譚忠盛，陳雪瑩，王秀英，黃明利

(北京交通大學，北京 100044)

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城市地下綜合管廊建設管理模式及關鍵技術

譚忠盛，陳雪瑩，王秀英，黃明利

(北京交通大學，北京 100044)

城市地下綜合管廊對于城市建設具有重要意義，可以防止管線破裂，杜絕反復開挖路面，有效緩解交通擁堵。在對國內(nèi)外城市地下綜合管廊調研的基礎上，通過對國內(nèi)外城市地下綜合管廊建設管理模式的對比分析，總結我國綜合管廊建設存在的問題，提出通過PPP模式投資建設綜合管廊并建立公司化運作、物業(yè)化管理的運營管理模式的建議。同時根據(jù)新、老城區(qū)的特點，在規(guī)劃、設計和施工等方面提出相應的建議，重點分析城市地下綜合管廊在管線收容、埋深、橫斷面、交叉節(jié)點、抗震等方面的設計問題，并對城市地下綜合管廊與其他城市地下空間一體化設計進行分析，從規(guī)劃、設計、施工等方面為城市地下綜合管廊的建設和推廣提供參考。

城市地下綜合管廊；建設管理模式；規(guī)劃；設計；施工

0 引言

城市地下綜合管廊，是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施。城市地下綜合管廊將給水、排水、電信、電力、燃氣、熱力等各類市政管線有機綜合，集約化地鋪設在同一條隧道內(nèi)，實現(xiàn)對市政管線的集中管理與維護[1]。

自1833年巴黎開始建設世界上第一條地下管線綜合管廊始，綜合管廊建設發(fā)展至今已有180多年的歷史。經(jīng)過100多年的探索、研究、改良和實踐，城市地下綜合管廊的技術已基本成熟。目前，法國、英國、德國、西班牙、俄羅斯、瑞典、芬蘭等國家已擁有相當規(guī)模的綜合管廊。迄今為止，日本是世界上城市地下綜合管廊建設技術最先進、法規(guī)最完善、規(guī)劃最完整且建設速度最快的國家之一。據(jù)資料統(tǒng)計，日本曾計劃到21世紀初建成約1 100 km的綜合管廊，至2001年，已建成超過600 km的綜合管廊[2]。

我國于1958年在北京天安門廣場改造工程中建設了第一條綜合管廊，隨后，上海、廣州、深圳、佳木斯、濟南、昆明等城市開始陸續(xù)建設綜合管廊[2]。

2014年以來，國務院、住房城鄉(xiāng)建設部和財政部相繼發(fā)文鼓勵地下綜合管廊建設，同時將蘇州、哈爾濱、廈門、沈陽等25個城市作為國家綜合管廊建設試點城市，并給予每個城市9億～15億元的財政資金支持，推動各個城市探索適合各自發(fā)展的新思路和新方法。2015年，全國69個城市啟動了地下綜合管廊建設，開工建設規(guī)模約1 000 km。2016年3月，李克強總理在政府工作報告上提出了加強城市規(guī)劃建設管理，開工建設地下綜合管廊2 000 km以上的明確目標?？梢灶A見，城市地下綜合管廊將成為未來一個時期內(nèi)我國城市基礎設施建設的重要內(nèi)容之一。

本文主要對國內(nèi)外現(xiàn)有綜合管廊建設模式及關鍵技術進行分析與總結，為我國地下綜合管廊的建設與運營管理提供參考。

1 綜合管廊建設管理模式探討

1.1 國內(nèi)外綜合管廊建設管理模式

1.1.1 日本

日本綜合管廊建設的突出經(jīng)驗可歸納為3點。一是立法優(yōu)先。如對已建立綜合管廊路段禁止開挖、綜合管廊的產(chǎn)權和地下空間有償使用等都有規(guī)定。二是整體規(guī)劃。將綜合管廊與地鐵、地下綜合體等地下工程統(tǒng)一納入城市地下空間規(guī)劃，形成共同化、綜合化發(fā)展，成為日本地下空間利用特征之一，并且不斷向地下空間利用的大深度化發(fā)展。三是明確專門管理部門，統(tǒng)一規(guī)范管理與運作。1991年，日本成立了專門管理綜合管廊的部門負責推動綜合管廊的建設。綜合管廊的規(guī)劃、建設、運營由都市建設局統(tǒng)一負責，其下設16個共同管道科，在前期主要負責相關政策和具體方案的制定，在建設過程中負責投資、建設的監(jiān)控，綜合管廊建成后負責工程驗收和運營監(jiān)督等。地下綜合管廊的建設資金由道路管理者與管線單位共同承擔，其中管線單位負擔的投資額大約占全部工程費用的2/3。后期的運營管理則采取道路管理者與各管線單位共同維護管理的模式。綜合管廊設施的日常維護由道路管理者(或道路管理者與各管線單位組成的聯(lián)合體)負責，而城市地下綜合管廊內(nèi)各種管線的維護，則由各管線單位自行負責[3]。日本綜合管廊建設管理模式見圖1。

