地下综合管廊建设的若干问题研究

2015-03-29刘晨晨杨志强

测绘通报 2015年1期

关键词：管廊陀螺管线

刘晨晨，杨志强，马骥，李萌

(长安大学测绘与空间信息研究所，陕西西安710054)

一、引言

自从2015年各省市相继进入汛期以来，多个地区因暴雨频袭而遭遇了管线的泄漏和爆炸、路面的塌陷等严重问题。2015年7月28日，国务院常务会议上李克强总理针对此现象提出了建造地下综合管廊这一解决方案［1］。

地下综合管廊，指的是将广电、通信、电力、热力、燃气、给排水等两种及以上的城市市政管线，统一地集中布设在地面以下的人工开挖的空间内，而且要同时开挖能够为检修人员提供行走的隧道结构的通道［2］。

二、国内外建设状况

1．国外建设

欧洲，是众多发明创造的诞生地，地下综合管廊也不例外［2］。最早可以追溯到1833年的法国，在那时就已经着手修建地下综合管廊了。管廊中不但包括电力、通信、自来水管道，还包括了压缩空气管道等多种市政公用管道;1861年，伦敦的综合管廊内容纳了燃气、电力、自来水、污水管道、通信等各种市政公用管道;1893年的德国汉堡，也开始进行修建地下综合管沟［3］。紧随其后，瑞典将地下综合管廊创造性地兴建在了岩石中，其直径达到了8米，在战争时可以用来作为防御工程。另外，值得一提的是巴塞罗那和马德里的地下综合管廊网分别以环状和筛形网络布设，特色鲜明而且实用。

日本，最早将地下综合管廊称作为“共同沟”［3］。在1923年，发生关东大地震以后，“九段坂”共同沟的修建在东京的复兴建设中相应地完成了(如图1所示)。该综合管廊容纳了给水、排水、电力、电信等市政管线［4］。1963年，实验性地颁布了《共同沟实施法》，一些管廊建设中的建设技术、资金分摊与回收等方面的关键问题得到了解决［5-6］。1991年，日本成立了相应的专业的管理部门，主要是承担共同沟的建设推动等重要工作［6］。

图1 日本某廊道断面图

除此之外，美国和加拿大的地下综合管廊的建设也很发达［7］。俄罗斯的地下综合管廊囊括了各种管线(除了煤气管)，但缺点是它的截面比较小，内部的通风条件也差一些。

2．国内建设

在台湾，管廊的建设和拓宽道路、高架桥、地下铁路等多种大型的基础设施的结合会受到特别的重视。80年代的台湾，就已经开始对综合管廊建设方案进行研究和评估，并在1991年，完成了台北的第一条综合管廊建设。2000年5月，台湾关于地下综合管廊的立法程序顺利通过，并且在第二个月正式公布于众［5］。2001年12月，其将对综合管廊的制订、维护办法授权给了当地政府［7］。到目前为止，台湾地区已经成为我国关于地下综合管廊的法律基础最为完备的地区［8］。

在北京，1958年在天安门广场下面建成了我国的第一条地下综合管廊，比世界上第一条地下综合管廊约晚125年［3］;1977年，在“毛主席纪念堂”的施工过程中又建设了一条断面相同的管廊，长度大约为500 m;2000年5月，北京中关村的一家公司在规划整体地下空间方案时，在主干路下修建了一条较长的综合管廊，长约1．1 km，此管廊初步建成是在2005年［8］。

值得一提的是，在我国的许多城市，更多的综合管廊工程正在建设进行中。我国部分城市已经建成的综合管廊［9］如图2所示。

图2 我国的部分城市管廊信息统计图

三、存在的问题及解决方案

我国综合管廊已经受到一定的重视并取得了一定的发展成果，在最新发布的《指导意见》中也分别从统筹规划、有序建设、严格管理和支持政策这4方面提出了具体可行的10项实施措施［1］。但是，由于综合管廊的发展并不成熟，因此必然会存在着若干问题。

1．规划设计管理问题及解决方案

综合管廊是集合了两种及以上的管线的地下空间，各种管线的运行特点不相同、管线的利益主体不相同、布置图设计的不相同，因此各组织机构之间的相互合作、流通档案数据就存在一定的难度。面对各个机构部门的利益争夺和权限划分，必须要成立专门的管理部门、制定统一的布置设计。

