史海歐[3]對城市老城區地鐵沿線同步建設干線綜合管廊進行了案例分析，并指出燃氣和排水管線不宜和地鐵合建、下穿。彭世興[4]分析了在已建和新建城區進行地鐵和管廊同步建設的可行性，并建議在老城區優先采用盾構管廊，在新城區采用明挖式管廊。何建軍等[5]探討了綜合管廊和軌道交通的豎向和平面關系，以及常見的典型共建方案，未考慮暗挖施工、管廊和軌道合建等形式。柳憲東[6]研究了在城市中心區與地鐵結合、采用盾構法建設綜合管廊的設計方法，并對防火問題進行了性能化分析。曾國華等[7]研究了采用淺埋暗挖法進行管廊和車站同期建設的不同方案，并推薦采用地鐵車站降水導洞兼作綜合管廊的設計方案。王賀敏[8]探討了地鐵與管廊的統籌協調問題，提出應綜合考慮2個工程的空間關系、實施時序、可實施性，以控制總體投資為前提來協調工程解決方案。

目前國內在軌道交通和綜合管廊協同建設方面的研究成果不多，研究范圍不夠全面，缺乏對協同建設相關問題的系統分析研究。為推動軌道交通和綜合管廊的協同發展，系統解決馬路拉鏈、交通擁堵等城市發展問題，合理利用有限的城市土地資源，本文探討軌道交通和綜合管廊在規劃、設計、施工等階段進行協同建設的必要性、可行性和建設方案，重點分析不同的線路規劃、建設工法、軌道交通埋深等情況下兩者的協同規劃方案，并指出各方案的不足之處以及需要注意的問題，以期為類似的項目建設提供參考。

1 軌道交通和綜合管廊協同建設的必要性和可行性

1.1 必要性

軌道交通和綜合管廊都是體量龐大、復雜繁瑣的項目，都具有一次性投資成本高、設計使用年限長的特點，涉及多個政府部門和建設、設計、施工等單位，需要在“多規合一”背景下建立規劃銜接、事權劃分與行政協調機制[9]，統籌協調多種要素，進行審慎而全面的規劃與建設，以便實現城市土地集約開發和空間充分利用。

在軌道交通和綜合管廊的線路重合或靠近區域，往往會出現平、立面交叉，兩者相互聯系卻又相互制約。這就需要有關各方互相協調，密切聯系，綜合考量交通和管線規劃，協同打造城市市政主干通道，形成一個有機整體，確保各項工程的質量和進度，統籌提高項目建設的綜合效益。

1)從保證決策合理性方面考慮，軌道交通和綜合管廊都需要解決燃氣管線的布設問題。目前在國內，燃氣管線進入綜合管廊的安全性還有待考證[10]，常采用分艙獨用的形式，而此種形式在經濟性方面沒有優勢[1]，因此很多綜合管廊項目不納入燃氣管。在地鐵建設和運營階段，需要控制車站建筑與燃氣管線的安全間距，地方政府也出臺了相關的管理辦法和要求[11]。將軌道交通和綜合管廊進行協同規劃，可對燃氣管是否入廊、入廊形式、與地鐵間距等進行綜合考慮，使其布設更加合理。

2)從提高施工安全性方面考慮，綜合管廊暗挖施工對已有地鐵隧道的影響分析表明，兩者先后單獨施工的安全風險明顯增加，施工質量控制難度加大，同期施工將有效解決這一問題[12]。

3)軌道交通和綜合管廊協同建設有利于避免重復工作，提高地下空間利用率，減少土地的永久征用和臨時占用，縮短工程建設周期，產生巨大的社會效益。

4)軌道交通和綜合管廊的協同建設還能顯著降低投資成本，據統計，與不考慮兩者協同建設相比，廣州地鐵11號線沿線規劃建設地下管廊，綜合成本降低7.07億元[3]，經濟效益明顯。