1.1.2 歐洲

法國、英國等歐洲國家，由于其政府財力比較強，城市地下綜合管廊被視為由政府提供的公共產(chǎn)品，其建設費用由政府承擔，建成以后產(chǎn)權歸政府所有。政府則通過出租的形式實現(xiàn)投資的部分回收，但是國家對于收取租金的數(shù)額沒有明確的規(guī)定，并且租金的額度不是固定的，而是每年由管廊所在地的議會進行聽證來確定。這種形式是歐洲國家通常采用的模式，但是采取這種形式必須有較完善的法律體系作為保障，通過法律程序以及行政約束力保證管線單位必須使用綜合管廊，行政約束力的法律效應為綜合管廊的后期運營提供了保證[3]。歐洲綜合管廊建設管理模式見圖2。

圖1 日本綜合管廊建設管理模式

Fig.1 Construction management model of underground utility tunnel in Japan

圖2 歐洲綜合管廊建設管理模式

Fig.2 Construction management model of underground utility tunnel in European countries

1.1.3 新加坡

新加坡濱海灣綜合管廊的管理組織機構主要由國家發(fā)展局、市區(qū)重建局、CPG FM公司和管線單位組成。其中，國家發(fā)展局作為唯一的業(yè)主，主要負責建設資金的籌措；市區(qū)重建局作為綜合管廊管理的政府代表，負責綜合管廊建設行政與質量管理；CPG FM公司是綜合管廊運營管理唯一的主導公司，負責管理綜合管廊內(nèi)設備并收取管理費用。綜合管廊的建造費用由新加坡政府承擔，入廊單位需要分擔綜合管廊的運營與維修費用。CPG FM公司提出每月收取的綜合管廊運維費用分為固定費用和特例費用2部分，每月固定運維費用根據(jù)管線單位所占綜合管廊空間的大小在每月平攤費用的基礎上進行微調，特例運維費用會根據(jù)管線單位的使用情況而定[4]。新加坡綜合管廊建設管理模式見圖3。

圖3 新加坡綜合管廊建設管理模式

Fig.3 Construction management model of underground utility tunnel in Singapore

1.1.4 臺灣地區(qū)

我國臺灣地區(qū)在綜合管廊方面的建設和運營經(jīng)驗來自于日本，堅持政府引導和立法先行。臺灣在主要城市成立了共同管道管理署，負責綜合管廊規(guī)劃、建設、資金籌措及執(zhí)法管理；成立綜合管廊建設專項基金，?？顚Ｓ?，并通過各層級的法規(guī)來對基金的保管和使用進行限制，以保證綜合管廊建設的順利開展；各級政府都制定了完善的法規(guī)和管理制度，涉及管理工作的方方面面，如收費標準、申請使用與許可發(fā)放、修繕注意事項、公告制度等。臺灣綜合管廊在政策和法規(guī)上比日本更加詳細和進步，明確了政府和管線單位雙方均能接受的合理的費用分攤辦法，并通過法律的形式保證其執(zhí)行。

在綜合管廊費用分攤方面，綜合管廊的建設資金是由政府主管單位和管線單位共同出資，其中政府主管單位承擔1/3的建設資金，管線單位承擔2/3的建設資金，然后各管線單位再以各自所占用的綜合管廊空間以及直埋成本為基礎，分攤各自的建設費用。對于建成后的運營費用也由兩者共同承擔，政府部門承擔日常管理費用的1/3，剩余的由各管線單位按照使用頻率及占用空間的比例2個因素綜合考慮確定分攤數(shù)額[3]。此外，管線單位還可以享受政策性的資金支持。臺灣綜合管廊建設管理模式見圖4。

1.1.5 中國大陸

我國大陸地區(qū)現(xiàn)階段已經(jīng)建成的綜合管廊，其建設及運營模式主要有政府全額出資、政府和社會資本合作2種。

1)政府全額出資。政府全額出資指綜合管廊的主體設施以及附屬設施全部由政府投資，管線單位租用或無償使用綜合管廊空間，自行敷設管線[3]。項目建成后以國有企業(yè)為主導，通過組建項目公司等具體模式實施項目的運營管理。這種模式在綜合管廊建設早期較為常見，如廣州大學城綜合管廊由政府機構——廣州大學城指揮辦投資建設，建成后移交給大學城投資經(jīng)營公司管理，其建設管理模式見圖5。

Fig.4 Construction management model of underground utility tunnel in Taiwan area of China

圖5 廣州大學城綜合管廊建設管理模式

Fig.5 Construction management model of underground utility tunnel in Guangzhou of China

2)股份制合作。股份制合作模式是由政府授權的國有資產(chǎn)管理公司代表引入社會資本方，共同組建股份制項目公司，以股份公司制的運作方式進行項目的投資建設以及后期運營管理[3]。

這種模式有利于解決政府財政的建設資金困難，同時引進了企業(yè)先進的管理經(jīng)驗與技術，所以公司的運行比較高效，實現(xiàn)了政府與企業(yè)的互惠互利。但是在這種模式下，由于企業(yè)進行投資是為了獲得回報，而政府部門作為基礎設施的提供者其更看重社會效益，所以企業(yè)與政府的目標存在一定差別，在項目運行過程中存在一定的矛盾[3]。

