談城市地下綜合管廊的發展現狀及趨勢

宋 智 碩

(北方工業大學土木工程學院,北京 100144)

1 概述

城市地下綜合管廊是伴著 “拉鏈馬路”等一系列城市病推出的新型城市轉型發展的產物[1]，相對于傳統的地下直埋敷設管線，城市地下綜合管廊更便于后期維修與統一管理。因此，立足于城市地下綜合管廊的發展現狀與不足之處，分析當前地下綜合管廊的發展趨勢顯得尤為重要。

2 地下管廊發展現狀

2015年前，我國已建成的城市地下綜合管廊不足100 km，但截至2017年4月，我國擬在建綜合管廊項目超2 700 km，截至2018年4月，我國擬在建綜合管廊里程已超7 800 km，同比增長約189%[2]。城市地下綜合管廊建設如火如荼，但從目前的管廊建設來看存在以下幾個問題。

2.1 建設前期規劃不足

近年來，地下工程領域發展取得相當好的成績，呈現出單一工程向多工程發展的趨勢，但存在的一些問題日益突出：由于原地下工程都是各單位、各部門自行開發建設，各自為政，僅考慮自身使用價值，并沒有把城市地下空間資源作為一個整體來全面統籌考慮，造成的后果是這些零星的地下工程將一個整體的地下空間資源分割[3]，很難再開發利用，甚至給后續的地下工程建設帶來設置障礙。同時造成很多既有項目的勘察、設計等基礎資料缺失，甚至有些因為時間過久，很多城市根本沒有這方面的資料，給后續地下工程項目帶來很大困難。這就對城市地下綜合管廊統一規劃提出了要求，在管廊建設前期，需要對地下工程項目進行統計，統一整合安排，最大程度的節省地下空間，在前期項目建設時同時考慮后續項目建設，統籌考慮，節省工程造價，減少后續不必要的浪費與問題。

2.2 管廊建設法規及規范待完善

地下管廊建設正處于迅速發展階段，但目前管廊建設法規及規范嚴重滯后。 目前關于管廊行業的設計規范僅有GB 50838—2015城市地下綜合管廊技術規范以及少數圖集，GB 50838—2015城市地下綜合管廊技術規范及配套的定額準永久《城市綜合管廊工程投資估算指標》主要適用明挖結構，對于埋深較深的管廊指導作用不強[4]。管廊結構設計可依據《混凝土結構規范》與《給水排水工程管道結構設計規范》，規范中同一問題可能有不同準永久，并沒有完全針對城市地下綜合管廊這一行業，如果設計一味的按保守考慮，這樣可能會造成不必要的浪費。此外，管廊建成投入使用的驗收規范大都處于空白。

2.3 管廊建設后期運營難

城市地下綜合管廊費用主要包括管線入廊費和維護運營費，理想的運營方式是當管廊建設投入使用后，然后出租或轉讓給管線單位，由管線單位通過埋設管線來實現自身的管線經營收益，而使用管廊造成成本增加，最終由消費者承擔該部分成本[5]。但在實際操作過程中，原來的地下埋設管線方式更簡單更省成本，管線單位前期往往不愿意承擔該部分成本。并且綜合管廊收益最大者是居民，具有準公共產品的屬性，利益很難用具體的數值估計，因此很難向公眾收費。

2.4 管廊現行計算模型及理論——以北京某在建市政綜合管廊為例

本工程為北京市某在建市政綜合管廊工程，總長12.198 km，設計內容主要包括主管廊準永久斷面、支管廊準永久斷面、人員通道準永久斷面、排風井、進風井、投料口、人員出入口、相交路口節點、地塊出線節點、支溝端頭節點等[6]。管廊為全現澆鋼筋混凝土結構，開槽施工。混凝土等級為C35混凝土，鋼筋為HPB300和HRB400鋼筋，鋼筋混凝土容重為25 kN/m3。回填土容重：18 kN/m3(地下水位以上)， 10 kN/m3(地下水位以下)。回填土的內摩擦角綜合考慮：30°。管廊結構模型為閉合框架，取單位長度為1 m。現澆鋼筋混凝土閉合框結構剖面圖，見圖1。