1.2 可行性

1.2.1 城市規劃

軌道交通和綜合管廊通常均處于開發成熟、人口眾多的城市中心，或者規劃起點高、發展潛力大的城市新區。軌道交通和干線、支線綜合管廊通常均沿城市地面交通主干道進行建設，兩者規劃路由重合度較高。將綜合管廊和軌道交通進行協同規劃建設在繁華市中心和城市新區中都得到了很好的應用。例如，福州地鐵4、5號線一期工程經過已建城區，在部分路段交匯形成一個閉合環路，并在該環路同期規劃建設綜合管廊[4]；江蘇南京河西新城江東南路中，有3.9 km管廊與有軌電車1號線的6個車站及區間共線，有1.35 km管廊與地鐵寧和城際線的2個車站及其兩側區間共線[13]。

我國住建部下發的《城市地下綜合管廊工程規劃編制指引》、國家規范《城市綜合管廊工程技術規范》等均提出，綜合管廊應與軌道交通、地下道路、地下綜合體、人防工程等相配合、銜接、協調。在軌道交通和綜合管廊的項目規劃階段，需要考慮的要素是有很多重合的，規劃部門將兩者同時進行考慮，可使決策方案更加全面而合理，提高項目實施可行性，減少重復工作，例如：

1)信息共享。由于規劃線路的統一性，沿線的地質勘察、周邊建構筑物、地下管線等資料都可共享共用。

2)遷改管線入廊。在地下軌道交通的建設過程中，管線遷改是一項數量龐大、難度較高的工程。在軌道交通沿線協同規劃建設綜合管廊，探討遷改管線進入綜合管廊的可行性，可一并解決軌道交通建設時的管線遷改問題。

3)軌道交通所需管線就近入廊。軌道交通所需要的電力、電信等管線，可直接敷設在沿線的綜合管廊中。

4)市政管線敷設于地鐵隧道。在滿足限界要求的前提下，可在地鐵區間隧道的富余空間中適當規劃敷設纜線。

1.2.2 設計施工

目前國內常用的地下軌道交通和綜合管廊的結構形式大體相同，斷面多為矩形箱體斷面或圓形斷面，建設工法亦基本一致，常用建設工法有明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法和盾構法等[14]，不同工法的定義和對比情況如表1所示。

表1 地下軌道交通和綜合管廊常用建設工法對比Table 1 Comparison among conventional construction methods for underground rail transit and utility tunnel

國內采用盾構法建設綜合管廊的工程經驗較少，現行的《城市綜合管廊工程技術規范》較少涉及盾構管廊。而在城市中心繁華地段采用明挖法等受到交通疏解、管線遷移等諸多限制，不利于綜合管廊的推廣應用。地鐵區間隧道建設普遍采用盾構法，設計方法和施工工藝相對成熟和完善，可為綜合管廊建設提供參考。由于盾構的單次使用費用較高，地鐵和管廊同期建設有利于提高機具使用率，分攤建設成本。

綜上分析，在設計、施工階段，軌道交通和綜合管廊可采用相同或相近的建設工法與工藝，BIM概念的提出和相關技術、軟件的研發為多專業、多工種的協同工作提供了可能，施工場地、配套辦公和生活臨建、施工機械設備等均可共用，這些都能夠減少重復工作，提高實施效率，降低投資成本。

1.2.3 限制因素

雖然軌道交通和綜合管廊協同建設的可行性較高，但仍然存在一些限制因素需要進行充分考慮。

1)軌道交通和綜合管廊的協同建設涉及多部門的溝通協調，這是影響項目實施效果的關鍵性問題。

2)軌道交通是城市地下人防工程，人員流動頻繁，對安全性要求較高。軌道交通和綜合管廊協同建設時，需充分考察中高壓燃氣管入廊問題以及污水管內產生爆炸性氣體的可能性[5]。

3)由于入廊市政管線，尤其是重力流管道的要求，綜合管廊的局部線路走向和豎向標高需進行調整，會影響到綜合管廊和軌道交通的相對位置關系、能否共用結構構件等，在綜合管廊受軌道交通限制而無法滿足管線要求或入廊成本過高時，甚至會導致管線無法入廊。

4)目前，軌道交通和綜合管廊的設計與施工采用不同的規范、規程，技術要求也不盡相同，因此設計與施工人員在具體操作時，對于無法統一的地方，需要將兩者進行協調、平衡，確保各項工程的規劃與建設方案和諧統一。