目前昆明、南寧采取的是這種運作模式。昆明城投和民營資本合資成立了昆明城市管網(wǎng)設施綜合開發(fā)有限責任公司，負責綜合管廊的建設，昆明城投出資30%，民營資本出資70%，其建設管理模式見圖6。項目融資完全采用市場化運作，通過銀行貸款、發(fā)行企業(yè)債券等方式籌集建設資金，4年時間完成12億元的建設融資，綜合管廊建成后仍由昆明城市管網(wǎng)設施綜合開發(fā)有限責任公司負責運營，回收的資金用于償還銀行貸款和贖回企業(yè)債券。由于股份制模式下資產(chǎn)產(chǎn)權不清晰，城投公司最終回購民營資本份額，民營資本退出。

圖6 昆明綜合管廊建設管理模式

Fig.6 Construction management model of underground utility tunnel in Kunming of China

3)政府和社會資本合作(PPP)模式。政府和社會資本合作(PPP)模式是指政府為增強公共產(chǎn)品和服務供給能力、提高供給效率，通過特許經(jīng)營、購買服務、股權合作等方式，與社會資本建立的利益共享、風險分擔及長期合作關系[5]。

PPP模式下，政府與社會投資人簽訂PPP協(xié)議，由社會投資人設立項目公司具體負責地下綜合管廊的設計、投資、建設和運營，并在運營期滿后將綜合管廊無償移交給政府或政府指定機構。運營期內(nèi)，政府授予項目公司特許經(jīng)營權，項目公司在特許經(jīng)營期內(nèi)向管線單位收取租賃費用，并由政府每年度根據(jù)項目的實際運營情況進行核定并通過財政補貼、股本投入、優(yōu)惠貸款和其他優(yōu)惠政策的形式，給予項目公司可行性缺口補助[5]。

項目運作具體方式主要包括委托運營、管理合同、建設—運營—移交、建設—擁有—運營、轉讓—運營—移交和改建—運營—移交等。

①特許經(jīng)營。特許經(jīng)營模式是指政府授予投資商一定期限內(nèi)的收費權，由投資商負責項目的投資、建設以及后期運營管理工作，政府不出資。具體收費標準由政府在考慮投資人合理收益率和管線單位承受能力的情況下，通過土地補償或其他政策傾斜等方式給予投資運營商一定補償，使運營商實現(xiàn)合理的收益。政府可以通過公開招標的形式確定運營商。這種模式為政府節(jié)省了成本，但為了確保社會效益的有效發(fā)揮，政府必須加強監(jiān)管。佳木斯、南京、沈陽等城市采取的是這種運作模式[3]。

南京最早嘗試采用特許經(jīng)營模式進行投資建設綜合管廊。民營企業(yè)南京鴻宇市政設施管理公司在獲得南京市政府授權的情況下，自籌資金1億多元，在南京市多條新建、改建主干道上，與道路同步施工埋設“鴻宇市政管廊”，總長達45 km[6]。在政府統(tǒng)一協(xié)調下，投資方通過將綜合管廊以及綜合管廊內(nèi)的建成管線等設施以出售、出租、合作經(jīng)營等方式獲得投資回報，具體運作方式如圖7所示。

圖7 南京鴻宇綜合管廊運營管理模式

Fig.7 Operation management model of underground utility tunnel in Nanjing of China

②購買服務。BT(建設—移交)模式一般由投資方或承建方出資建設綜合管廊項目，政府在其后3～5年內(nèi)逐年購回，屬于必要的政府購買服務情形。投資方不參與綜合管廊的運營，通過項目投資獲得一定的工程利潤，項目建設期利息一般由政府來償付[7]。

采用BT模式的有珠海橫琴新區(qū)綜合管廊和石家莊正定新區(qū)綜合管廊等。珠海橫琴新區(qū)綜合管廊通過BT模式委托中冶集團建設，項目建成后，由橫琴新區(qū)管委會委托珠海大橫琴城市公共資源經(jīng)營管理有限公司負責運營、維護和管理[8]，具體運作方式如圖8所示。

圖8 珠海橫綜合管廊建設管理模式

Fig.8 Construction management model of underground utility tunnel in Zhuhai of China

③股權合作。六盤水市地下綜合管廊項目整體采取“管廊打捆+PPP”的模式，并依據(jù)相關文件，采取“建設—運營—移交”的方式進行運作。

項目總投資29.94億元，建設期為2年，中央財政專項補助資金9億元(其中8.7億元用于補貼建設資金，剩余的0.3億元用于運營補貼)；六盤水市保障性住房投資公司代表政府投入資本金2億元，在項目公司占股20%；中建股份投入資本金8億元，在項目公司占股80%；其余11.24億元為金融機構貸款。項目公司通過向入廊企業(yè)收取廊位租賃費、管廊物業(yè)管理費以及獲得政府可行性缺口補貼等方式取得收入，以補償經(jīng)營成本、還本付息、回收投資、繳納稅金并獲取合理投資回報。其項目運作模式如圖9所示。

圖9 六盤水市地下綜合管廊PPP投資建設模式

Fig.9 PPP construction model of underground utility tunnel in Liupanshui City of China