通過計算管廊的結構荷載、活荷載、人防荷載，進行抗浮驗算和裂縫寬度驗算[8]。結構荷載模型圖和底板及側墻受力圖分別見圖2，圖3。

荷載組合選用準永久組合和基本組合分別對管廊框架結構強度進行計算和驗證。得到了不同組合情況下的彎矩包絡圖和剪力包絡圖，如圖4，圖5所示。通過對此管廊框架結構的簡單展示，以期展現出較大部分目前我國在建管廊的基本樣式。

由圖4，圖5可看出，兩種組合計算方式下得出的管廊連續結構受力情況較為一致，但細節略有不同。具體表現在梁的最大彎矩均出現在結構中部，但準永久組合作用下，其彎矩更大。故在進行結構設計時，既要滿足建筑的需要，也要在美觀的同時，兼顧兩種計算方式得到的最大彎矩情況，使設計結果均能滿足結構的受力要求。目前計算方法中，大部分采取標準組合計算，裂縫控制驗算的方法[7]。

對圖6，圖7進行比較，同樣可得出，二者在受力趨勢上大致相同，不同之處在于基本組合作用下剪力受力值較大，在進行管廊設計時，要依據相關規范，同時兼顧兩種受力組合的剪力值大小，符合相關設計規定。

3 地下管廊建設現狀及發展趨勢

3.1 綜合管廊建設與地下工程相結合

隨著地上空間趨向飽和，大家都將目光瞄準地下。如何合理充分的利用好地下資源成為需要探討的問題。未來城市管廊的建設隨著前期規劃的完善，管廊建設與其他地下工程相結合成為必然的趨勢[8]。目前已經有很多結合的實例，如廣州沿地鐵十一號線地下綜合管廊主線工程，與地鐵十一號線共線段占全線長70%，與地鐵合并井24座，結合率達到75%，采用地鐵與地下綜合管廊合建，將零散的出地面口部與地鐵地面四小件整合考慮，大大減少了沿線路的土地征用及房屋拆遷，節省大筆征拆費用，同時設計、施工直接采用地鐵勘察、管線等基礎資料，既能節省工程造價，又能提高效率。

3.2 城市綜合管廊建設與BIM技術相結合

BIM技術可以貫穿使用于管廊建設的各個建設周期，通過BIM建模可以在前期解決好管廊凈高是否滿足要求，是否存在管線碰撞等問題，針對特殊節點，可以用BIM技術真實的展示施工方案及場地規劃等，能有效節約土地資源[9]。根據BIM模型可以提取項目分項工程量，為項目成本控制提供依據，并且數據與模型實時聯動，修改模型，工程數量能隨即修改，能節省大量的人力。在運營后期，可以通過BIM管理平臺實現智慧管理。如利用設定路線在BIM中漫游，發現管線破損需更換時，可以通過BIM模型構件信息快速找到規格、材質等便于及時更換。

3.3 地下綜合管廊建設預制模塊化

現階段管廊主要采用現澆管廊，雖然這種技術相對來說較為成熟，但仍存在現場施工質量難以控制、結構澆筑拆模時間周期長等問題。管廊建設的預制模塊化的優勢在國內上海松江綜合管廊一期工程白糧路預制裝配式管廊項目中已得到充分體現[10]。一般來說，預制裝配式管廊分為預制廠施工、施工現場準備、預制構件現場拼裝、基坑回填覆土四個步驟。在預制廠生產養護管廊廊體可以極大的控制構件質量及縮短項目時間，極大提高生產效率。

4 結語

城市地下綜合管廊雖處于發展上升期，但仍存在一些問題需完善與解決。隨著城市地下空間資源越來越緊張與BIM技術的大力推廣，未來城市地下綜合管廊發展更趨向于與其他地下工程合建，智慧化管廊的程度也會越來越高。