2 軌道交通和綜合管廊協同建設方案

2.1 協同規劃

軌道交通和綜合管廊協同規劃與建設順利實施的前提和重點是有關部門進行合理而有效的統籌規劃，盡量避免兩者在后續開發建設過程中出現不協調的情況,尤其在開發程度很高的大城市中心地帶，建設工法選擇余地較低，周邊環境要求較高，因此更加需要在規劃階段明確軌道交通和綜合管廊的路由、水平和豎向的相對位置等。

2.1.1 軌道交通區間隧道和綜合管廊協同規劃

1)區間隧道和綜合管廊分建。軌道交通區間隧道一般采用盾構法施工，埋深較大，綜合管廊可根據埋深、地質、施工條件等靈活設置于區間隧道上部或側面，如圖1所示。管廊亦采用盾構法建造時，需充分評估同期盾構施工的可行性，保證兩者均滿足盾構實施條件，降低盾構隧道開挖風險； 應避免綜合管廊頻繁斜穿軌道交通區間隧道，減少線路交叉，當出現交叉時，應根據地質情況和相關規范要求，通過計算合理確定間距。

圖1 綜合管廊位于軌道交通區間上方或一側方案示意圖Fig. 1 Sketch of utility tunnel on upper right of rail transit tunnels

2)區間隧道和綜合管廊合建。區間隧道和綜合管廊采用大直徑盾構的方式進行合建時，地鐵車輛應位于隧道中部以便盡可能滿足限界要求，而在隧道上部或下部布置管廊艙室[6]。該種方式可最大限度地減小地下空間的占用，但隧道直徑過大，實施難度增加，且管廊中布置的電力、光纜等有可能干擾地鐵車輛的正常運行。

3)區間隧道局部敷設市政管線。在滿足限界等要求的前提下，區間隧道內也可適當設置市政管線，如廈門市正在規劃建設的148 km軌道交通隧道內布設市政公用弱電纜線[15]，可有效促進地下空間的充分利用，減小綜合管廊的結構斷面尺寸，降低建設成本。

2.1.2 軌道交通車站和綜合管廊協同規劃

一般來說，車站的埋深不足以達到管廊設置于其正上方的要求。管廊在經過車站時，如果周邊交通疏解、施工場地等方面均滿足要求，可采取局部繞行的方式避開車站所在區域，如圖2所示。繞行空間較為充裕時，可采用常見的多艙室并排的單層管廊，當水平空間較為局促時，可采用雙層管廊，并減小每層的艙室數量。

圖2 綜合管廊繞行通過軌道交通車站方案示意圖Fig. 2 Sketch of utility tunnel bypassing rail transit station

由于規劃、施工等方面的原因導致車站的埋深較大時，綜合管廊可通過合建或分建2種形式設置于車站上方，并應注意滿足頂板最小埋深要求。

1)車站和管廊可采用兩者共用結構構件的合建形式，如圖3(a)所示。某雙層車站地下一、二層結構凈高分別為5.25、6.19 m，車站頂板上覆土厚6.3 m，合建綜合管廊為凈寬(5.35+7)m、凈高3.8 m的雙艙管廊，底板與車站頂板共用，管廊頂板上覆土厚2 m。此種方式可適當降低工程造價，但是將導致建筑單體體量偏大，結構設計和施工難度加大，另外需注意管廊箱體跨度與車站相協調，必要時可將管廊分成多部分，分別設置于車站不同跨度的上方。合建時，應盡可能統一兩者的設計和施工單位，注意協調好兩者的權屬和運營單位，確保責任分工明確。