1.2 我國綜合管廊建設管理模式相關建議

目前，我國尚未從國家層面對綜合管廊建設進行立法，各地方政府對地下空間權屬、管線入廊、費用分攤、管理部門和管理費等的規(guī)定參差不齊。綜合管廊的建設主要依靠國家政策鼓勵和政府行政約束手段推進。同時，由于各類管線分屬不同主管部門，專業(yè)管線管理單位自主性強，綜合管廊費用分攤機制不明確，管線單位入廊積極性不高，協(xié)調難度大，運營管理收費困難，對后期的接收單位負擔較大[2]。具體建議：

1)加快綜合管廊的立法工作。在明確地下空間權屬關系的基礎上，結合現(xiàn)有的地下空間法規(guī)，解決地下空間的規(guī)劃聯(lián)通問題，實現(xiàn)多規(guī)合一；明確綜合管廊的所有權、規(guī)劃權、管理權、經(jīng)營權、使用權以及入廊有償使用費的收取原則，制定完善的法規(guī)體系。

2)建立PPP投資建設模式。不同建設模式對地方城市經(jīng)濟發(fā)展、政策支持、財政收入水平要求不一樣。政府全額出資適用于財政收入水平較高的城市，股份制合作模式則要明確資產(chǎn)的產(chǎn)權關系，PPP模式則要求政府在政策上給予支持。從國內(nèi)外其他市政項目的實踐經(jīng)驗來看，PPP模式不僅可以緩解短期財政資金壓力，還可以引入社會資本和市場機制，提升項目運作效率，所以綜合管廊投資建設采用PPP模式是發(fā)展的必然選擇。

3)建立公司化運作、物業(yè)化管理的運營管理模式，運營管理公司與管線單位責任分工見圖10。新加坡綜合管廊成功投入運維已12年，其對綜合管廊全程、全生命周期的管理是管廊安全、平穩(wěn)運維的可靠保證[4]，因此我國綜合管廊的運營管理應參考新加坡的模式，堅持"協(xié)作型構建、公司化運作、物業(yè)式管理"的原則，成立專門的運營管理公司和管理團隊，開發(fā)智能管廊運維管理體系，逐步實現(xiàn)對綜合管廊全程、全生命周期的管理。

圖10 綜合管廊運營管理公司與管線單位責任分工圖

Fig.10 Responsibilities for operation management companies of underground utility tunnel and pipeline companies

4)確定有償使用制度基本原則。對管線使用單位進行收費，既可為綜合管廊的設備維修更換提供資金來源，減小政府壓力；同時也能夠提高管線單位對管廊運營狀況的關注程度。因此，入廊管線單位應向地下綜合管廊建設運營單位交納入廊費和日常維護費[3]。2015年國家發(fā)改委和住建部已聯(lián)合發(fā)文明確地下綜合管廊實行有償使用制度，并建議地方政府與管線單位協(xié)商定價，建立市場價格機制。然而，在實際博弈協(xié)商過程中，由于電力、通信等管線壟斷性強，地方政府及運營管理部門話語權弱，難以形成合理的價格標準，收費困難。因此，需要出臺國家層面的法規(guī)，針對入廊費和維護費的測算，敲定有償使用制度基本原則，再由各省級物價部門定價或給出指導價。

2 綜合管廊規(guī)劃要點分析

2.1 綜合管廊建設分區(qū)

綜合管廊規(guī)劃建設應根據(jù)因地、因時、因勢的原則展開，具體建設工作可按新城區(qū)、老城區(qū)、重要節(jié)點3類地區(qū)分類開展，并結合軌道建設、道路新建、市政管改造、高壓線下地及地下空間開發(fā)計劃選擇合適的時機實施建設。

1)新城區(qū)。城市新區(qū)綜合管廊應與主干道路同步建設，率先進行試點示范，逐步實現(xiàn)新城區(qū)綜合管廊系統(tǒng)化建設。

珠海橫琴新區(qū)綜合管廊沿橫琴新區(qū)快速路呈“日”字形布設(見圖11)，覆蓋全區(qū)。綜合管廊全長33.4 km,設總監(jiān)控中心1座。另有承擔橫琴新區(qū)輸電功能的電力隧道，全長10 km[9]。

圖11 橫琴新區(qū)綜合管廊規(guī)劃圖

管廊斷面高3.2 m,寬8.3 m,斷面面積26.56 m2，分水信艙、中水能源垃圾艙和電力艙3個艙室，敷設給水、通信、中水、集中供冷、垃圾收集、電力等4大類6種管線，如圖12所示。項目總投資約20億元，2012年開始運營。

圖12 橫琴新區(qū)綜合管廊標準斷面圖(單位：mm)

Fig.12 Standard cross-section of utility tunnel in Hengqin District of China (mm)

深圳前海新區(qū)地下綜合管廊線路布局為“一環(huán)一線”方案，如圖13所示。規(guī)劃綜合管廊總長為12.54 km，單獨設置的電纜隧道長度為8.64 km。“一環(huán)”位于桂灣片區(qū)，“一線”位于鏟灣片區(qū)與媽灣片區(qū)，電纜隧道是敷設高壓、中壓電纜的專用通道。綜合管廊推薦標準橫斷面采用雙艙結構形式，給水、通信、中水、預留管線共艙(綜合艙)，電力單獨設艙。

