綜合管廊穿越既有地下管線施工措施研究*

沈艷峰，許海勇，喬英娟，謝 明

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

0 引言

城市綜合管廊是建于城市地下用于容納多種城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。常規(guī)的入廊管線有電力、通信、給水、熱力、燃?xì)獾取Ｓ晡鬯艿酪话銥橹亓α鳎瑮l件允許的情況下可納入綜合管廊一體建設(shè)。地下管廊工程對(duì)解決城市地面道路反復(fù)開(kāi)挖問(wèn)題及市政管線長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)保養(yǎng)問(wèn)題意義重大。

發(fā)達(dá)國(guó)家綜合管廊建設(shè)已歷經(jīng)1個(gè)多世紀(jì)并形成了規(guī)模和體系[1]。國(guó)內(nèi)真正意義上的第1條綜合管廊于1994年建成[2]，在國(guó)家一系列文件精神的指導(dǎo)下，近期管廊建設(shè)掀起了一個(gè)高潮[3-4]。

從國(guó)內(nèi)試點(diǎn)城市的建設(shè)情況來(lái)看，無(wú)論是城市新區(qū)進(jìn)行片區(qū)管線統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)或是老城區(qū)中心地帶的老舊管線升級(jí)改造，都有采用綜合管廊的工程實(shí)例[5-7]。上述兩種區(qū)域的管廊在施工過(guò)程中，或多或少都會(huì)遇到場(chǎng)地內(nèi)原本就埋有各種管線的情況，有的現(xiàn)狀管線和管廊結(jié)構(gòu)平行，有的則是管廊穿越現(xiàn)狀管線(見(jiàn)圖1,2)。平行管線可以向管廊外側(cè)遷移，而與管廊相交的情況則較為復(fù)雜，需要在設(shè)計(jì)階段就做好改遷或原位保護(hù)的方案論證，以免施工時(shí)延誤工期以及管線遭到破壞的情況發(fā)生。

圖1 常規(guī)綜合管廊效果

圖2 常規(guī)綜合管廊及道路空間設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)綜合管廊建設(shè)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題有很多尚未來(lái)得及進(jìn)行系統(tǒng)梳理研究。如管線保護(hù)問(wèn)題，偶有某工程實(shí)際處理的文獻(xiàn)報(bào)道，往往也只涉及該工程中的單一管線，缺少對(duì)不同管徑、材質(zhì)、埋深及用途的既有地下管線保護(hù)的整合研究，本文針對(duì)這一現(xiàn)狀，結(jié)合多個(gè)項(xiàng)目實(shí)施中的經(jīng)驗(yàn)，分門(mén)別類地提出針對(duì)性方案，以期對(duì)將來(lái)綜合管廊的設(shè)計(jì)與施工起到借鑒和指導(dǎo)作用。

1 管廊穿越既有地下管線處置原則

1)路燈等較小的管線避讓綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段及引出的排管。

2)管廊引出的排管避讓雨水和污水管。

3)電力、通信及天然氣及熱力管道避讓綜合管廊主體結(jié)構(gòu)。

4)雨水、污水管應(yīng)盡量減少與管廊標(biāo)準(zhǔn)段的交叉，宜采取統(tǒng)一集中穿越的形式，減少交叉節(jié)點(diǎn)；可利用管廊過(guò)河倒虹段進(jìn)行穿越。

5)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段與雨水、污水管發(fā)生交叉并有標(biāo)高沖突時(shí)，原則上管廊避讓雨污水主管，雨污水支管應(yīng)避讓管廊。

6)管廊可采取上跨或者倒虹的方式避讓，管廊上跨段覆土≥0.5m。

7)雨水管可采取倒虹的方式避讓管廊，原則上小直徑污水管不倒虹。

以上為交叉處理的大原則，具體情況需經(jīng)具體分析后經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理單位協(xié)調(diào)后確定合理的處理方案。

2 既有管線改遷及保護(hù)方案

2.1 標(biāo)高與管廊不沖突的小直徑非重力流管線

此處的標(biāo)高與管廊不沖突一般均指現(xiàn)狀管道位于管廊結(jié)構(gòu)的上方。綜合管廊常規(guī)覆土厚度范圍為2.0～3.0m，埋深較淺的小直徑穿越管道一般對(duì)管廊的結(jié)構(gòu)施工不造成很大的困難。