2)車站和管廊采用分建形式更為常見。管廊艙室數量、跨度受車站影響較小，如圖3(b)所示。該管廊為凈寬(3+4.5+2.1) m、凈高3.8 m的三艙管廊，車站頂板埋深較兩者合建時增大了1 m。分建時需控制好兩者的合理間距，并充分考察兩者在結構受力等方面的相互影響，管廊應注意規避車站上翻頂梁。廣州地鐵2號線首期工程中，站臺寬度小于9 m的車站均采用無柱單跨結構[3]，不僅提高了乘客通行效率，還避免了下翻梁對車站設備區管線布置的影響，以及上翻梁對綜合管廊的影響。北京王府井地下綜合管廊和地鐵8號線三期王府井北站及其兩端區間共線，采用暗挖施工，埋深較大，在綜合比選了合建和分建方案后，由于合建方案為異型斷面結構，地表沉降不均勻且偏大，并需要單獨開挖降水導洞，工程廢棄量大，成本較高，最終選擇管廊和車站分建方案，利用車站兩側的降水導洞，適當擴大截面尺寸作為綜合管廊[7]。

不建議僅為了將管廊設置于車站上方而增大車站埋深，因為埋深的增加將大幅提高工程造價，并增加人們進出站的路程和時間。據測算，長230 m的標準雙層車站埋深增加4 m時，造價將提高約4 000萬元[8]，增幅達到15%～20%。此外，管廊設置于車站上方后，車站的有效覆土厚度減小，對結構抗浮的要求更高，需考慮此種情況下抗浮措施的有效性及對工程造價的影響。

(a) 合建

(b) 分建

2.1.3 軌道交通附屬建筑和綜合管廊協同規劃

2.1.3.1 綜合管廊位于軌道交通附屬建筑下方

軌道交通附屬建筑分為地上、地下2部分。對于風道、出入口等附屬建筑，其地下結構埋深不足以達到管廊設置于其正上方的要求時，可將管廊設置于車站地下2層一側、單層風道或出入口下方，如圖4(a)所示； 當管廊埋深增大后，不利于沿線管線的接入，且整體造價將大幅提高，在滿足結構受力、使用安全等要求時，可將車站側墻、出入口底板與管廊共用，如圖4(b)所示。當采用盾構法建設綜合管廊時(如圖5所示)，需研究確定管廊與車站、風道、出入口在水平和豎向的安全距離。

(a) 分建

(b) 合建

圖5 盾構法建設綜合管廊位于軌道交通車站附屬建筑下方方案示意圖

2.1.3.2 綜合管廊位于軌道交通車站出入口上方

風道頂板的埋深通常與車站主體一致，而出入口的頂板埋深相對較大。條件適宜時，可將管廊設置于車站出入口上方，如圖6(a)所示。由于出入口的結構布置靈活多樣，對于埋深的限制相對較少，因此，當出入口的埋深亦不滿足管廊上穿要求時，可采取出入口局部降板的形式，如圖6(b)所示，但這種做法增加了人們上下臺階的次數，降低了人們的出行體驗，并需要確定是否滿足建筑、消防、暖通等專業的要求。

風道、出入口的出地面部分，可與綜合管廊的投料口、排風口、逃生口等進行協同建設，但應同時滿足軌道交通和綜合管廊在環控、人防和消防等方面的要求。軌道交通的其他地上附屬建筑主要有車輛段、主變電所和監控中心等，可與綜合管廊的監控、檢修系統等在功能上有重合的配套公建進行協同建設，提高附屬建筑的利用效率。

(a) 出入口不下沉

(b) 出入口局部下沉

2.2 協同設計和施工

建設工法的選擇與多種因素有關，涉及城市規劃情況、建設工期、投資成本和周圍環境狀況(如建筑物、交通、管線、施工場地等)、地質條件、結構型式和埋深等方面，需要按照具體情況，全面比選后確定。軌道交通和綜合管廊工程應采取相同或相近的建設工法。相對來說，軌道交通項目的工程規模和建設難度較高，為避免軌道交通和綜合管廊項目實施進度上出現較大差距，應盡可能選擇設計和施工效率高的方案進行軌道交通建設。例如，在北京地鐵14號線工程中，大直徑盾構一次推過區間隧道和地鐵車站區域，并在此基礎上擴挖形成車站，該工法施工效率高，車站和區間施工相互干擾問題得到合理解決，有效縮短了土建工期[16]。