圖13 前海新區(qū)地下綜合管廊規(guī)劃圖

2)老城區(qū)。老城區(qū)綜合管廊建設宜結合地下空間開發(fā)、舊城改造、道路改造、地下主要管線改造等項目同步進行，逐步建設綜合管廊系統(tǒng)。

2001年，濟南泉城路改建，在道路南北兩側各建一條綜合管廊，全長1 450 m,斷面寬3.2 m,高2.3 m,納入了電力、通信、供水、熱力和廣播電視等5類管線。2007年，為建設世博會園區(qū)，上海市將浦東和浦西共計5.28 km2內(nèi)土地整體拆遷后重新規(guī)劃，建設了6.4 km長的地下綜合管廊。

3)重要節(jié)點。城市中心區(qū)、商業(yè)中心、城市地下空間高密度成片集中開發(fā)區(qū)、重要廣場、高鐵站、機場、港口等重大基礎設施所在區(qū)域，車流、人流密集，不適宜開挖，此類城市重點地區(qū)應優(yōu)先建設綜合管廊，避免因經(jīng)常性的路面開挖所造成的對交通和環(huán)境的影響。

2.2 綜合管廊與其他城市地下工程統(tǒng)一建設

綜合管廊與地鐵、地下快速路、人防和地下綜合體同期規(guī)劃、設計與施工，可以極大降低綜合管廊的建設成本，減少分別多次施工對鄰近建(構)筑物及周圍環(huán)境的影響，同時可以節(jié)約地下空間資源，具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

1)結合地鐵建設地下綜合管廊。對地鐵建設項目來說，與綜合管廊合建成本會高出一些，但城市軌道交通線路主要沿城市主干路敷設，未來線網(wǎng)基本覆蓋城市核心區(qū)域，借助軌道交通建設的絕好機遇，同步進行地下綜合管廊建設，對政府來說比分別建設的費用節(jié)約很多，而且影響會更小，可達到建設成本低、社會干擾小的效果。南京下關綜合管廊(見圖14)、正定新城大道綜合管廊借助地鐵建設機遇同步建設綜合管廊，綜合管廊和地鐵同基坑，開挖作業(yè)面小，施工期間對周邊干擾次數(shù)減少，可降低建設成本并減小社會干擾。

圖14 南京下關綜合管廊一體化斷面

2)結合地下綜合體建設地下綜合管廊。雖然我國城市地下空間開發(fā)的規(guī)模、速度以及個別單體開發(fā)的水平已居世界前列，但大部分建成的地下空間互不連通，彼此獨立且功能單一，地上地下協(xié)調不夠，沒有形成統(tǒng)一高效的地下網(wǎng)絡。隨著經(jīng)濟發(fā)展，城市用地日趨緊張，地下空間的開發(fā)必須采用立體化建設，以充分利用地下空間和地上空間，節(jié)約城市用地?，F(xiàn)階段，我國正在積極修建城市軌道交通工程，以商業(yè)或大型綜合交通樞紐為中心的地下綜合體建設迅速發(fā)展，綜合管廊建設應結合地下綜合體一體化設計，節(jié)省地下空間。

北京中關村科技園區(qū)地下綜合體一共3層：地下1層為環(huán)形車道，汽車通過連接通道可與各地塊的地下車庫相連；地下2層為支管廊及地下空間開發(fā)層；地下3層為主管廊層。北京通州運河核心區(qū)綜合管廊(見圖15)建設也與地下空間開發(fā)相結合：地下1層為商業(yè)街及交通聯(lián)系通道；地下2層為北環(huán)交通環(huán)形隧道及地下停車場；地下3層則為綜合管廊和停車場[10]。

廣州金融城項目也設計了集約化的地下空間，如圖16所示，其在道路下方建設了地下商業(yè)街、道路、有軌電車和綜合管廊等設施。

圖15 通州運河核心區(qū)綜合管廊

圖16 廣州金融城綜合管廊(單位：m)

3)結合地下道路建設地下綜合管廊。地下快速路以大型隧道為主體，綜合管廊與大型隧道同規(guī)劃、同設計、同實施，可以充分利用結構空間，省去綜合管廊獨立圍護結構費用，減少投資；同時兩者采光、通風、人員進出結合考慮，布局集中有序，建成后可集約化利用地下空間，對地面環(huán)境影響小。鄭東新區(qū)CBD副中心地下綜合管廊則是與地下道路合建的成功案例，如圖17所示。

圖17 鄭東新區(qū)CBD副中心地下綜合管廊(單位：mm)

Fig.17 Cross-section of utility tunnel in CBD Center in Zhengdong District of China (mm)

4)結合海綿城市建設地下綜合管廊。結合地表透水路面、生物滯留設施、中央景觀綠化帶等低影響開發(fā)設計設施，在綜合管廊內(nèi)設置獨立雨水艙、排放艙，通過滲透、滯留、調蓄和凈化利用等措施可排放地面雨水。因此，結合海綿城市建設綜合管廊可在一定程度上緩解城市內(nèi)澇，促進城市健康水循環(huán)。南京江北新區(qū)擬結合海綿城市建設綜合管廊，綜合管廊排水布置如圖18所示。

