淺談城市綜合管廊設計要點和施工方法及運維管理

□朱厚正

一、城市綜合管廊概述

隨著我國城市化進程快速發展，城市規模越來越大，但“拉鏈馬路”、“空中蜘蛛網”和交通擁堵等問題愈演愈烈，嚴重影響了城市環境和發展。綜合管廊在國家政策號召下，在預防和減少各種相關現實問題中應運而生。

綜合管廊是城市地下管道綜合走廊，一種綜合型地下隧道空間，是統一容納給水、雨水、污水、供熱、燃氣、電力和通信等各類城市工程管線的構筑物，同時設有專門的檢修口、吊裝口、通風口和出入口，并進行統一規劃、設計、施工和維護。

二、城市綜合管廊設計要點

(一)總體設計。

1.橫斷面設計。橫斷面尺寸、分艙等綜合考慮容納管線種類與數量、安裝檢修的預留空間和施工方法。布置形式可分為圓形、矩形和馬蹄形等，不同的斷面形式常采用不同的施工方法。

2.平面設計。平面設計主要包括管廊平面布置、節點位置，反映與道路、管線和周圍建筑等位置關系。一般適合在綠化帶、人行道下方布設，方便各功能性節點與綠化帶直接連通。平面走向與道路中心線走向應保持一致，如遇墩柱，設成直折溝。

3.縱斷面設計。這是為確定管廊各段縱向標高、埋深或覆土厚度，與地下構筑物、管線等位置關系，并在豎向設置管廊每一防火分區及集水坑的位置。設計應把凍土深度、綠化種植、行車荷載、特殊地段和現狀管線等綜合考慮。其中，埋深對工程造價影響較大，應結合具體工程特點來定，主要考慮抗浮、綠化、節點設計、支管交叉穿越?？v斷面走向基本與道路縱斷面走向一致，進而減少土方量。

4.功能性節點設計。通風口、吊裝口只需頂部與地面連通，有效利用覆土空間，兼滿足設備安裝、檢修和更換以及人員逃生功能，并考慮防止雨水倒灌措施；分支口、交叉口滿足各類管線轉彎半徑和檢修通道順暢、人員通行需要，若不符合可通過豎向加高，橫向加寬來實現互通功能。

(二)結構設計。結構設計主要涉及靜荷載(管廊與設備、管線自重)、動荷載(人行荷載、地面壓載和車輛及其沖擊荷載)、水土壓力(豎向、側向和底部壓力)、浮力、地震和地基變形，均需滿足相應規定。

三、城市綜合管廊施工方法及其適用條件

城市綜合管廊施工，按是否開挖路面分為開槽施工技術和不開槽施工技術。開槽施工一般有明挖現澆法和明挖預制拼裝法，不開槽施工一般有淺埋暗挖法、盾構法和頂管法。

(一)明挖現澆法。修建綜合管廊較常見的施工方法是明挖現澆法。明挖法施工流程主要是從地表向下開挖至設計高程，再從該標高處由下往上建造綜合管廊主體及其防水結構，最后回填壓實土層并恢復路面交通。明挖基坑分為敞口放坡基坑和有圍護結構基坑，基坑要做好降水和監測等相應措施。矩形橫斷面較適合明挖法且矩形空間利用率高。

明挖法適用于新建城區和工業區管廊建設，在道路和周邊建筑等環境允許條件下，應盡可能采用。防水是要點所在，要做好細部構造防水如施工縫、變形縫和穿墻套管等。

優點有：能大面積施工，作業面多；將項目劃分為多個標段同時或流水施工，從而加快進度；對人員技術要求低，施工相對方便；造價低。不足有：涉及路面范圍大，可能大面積破壞道路，十分影響交通；放坡開挖和回填土石方工程量很大，需要一定的技術方案和保證措施；環境負面影響大如噪音、揚塵和渣土。

(二)明挖預制拼裝法。明挖預制拼裝指管廊構件在預制場節段制作，運輸吊裝至基坑預定位置，逐節拼接成整體并對接口做防水處理的綜合管廊。

明挖預制拼裝法在發達國家較常用，目前預制拼裝管廊優勢巨大，體現在多方面，如改變傳統現場大面積占用路面、環境污染等一系列問題。相比現澆鋼筋混凝土管廊，預制拼裝管廊施工要點應注意構件制作、主體結構本身防水性能、構件安裝和構件間連接。

優點有：采用流水線或臺座法預制，標準化、批量化生產和工業化安裝管廊構件，充分把控預制管廊結構尺寸和質量，提高耐久性；能提前設計和生產，大大縮短工期；現場拼裝，節能環保。不足有：生產需要相對完整或一定規模的工廠和各類配套機具設備，對作業人員的專業性、技能性要求高；造價較高。

(三)淺埋暗挖法。淺埋暗挖是一種常見的暗挖法。相比其他工法，它有靈活多變的特點。其主要遵循“十八字”原則，在管廊埋深較淺的地下淺層挖掘，要點是禁止帶水作業，必要前提是開挖面要有一定的自立性和穩定性。它適用于管廊在已建城區的施工和改造。