標(biāo)準(zhǔn)電力、通信、熱力及雨污水管道直徑范圍為0.2～2.0m，考慮到管廊基坑跨度不大，基坑開(kāi)挖后暴露和懸空的管道長(zhǎng)度也有限，對(duì)直徑≤0.5m的管線，可認(rèn)定為小直徑管線，其中非重力流管線材質(zhì)一般采用PE或者金屬管，管節(jié)整體性較好且自重輕，可采用簡(jiǎn)易桁架直接原位保護(hù)，考慮到PE或金屬管具備一定的延展性，在施工過(guò)程中允許一定的變形，對(duì)簡(jiǎn)易桁架的結(jié)構(gòu)尺寸準(zhǔn)確度要求也并非十分嚴(yán)格，該原位保護(hù)方式在實(shí)際施工中得到廣泛應(yīng)用。

與上述條件相反，直徑>0.5m的管線可認(rèn)定為大直徑管線，自重也相應(yīng)交大，采用簡(jiǎn)易桁架在跨中和兩端支點(diǎn)都存在承載力不足的安全隱患，故不推薦采用原位保護(hù)方式。

2.2 標(biāo)高與管廊不沖突的小直徑重力流管線

重力流管線常指雨污水管道。國(guó)內(nèi)雨污水管道一般采用混凝土管節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)度為2～3m，管節(jié)之間一般采用承插式接口及橡膠止水。與PE或金屬管具備整體性和延展性不同，混凝土管節(jié)一旦發(fā)生很小的擾動(dòng)或錯(cuò)位就會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，因此如果采用原位保護(hù)措施，即便在承載力上沒(méi)有太大的問(wèn)題，也難以避免施工過(guò)程中帶來(lái)的擾動(dòng)，管道漏水幾乎是必然會(huì)發(fā)生的后果。

考慮到小直徑雨污水管一般為片區(qū)內(nèi)支管，并非起到無(wú)可取代的作用，而且管廊施工工期一般較短，可以考慮管廊施工期間將混凝土雨污水管臨時(shí)拆除，并在管廊兩端的管節(jié)處采用臨時(shí)封堵，待管廊主體結(jié)構(gòu)完成后恢復(fù)通流。

2.3 標(biāo)高與管廊不沖突的大直徑非重力流管線

大直徑管道壁厚一般也較厚，加上內(nèi)部存在其他管線設(shè)備，自重較大，簡(jiǎn)易桁架無(wú)法滿足承載力要求，且基坑兩側(cè)的土體作為支點(diǎn)也無(wú)法保證安全性，此時(shí)處理方案一般有以下兩種。

1)管廊結(jié)構(gòu)分期施工，大直徑管道近距離平移。如圖3,4所示，先施工既有大直徑管道旁邊一定距離的管廊基坑圍護(hù)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)；在已完成部分管廊結(jié)構(gòu)頂板上覆土至既有管道底標(biāo)高；新建與既有管道直徑材質(zhì)均相同的管道代替原管道，在管廊基坑兩側(cè)完成新、舊管道的切換，新管道完全承接原管道的通水能力；最后拆除原管道，并在下方進(jìn)行管廊結(jié)構(gòu)施工。

圖3 管線替代三維示意

圖4 管線替代斷面示意

如管道不需要恢復(fù)到原有位置，則保留新建的替代管道，倘若一定需要恢復(fù)原有位置，可在全部管廊完成后，在原位置再建一條直徑、材質(zhì)相同的管道后二次切換。

2)第1種方案需要進(jìn)行1～2次管道切換，雖然時(shí)間很短，但是無(wú)法解決既有管道內(nèi)線纜一刻不停止工作的問(wèn)題，而軍事和工程上常用的貝雷桁架可以克服這一困難[8-9]。

如圖5所示，貝雷桁架是前述方案簡(jiǎn)易桁架的加強(qiáng)體，自身結(jié)構(gòu)質(zhì)量和穩(wěn)定性大大提高，承載能力也足以承受直徑≥1.0m的管道。最上方的桁架兩端不可直接架設(shè)在基坑兩側(cè)的地面上，需另外施工樁基礎(chǔ)和承臺(tái)，桁架固定在承臺(tái)上。

圖5 貝雷桁架吊裝原位保護(hù)體系

根據(jù)基坑設(shè)計(jì)間距安裝懸吊橫梁及管線底部承托板，承托板與上方貝雷桁架采用鋼絲繩連接，保證鋼絲繩與管線貼緊，管道懸空開(kāi)挖后重力通過(guò)懸吊橫梁和鋼絲繩上傳到桁架，管道懸空后，可對(duì)下方土體進(jìn)行開(kāi)挖并施作管廊結(jié)構(gòu)。

2.4 標(biāo)高與管廊不沖突的大直徑重力流管線

大直徑重力流管線一般采用混凝土管節(jié)(承插式接口)，采用貝雷桁架吊裝很難保證管節(jié)不受擾動(dòng)，且大直徑雨污水管一般為主干管道，一旦發(fā)生漏水后果非常嚴(yán)重。