圖18 南京江北新區(qū)綜合管廊

Fig.18 Design section combined utility tunnel with rainwater storehouse in Jiangbei District of Nanjing in China

5)結合人防工程建設地下綜合管廊。金華市金義都市新區(qū)綜合管廊工程(見圖19)在緊急狀況下可成為臨時應急疏散通道，與新區(qū)地下通道一起構成地下防災系統(tǒng)網(wǎng)絡，該設計理念全面提升了綜合管廊在平時和戰(zhàn)時的綜合防災能力。

圖19 金華市金義都市新區(qū)綜合管廊

3 綜合管廊設計關鍵技術研究

3.1 收容管線研究

國內(nèi)外一般可考慮納入綜合管廊內(nèi)的管線有：給水、電力、通信、供熱、中水、燃氣、供冷、壓力污水、垃圾收集管等[11]，如表1及圖20所示。

給水、電力、通信、中水維修次數(shù)多，將其納入綜合管廊經(jīng)濟合理。雨污水管線屬于重力流管線，如納入綜合管廊需考慮縱坡的影響，故要處理好標高關系和豎向關系[2]。從城市防災的角度考慮，把燃氣管線納入綜合管廊十分有利，但燃氣管線屬于易燃易爆管線，因而燃氣管線要與高壓電力電纜、熱力管線設施分開，一般單獨設置在一個艙室內(nèi)。

表1 國內(nèi)外綜合管廊收容管線情況一覽表

圖20 國內(nèi)外綜合管廊收容管線種類統(tǒng)計圖

Fig.20 Summary of pipelines of utility tunnel in China and abroad

新加坡濱海灣綜合管廊和蘇州月亮灣綜合管廊將供冷管納入綜合管廊，進入該區(qū)塊開發(fā)的開發(fā)商必須買冷凍水，使用供冷管供給的中央冷凍系統(tǒng)，在降低能耗的同時保證綜合管廊的經(jīng)營利潤。氣動垃圾收集系統(tǒng)是可持續(xù)性城市管理的一個新方向，在綜合管廊內(nèi)收容氣動垃圾輸送管網(wǎng)可以改善城市形象，提高管理的效率。目前天津生態(tài)城項目中，已開始實施氣動垃圾收集系統(tǒng)來收集可回收、非可回收垃圾和食品垃圾。珠海橫琴新區(qū)的綜合管廊也預留了氣動垃圾輸送管網(wǎng)。因此，熱力管、供冷管、直飲水管、垃圾輸送管、石油管、海水利用管等預留管位可根據(jù)地塊用地功能和發(fā)展需求靈活選擇。

3.2 綜合管廊埋深

根據(jù)國內(nèi)外地下空間分層開發(fā)經(jīng)驗，市政管線和綜合管廊一般布設于地面以下0～15 m淺層空間最為合適。按日本規(guī)范要求，綜合管廊覆土厚度不小于2.5 m,內(nèi)部凈空高不小于2.0 m,與其他地下構筑物交叉的局部不小于1.5 m。國內(nèi)綜合管廊覆土厚度一般為2.4 m,凈空高2.8 m。當綜合管廊需橫跨立體交叉道路、地鐵、中小河流、永久性排水渠道時多數(shù)從下方穿越。

3.3 綜合管廊橫斷面設計

綜合管廊的斷面形式有多種類型，如矩形(見圖21)、圓形(見圖22)、直墻拱形、馬蹄形(見圖23)等。斷面的選擇必須依據(jù)埋置深度、地形、地貌等地質條件以及施工方法來確定。一般情況下，地處軟土、淺埋地層，且采用掘挖式施工時，綜合管廊采用矩形斷面，根據(jù)需要可做成單跨或多跨、單層或多層矩形斷面，有利于空間分隔和管線布置。綜合管廊基本上以矩形結構形式為主。當覆土厚度大于6～8 m,采用暗挖式施工方法，可用拱形或馬蹄形。當遇到穿越江河、鐵路及一般明挖法施工較困難的情況，有時也采用圓形盾構隧道形式，在圓形斷面中進行合理地分隔，敷設各類管線。矩形斷面的優(yōu)點是建設成本低、利用率高、保養(yǎng)維修操作和空間結構分割容易、管線敷設方便；當采用盾構法施工時，亦可考慮矩形盾構隧道。

圖21 矩形綜合管廊斷面(單位：mm)

圖22 圓形綜合管廊斷面

圖23 馬蹄形綜合管廊斷面(單位：mm)

3.4 綜合管廊交叉節(jié)點設計

交叉節(jié)點處理是綜合管廊設計及施工的重點，一般是在道路相交口以及間隔一定距離設置出線井，將各種管線進行銜接，以發(fā)揮管線網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能，主要包括綜合管廊相交節(jié)點、監(jiān)控中心進出節(jié)點和管線進出節(jié)點等[12]。出線井的設計需結合地下管線及障礙物的覆土厚度決定出線型式和斷面，一般分為立體交叉(見圖24)和平面交叉2類。