優點有：占地很少，幾乎不會對道路產生影響，不影響城市交通；基本適用于各類地質類型，限制因素少；環境干擾小，噪音小，對周邊建筑和地下管線影響小。不足有：各施工工序、各單元各環節把控難度大，施工難度較大，工期較長，成本高；對人員的專業技能要求也高。

(四)盾構法。隨著城市化的發展，城市地鐵和隧道技術中見到盾構法的運用越來越多。盾構法是借助盾構機外殼和自動按序拼接的預制管片去支承已開挖的四周圍巖來防止區間隧道坍塌，同時把挖出的土或水泥漿等混合物運出的方法。

盾構法適用于繁華城區綜合、復雜的管廊施工，挖掘距離較遠。尤其在松軟含水層，埋深大的長管廊，盾構法有技術和經濟的優越性。

優點有：自動化、機械化水平高，從而施工速度快、效率高；高精度拼裝預制襯砌管片，質量、防水可靠；易于現場管理且不需大面積占道，對交通和環境影響小。不足有：須兩個深基坑作為工作井，對兩端工作面協調性要求高，且工程造價很高；在轉彎曲線半徑上，有很大難度；圓形斷面空間利用率相對較低。

(五)頂管法。頂管法是在始發井內，由頂進設備產生頂力，使各個預制連接管節克服與周圍土體摩擦，將管節按設計要求依次頂入土中，并將頂出的土方運走直到將掘進機(工具管)推進至接收井吊起的方法?？刂埔c主要是糾偏，涵蓋管節方向控制，頂力大小及方向，開挖面土體穩定性，后靠結構及其土體穩定性等。

當周圍環境要求嚴格控制地層變形或無降水條件可采用頂管法，廣泛適用于管廊直接穿越障礙物如車流量大的市區道路、公路、鐵路、河流或建(構)筑物。

優點有：頂管機械化程度高，安全可靠，人員勞動強度低，能節約征地拆遷費，降成本；減少環境污染和道路堵塞，社會效益好。不足有：糾偏和變向困難。

四、城市綜合管廊運維管理

(一)BIM+GIS融合技術系統。隨物聯網、大數據迅猛發展，BIM技術能集成項目全生命周期各種相關信息，對綜合管廊數據統一存儲、整合并進行精細化管理。GIS技術主要能展現管廊位置、周邊地理信息和地形地貌。BIM+GIS可視化平臺能與統一運維管理信息平臺相輔相成。

BIM+GIS融合技術系統，能實現管廊內部參數信息與外部地理空間信息，地下與地上、微觀與宏觀巧妙聯動一體化管理。管理人員能對綜合管廊地下、地上立體模型進行場景構建、測算、導航、查詢、分析和標繪，還能規劃巡檢、逃生路線等操作。

(二)監控與報警系統。

1.環境與設備監控系統。環境監控系統通過在每個防火分區安裝專門儀表，對內部環境參數實時監測。主要監測指標有管廊內空氣溫、濕度、氧含量、硫化氫(H2S)含量、甲烷(CH4)含量和集水坑液位。若出現超標或緊急狀況會報警，并能及時聯動設備消除不利影響，如啟動通風控制箱強制換氣以保障空氣流通、通過傳感器啟動排水泵排水。

設備監控系統對通風、排水、供電和照明等集中管理控制。

2.安全防范系統。為保證工作人員安全和管廊長期運行安全，須在各個重要位置安裝監控。包括：視頻監控：在管廊出入口、重要區域設置攝像頭進行有效監視。門禁管理：每個出入口均設門禁，通過實名制讀卡，防止未經許可人員進入，并自動做完整記錄，方便查詢。入侵報警：在通風口、吊裝口和井蓋等易從外界入侵的部位設置紅外入侵探測裝置和聲光報警器，能將信號上傳到監控中心預防非法入侵。電子巡檢:實現人員定位，二維碼設備掃描等功能。

3.預警與報警系統。設置火災報警控制器、防火門監控和聲光煙報警裝置等，對可燃氣體、電力電纜溫度和煙霧進行監測，同時每隔一定距離設置手動報警按鈕，這都有利于消防聯動控制。能在第一時間內啟動照明、滅火裝置和消防廣播，保證人員快速撤離，降低因火災造成的損失。

4.通信系統。常分為固定有線電話和無線對講兩類。固定通訊：在分區、艙內和設備集中位置設置供內部工作人員與監控中心人員的固定語音電話，實現溝通。無線語音：滿足巡檢、維修人員在錯綜復雜管廊內與監控中心人員間建立通信聯絡，方便巡檢人員隨時接收通知或反饋信息。

5.自動巡檢系統。鑒于綜合管廊自身結構長、人工巡檢效率低等情況，可利用巡檢機器人替代人工對管廊巡檢，能提高效率但要注意其存在盲區。若發生險情，機器人可到現場而避免二次傷害。

五、結論與展望

總體設計屬于綜合管廊設計的主干。綜合管廊施工方法豐富多樣，具體施工時應按實情選取合適的方法，精心施工和管理。以BIM+GIS和監控與報警系統為支撐的集成化統一運維管理信息平臺對綜合管廊可持續發展具有重要意義。城市綜合管廊作為城市地下管道的建設將成為城市未來發展的大潮流。另外，移動智能巡檢機器人技術和綜合管廊與海綿城市、智慧城市相結合還有待進一步研究。