1)如果由多個設計單位進行軌道交通和綜合管廊不同區段的設計，應在設計之初統一總體技術要求、方案做法，明確各設計單位負責區段，并對區段相接處進行細化，減少重復工作，避免銜接不當。要充分重視總平面圖和關鍵位置斷面圖的繪制，避免平面和豎向上的沖突。

2)充分利用BIM相關技術、軟件，實現多專業、多工種的協同工作。建筑信息模型的建立和更新應貫穿于施工圖設計的整個過程，并且各設計單位負責區段的設計方案如果有變動，需及時更新模型，確保盡早發現問題，并及時溝通，協調解決。各個設計單位的設計方案還應從一體化協同設計的角度出發，做進一步的整合、深化。

3)根據不同建設地點、不同工程項目的具體情況，合理確定施工方案。軌道交通和綜合管廊工程可共用施工場地和設備器械，提高施工效率，降低工程投資，減少對周邊環境的影響。對于施工過程中發現的問題，應及時與設計單位進行溝通，保證前期規劃與設計方案順利實現。

4)由于某些實際原因無法進行軌道交通和綜合管廊同期建設的，先期建設的項目要為后續開發建設預留實施空間和接口。后期建設項目在施工過程中，可能對已建成項目的正常運營產生不利影響，對此需要進行充分研究，制定相關措施和預案。

2.3 組織管理

由于牽涉甚廣，主管部門應在決策階段便理順有關各方的職責權能，從政府部門、建設單位，到勘察、設計、施工、監理等單位，再到使用階段的權屬和運營等單位，應建立完善的組織結構和管理機制，提高溝通效率，實現有關各方利益共享，風險共擔，避免“兩不管”、“管理真空”現象發生。

建議采用EPC(設計采購施工總承包)或EPCO(設計采購施工運營總承包)模式，充分發揮工程總承包單位的資源整合和組織協調能力，以便不同分項工程的統一管理，避免各分項工程及其設計與施工的完全分離導致成本增加，以及不協調而影響建設進度等，實現軌道交通和綜合管廊協同建設的高效管理，提高項目綜合效益。

由于項目規模巨大，總承包單位可將軌道交通和綜合管廊項目分成多個設計、施工標段，并分包給不同的設計、施工單位。總承包單位作為主要管理方和重要參與方，需指導有關各方將規劃等部門的要求與意見轉換成實際的設計與施工方案，對安全管理和工程質量總負責，合理控制項目總投資和總承包方本身的成本，并平衡好2個分項工程的進度情況。

3 結論與討論

1)軌道交通和綜合管廊協同建設有利于系統解決地面道路擁堵、馬路拉鏈等問題，提高決策方案的全面性和合理性，統籌提高經濟和社會效益，但對管理和技術水平的要求更高。兩者的規劃路由通常高度重合，建設工法基本一致，BIM等相關技術、軟件為多專業、多工種協同工作提供了可能，將兩者進行協同規劃與建設的可行性較高。

2)軌道交通和綜合管廊的協同建設牽涉部門較多，需界定有關各方責任，建立完善的協調管理機制，實現利益共享，風險共擔。建議采用EPC或EPCO模式，充分發揮總承包單位的綜合協調作用，總承包單位要對各分項工程的規劃、設計與施工進行統籌安排，盡可能統一建設工法、技術要求和項目進度等。

3)提高項目規劃方案的合理性是兩者協同建設的重點。根據綜合管廊與軌道交通區間隧道、車站及其附屬建筑的埋深、場地條件等，綜合確定兩者在水平和豎向的相對位置，并充分考察設計和施工難度及可靠性，合理控制項目成本。

4)目前政府部門在軌道交通和綜合管廊協同建設方面的支持和引導作用有待加強，示范性優質工程較少，沒有形成系統的、可復制推廣的先進理念和經驗做法，亦沒有國家標準和規范來指導建設，這些都在一定程度上限制了相關項目的推進和發展。

5)本文的重點內容在于軌道交通和綜合管廊的協同規劃方案，而對具體的設計方法和施工工藝等論述相對較少，尚需在后續做進一步研究，以便為項目建設和國家標準、規范的制定提供更加充分的參考。