圖24 綜合管廊交叉節(jié)點示意圖

3.5 綜合管廊結構抗震設計

綜合管廊是城市的生命線工程。由于其收納了城市供水、供氣、電力、通信等多種管線，在地震等災害的沖擊下，可能出現(xiàn)大面積功能性障礙，甚至導致城市系統(tǒng)全面的功能癱瘓，因此必須進行抗震設計。按規(guī)范要求，綜合管廊應按乙類建筑物進行抗震設計，并應滿足國家現(xiàn)行標準的有關規(guī)定。在抗震減災設計方面，目前主要通過提高結構構造措施來保證綜合管廊的抗震性能。為防止地震對綜合管廊的破壞，日本采用了先進的管道變形調節(jié)技術和橡膠防震系統(tǒng)。1995年1月阪神大地震時，神戶市內(nèi)房屋倒塌、斷水斷電，但是當?shù)氐木C合管廊僅有個別地方出現(xiàn)水泥表皮稍許剝落和開裂的現(xiàn)象，整體結構完好。

4 綜合管廊施工關鍵技術研究

4.1 綜合管廊施工工法

綜合管廊施工常用的方法有明挖法、礦山法、盾構法和頂管法，明挖法適用于新城區(qū)施工，礦山法、盾構法和頂管法適用于老城區(qū)施工[13]。從國內(nèi)已建成的綜合管廊來看，多以明挖現(xiàn)澆法為主。

1)明挖現(xiàn)澆施工方法。明挖現(xiàn)澆法便于快速施工，但會大面積破壞路面，需采取臨時維護及必要的排水措施，單方工程造價相對較低，適用于城市新區(qū)、與其他市政工程整合建設。

2)明挖預制拼裝法。明挖預制拼裝法是一種較為先進的施工方法，在發(fā)達國家較為常用。采用這種施工方法要求有較大規(guī)模的預制廠和大噸位的運輸及起吊設備，同時施工技術要求較高，工程造價相對較高。青島藍色硅谷道路下綜合管廊(見圖25)和沈陽渾南新城綜合管廊均采用了矩形預制綜合管廊，廈門則采用了圓形、異形(見圖26)斷面預制綜合管廊。

圖25 青島藍色硅谷道路下矩形預制綜合管廊

圖26 廈門異形預制綜合管廊

在夏短冬長的寒冷地區(qū)，施工工期緊張，綜合管廊的建設需要一種工期短、整體性好、斷面易變化的修建方法。裝配整體式綜合管廊是利用裝配整體式混凝土技術將預制混凝土構件或部件通過可靠的方式進行連接，現(xiàn)場澆筑混凝土或水泥基灌漿料形成整體的綜合管廊。其中各部分預制、疊合構件均可根據(jù)情況采用現(xiàn)場澆筑構件任意替換。裝配整體式混凝土技術的應用成功解決了高寒地區(qū)綜合管廊建設的難題，大大縮短了綜合管廊的施工工期。裝配整體式綜合管廊斷面如圖27所示。

圖27 哈爾濱裝配整體式綜合管廊

3)淺埋暗挖法。淺埋暗挖法施工機械化程度較低，對地下管線影響較小[13]。綜合管廊的斷面形狀可以做成圓形、馬蹄形、矩形、多跨聯(lián)拱等，易于不同斷面間的轉化銜接。淺埋暗挖法對工程的適應性強，可根據(jù)不同的地質條件及時調整施工工藝與參數(shù)，施工噪聲小，對環(huán)境干擾小，在新、老城區(qū)均可采用。但暗挖法施工難度大，施工工期較長，投資控制難度大。

4)盾構法。盾構法具有自動化程度高、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減小對交通與環(huán)境的影響等特點，在繁華的城區(qū)用盾構法更為經(jīng)濟合理[13]。日本日比谷綜合管廊開工于1989年，該工程采用φ7.5 m的泥水式盾構。2009年8月，天津市穿越海河的盾構隧道工程——海河綜合管廊主體結構完工，橫跨海河上空的各類管線全部從綜合管廊穿過，如圖28所示。

圖28 天津海河綜合管廊標準斷面(單位：mm)

Fig.28 Standard cross-section of utility tunnel crossing Haihe River in Tianjin of China (mm)

采用盾構法施工，其結構形式以圓形為主，但圓形斷面分艙會使空間利用率降低很多。2015年10月12日，上海建工集團自主研發(fā)了寬9.75 m、高4.95 m的超大截面矩形盾構。相比傳統(tǒng)的圓形盾構，矩形盾構施工可使空間利用率提升20%以上，隧道也可以埋深更淺、坡度更小，減小了施工干擾。因此在綜合管廊施工時，可以考慮采用矩形盾構技術。

5)頂管法。頂管施工采用邊頂進、邊開挖、邊將管段接長的管道埋設方法。頂管法施工設備少、工序簡單、工期短，對地面影響小。

2015年4月30日，深圳地鐵車公廟樞紐站附屬工程J通道(見圖29)頂管機順利始發(fā)，通道頂部距高峰期車流量達40 000輛/h的深南大道僅3.4 m，通道底部距離每2 min就有一列車通過的一號線僅1.5 m，歷時35 d順利貫通。在施工過程中，頂部道路沉降量小于5 mm,地鐵一號線隧道變形量為零，該工程的順利貫通對城區(qū)綜合管廊采用頂管法施工具有重要的借鑒意義。