對(duì)于這種情況，根據(jù)以往的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以采用托換梁板結(jié)構(gòu)承托整根雨污水管道(見(jiàn)圖6，7)，表層挖土暴露出雨污水管之后，在其下方施工完整的托換梁和托換板，管節(jié)底部完全落在一塊完整的托換板上，不會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩吊裝時(shí)晃動(dòng)的情況，托換板兩個(gè)邊沿施工托換梁，再通過(guò)格構(gòu)柱將力傳遞到地基土中，整個(gè)托換結(jié)構(gòu)是靜定的，不存在擾動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，必要時(shí)可在現(xiàn)狀管節(jié)外再包封1層混凝土保證不發(fā)生漏水。

圖6 托換梁板結(jié)構(gòu)斷面

綜合管廊基坑圍護(hù)如采用圍護(hù)樁，則必然會(huì)因?yàn)楣芫€的存在而導(dǎo)致局部圍護(hù)樁缺失，為保證基坑安全，可在圍護(hù)樁缺失處進(jìn)行土體加固，一般加固方式為高壓旋噴樁，并可在管底下方基坑兩側(cè)土體中施作一些土釘進(jìn)一步保證基坑穩(wěn)定性。

圖7 托換梁板結(jié)構(gòu)平面

2.5 標(biāo)高與管廊沖突的非重力流管線

非重力流管線的標(biāo)高位置可以調(diào)整，因此僅需要在管廊施工的局部范圍內(nèi)，將現(xiàn)狀管線抬高，并采用3.1或3.3節(jié)中的原位保護(hù)方案即可。

2.6 標(biāo)高與管廊沖突的重力流管線

當(dāng)雨污水管的標(biāo)高與新建管廊標(biāo)高沖突時(shí)，不可輕易改變其標(biāo)高，一般也不推薦采用倒虹吸方案，可以從片區(qū)總體的雨污水管線規(guī)劃角度出發(fā)來(lái)解決沖突問(wèn)題。

1)分流改遷

對(duì)于直徑較小的雨污水支管，終端匯入片區(qū)內(nèi)某根雨污水主干管，對(duì)于整個(gè)片區(qū)而言，具備相同尺寸的主干管不會(huì)只有1根，可以考慮改變支管的流向，匯入其他的主干管道從而避讓管廊工程，如圖8,9所示。

圖8 雨污水管支管與管廊標(biāo)高沖突

圖9 分流改遷雨污水管避讓管廊結(jié)構(gòu)

2)管廊結(jié)構(gòu)局部壓低

如果與管廊標(biāo)高沖突的雨污水管是片區(qū)內(nèi)的主干管道，無(wú)法分流，根據(jù)處置原則，應(yīng)采用管廊避讓雨污水管的方案，將管廊結(jié)構(gòu)整體壓低至管道下方，而后可依據(jù)3.4節(jié)中的托換梁板方案進(jìn)行原位保護(hù)。

3)倒虹吸方案

上述2種方法如果均無(wú)法實(shí)施，采用倒虹吸不失為一種補(bǔ)救方案[10]。

排水管道遇到河流、鐵路、洼地或地下構(gòu)筑物等障礙時(shí)，由于排水管道采用重力流不能按照原有高程埋設(shè)，而是下凹的方式從障礙物下穿過(guò)，這種管道稱為倒虹管(見(jiàn)圖10,11)。

倒虹管由進(jìn)水井、管道和出水井3部分組成，進(jìn)出水井內(nèi)應(yīng)設(shè)閘槽或閘門(mén)。管道分為折管式和直管式兩種，倒虹吸方案對(duì)水質(zhì)要求比較高，一般折管式倒虹吸僅用于雨水管而不適用于污水管，因?yàn)槲勰嗪苋菀锥氯麖澱埸c(diǎn)，直線型倒虹吸可用于污水管，但也需加強(qiáng)加密兩端檢查井的清污工作。

圖11 倒虹吸方案雨污水管道位置

3 結(jié)語(yǔ)

不同地區(qū)、環(huán)境及規(guī)模的綜合管廊工程在施工過(guò)程中會(huì)遇到完全不同的困難和障礙，其中既有管線保護(hù)或改遷問(wèn)題也是多種多樣，本文旨在將工程中常見(jiàn)的幾類管線保護(hù)問(wèn)題及解決方案分析清楚，在對(duì)過(guò)往工程實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)的同時(shí)，也可以為即將要開(kāi)展的綜合管廊工程提供借鑒。