为了更好地协调各个组织部门，我们可以参照德国和日本。他们成立了共同沟管理部门，主要是承担共同沟建设的推动工作，并且在几十年中数次修订了相关的法律法规［10］。统一规划和协调管理的工作必须由相应的政府部门来完成，其他的相关部门要积极地配合其工作。不仅仅是办事效率提高了，利益争夺也解决了，极大增加了地下资源的利用率。

在一般的地下综合管线工程中，往往是将各种专业的管线平面图叠加成一个整体，然后依照一定的规则确定出他们之间的相对位置和高程(原则性)，最后仅仅绘制关键的位置的剖面图［11］。这种方式所呈现的设计图纸是二维的，即使有注释也只能算作2．5维，这样就会存在各个管线设置冲突的可能性。既然有了专门的共同沟管理部门，完全可以通过该部门来组织其他部门进行三维管线设计，主要是落实管线、廊道、进出口等所有地下设备的综合设计，这样就会更加有效地解决管线设备的冲突问题［11］。

2．坐标方位传递问题及解决方案

与传统地下管线直埋的方式相比，地下综合管廊廊道的修建，会涉及地面坐标基准传递至地下的问题，与山岭隧道、矿山、地铁等地下工程更为类似。坐标方位的传递问题也就成了综合管廊廊道贯通的主要问题，因此，选择一种合适的联系测量方法就显得尤为重要。常见的联系测量方式主要有:联系三角法、导线定向法、铅垂仪投点法和陀螺仪定向法［12］。

联系三角法作为一种传统的竖井联系测量方法，虽然原理简单，但是其存在设备笨重、作业较为复杂、作业时间长、劳动强度大、易受外界环境的影响、精度不易提高等缺点［12］。导线定向法不易受现场施工干扰，计算方便快捷，可以进行严密平差并能对精度作出判断，但导线网型较差，对观测条件要求高［13］。铅垂仪投点法原理简单，观测方便，计算快捷，能够进行严密平差和评定精度，但实际操作过程中将导线点垂直投影到观测台时难度较大［13］。

随着陀螺全站仪的定向精度越来越高，陀螺定向方法已逐渐取代上述传统的竖井联系测量方法［14］。陀螺全站仪是一种通过高速旋转的陀螺马达来敏感地球角动量，进而测定地球任意点的真北方向，据此可以测定地下导线边的坐标方位角。由于地球的旋转角动量是一定的，因此利用陀螺全站仪测得的任意导线边的方位角也是等精度的，不存在误差累积。与其他竖井联系测量方法相比，陀螺定向方法具有定向时间短、观测作业简单、对施工单位的施工作业影响小、精度高等优点。因此，陀螺定向方法能为地下平面控制网提供精确的坐标方位基准，从而保证地下廊道的正确贯通［14］。

3．运营维护过程中的测量问题及解决方案

地下管廊测量的工作环境主要是地下或封闭的空间，其测量方式和作业流程也与常规地面测量存在一些差异［15］。主要特点有:①测量只能从其内部进行，空间狭隘，测量环境差，并伴有烟尘、滴水等因素的影响;②光线阴暗，且光照不均匀;③地下导线布设受到限制等［15］。

由于地下管廊测量的特殊性，再加上测量精度要求高的特点，使得地下管廊的测量方式主要为精密全站仪、水准仪和三维激光扫描仪［15］。

通常采用精密全站仪和水准仪来进行控制测量，首先分别在地下、地上做控制网的布设，然后采用联系测量将地上和地下控制网进行连接，达到统一坐标系的目的［16］。对于联系测量无法达到控制网精度要求时，可在地下控制网加测陀螺边来控制联系测量的误差累计，提高地下控制网的精度。

地下管廊内部结构较为复杂，信息采集量大，故而采用三维激光扫描技术采集管廊的内部特征点三维坐标。三维激光扫描技术克服了传统测量的局限性，具有快速采集数据、无接触被测物体、测量精度高、主动性强及全数字特征等优点。通过高速激光扫描测量方法，高效、大量地采集空间点位三维数据，以点云形式获取物体的空间三维信息，准确地获取近距离静态物体的空间三维模型［16］，以便对模型进行进一步的分析和数据处理;同时也为地下管廊数据更新和复测，以及后续数据库建立和三维空间数据可视化奠定了坚实的基础。