圖29 車公廟樞紐站附屬工程J通道

包頭市新都市區(qū)經(jīng)十二路和經(jīng)三路綜合管廊是我國首次應用矩形頂管技術的綜合管廊工程，首段工程頂管機已于2016年8月19日始發(fā)。綜合管廊全長為174 m,頂管施工共設計2座工作井和2座接收井，工作井尺寸為10 m×10 m×10.9 m。

6)預襯砌法(預切槽法)。機械預切槽工法在美國、法國、日本、意大利和西班牙等國家已經(jīng)得到較多的應用。國外實踐表明預切槽法是一個很有效的方法，對于軟弱圍巖隧道每月進尺能達到近100 m[14]。預切槽法的顯著優(yōu)勢是具有很好的控制地層變形的能力，在城市淺埋下穿道路和既有建(構)筑物的施工中具有很大的優(yōu)勢。圖30和圖31分別為我國研究的第一代軸心式預切槽機械和直進式預切槽機械在進行工業(yè)化試驗。

圖30 軸心式預切槽機械

圖31 直進式預切槽機械

綜合管廊施工方法較多，但根據(jù)環(huán)境的不同，其經(jīng)濟性和社會效益差別很大。在新建城區(qū)，應同步建設綜合管廊，采用明挖法修建是經(jīng)濟的，對社會環(huán)境影響小。在老城區(qū)進行綜合管廊建設，考慮環(huán)境和可能的征拆費用，盾構法、頂管法、淺埋暗挖法等優(yōu)于明挖法，應根據(jù)地層條件選擇合適的施工方法。

4.2 軟弱地層區(qū)綜合管廊施工的關鍵技術

綜合管廊本體為地下線性結構，沉降可能造成線性坡度變化，對于重力管線會產(chǎn)生影響；此外結構接頭或伸縮縫位置可能產(chǎn)生錯位，導致結構滲水甚至綜合管廊內(nèi)管線挫扭。因此，對于可能產(chǎn)生較大沉降的軟弱地層區(qū)應采取特別的結構處理措施進行防范。

珠海橫琴新區(qū)綜合管廊位于地質條件較差的淤泥地區(qū)，在綜合管廊施工過程中，地基處理先隨道路同步進行軟基處理，如圖32所示，基坑采用支護明挖方式。根據(jù)不同地質條件，施工過程中因地制宜地采用灌注樁、鋼板樁和護壁錨桿等不同支護方法。在地層條件較差的淤泥地區(qū)，采用堆載砂井后注漿加固、水泥攪拌樁空間優(yōu)化加固、階梯式組合支護開挖、穿巖基坑吊腳樁支護靜力破碎開挖等系列創(chuàng)新技術，確保了橫琴綜合管廊在軟弱地層區(qū)的安全施工[15]。

圖32 軟基處理施工

5 結語

1)建議從國家層面對綜合管廊建設進行立法，制定強制性的法規(guī)，明確綜合管廊的所有權、規(guī)劃權、建設權、管理權、經(jīng)營權、使用權以及入廊有償使用費的收取原則，使綜合管廊的建設管理有法可依。

2)建立PPP投資建設模式，同時建立公司化運作、物業(yè)化管理的運營管理模式，推廣綜合管廊有償使用制度，促進地下綜合管廊健康可持續(xù)發(fā)展。

3)綜合管廊可按新城區(qū)、老城區(qū)、重要節(jié)點分別進行規(guī)劃建設，并應結合軌道交通建設、市政道路建設、市政管線改造、高壓線下地及地下空間開發(fā)項目一體化設計與施工，有效推動城市中心區(qū)及老城區(qū)綜合管廊建設進程，提升市政基礎設施水平。

4)地下綜合管廊的建設在老城區(qū)宜采用盾構法、頂管法、淺埋暗挖法和預襯砌法施工；而在新城區(qū)則可采用明挖現(xiàn)澆法和明挖預制法進行同步施工建設。

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Construction Management Model and Key Technologies for Underground Utility Tunnels in Urban Areas

TAN Zhongsheng,CHEN Xueying,WANG Xiuying,HUANG Mingli

(BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

The underground utility tunnel is very important to urban construction in terms of pipeline,road and traffic protection.The state-of-the-art of the urban underground utility tunnels in China and abroad is studied; comparison between construction management models of underground utility tunnels in China and abroad is made.The key issues of construction of underground utility tunnels in China are summarized.And then a construction management model of underground utility tunnel by using PPP mode is proposed.Suggestions are given in terms of planning,design and construction based on the characteristics of newly-built district and old district.The designs of pipeline storage,cover depth,cross-section,connection points and seismic resistance are analyzed emphatically.The integration between underground utility tunnel and underground space is analyzed.The results can provide reference for construction and popularization of underground utility tunnels.

urban underground utility tunnel; construction management model; planning; design; construction

2016-08-15;

2016-09-21

中國工程院重點咨詢項目(2015-XZ-16)

譚忠盛(1963—)，男，廣西梧州人，1999年畢業(yè)于西南交通大學，橋梁與地下工程專業(yè)，北京交通大學教授、博士生導師，主要從事隧道及地下工程方面的教學與研究工作。E-mail:zstan@vip.sina.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.10.003

U 45

A

1672-741X(2016)10-1177-13