城市地下综合管廊建设管理模式及关键技术

谭忠盛，陈雪莹，王秀英，黄明利

(北京交通大学，北京 100044)



城市地下综合管廊建设管理模式及关键技术

谭忠盛，陈雪莹，王秀英，黄明利

(北京交通大学，北京 100044)

城市地下综合管廊对于城市建设具有重要意义，可以防止管线破裂，杜绝反复开挖路面，有效缓解交通拥堵。在对国内外城市地下综合管廊调研的基础上，通过对国内外城市地下综合管廊建设管理模式的对比分析，总结我国综合管廊建设存在的问题，提出通过PPP模式投资建设综合管廊并建立公司化运作、物业化管理的运营管理模式的建议。同时根据新、老城区的特点，在规划、设计和施工等方面提出相应的建议，重点分析城市地下综合管廊在管线收容、埋深、横断面、交叉节点、抗震等方面的设计问题，并对城市地下综合管廊与其他城市地下空间一体化设计进行分析，从规划、设计、施工等方面为城市地下综合管廊的建设和推广提供参考。

城市地下综合管廊；建设管理模式；规划；设计；施工

0 引言

城市地下综合管廊，是指建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。城市地下综合管廊将给水、排水、电信、电力、燃气、热力等各类市政管线有机综合，集约化地铺设在同一条隧道内，实现对市政管线的集中管理与维护[1]。

自1833年巴黎开始建设世界上第一条地下管线综合管廊始，综合管廊建设发展至今已有180多年的历史。经过100多年的探索、研究、改良和实践，城市地下综合管廊的技术已基本成熟。目前，法国、英国、德国、西班牙、俄罗斯、瑞典、芬兰等国家已拥有相当规模的综合管廊。迄今为止，日本是世界上城市地下综合管廊建设技术最先进、法规最完善、规划最完整且建设速度最快的国家之一。据资料统计，日本曾计划到21世纪初建成约1 100 km的综合管廊，至2001年，已建成超过600 km的综合管廊[2]。

我国于1958年在北京天安门广场改造工程中建设了第一条综合管廊，随后，上海、广州、深圳、佳木斯、济南、昆明等城市开始陆续建设综合管廊[2]。

2014年以来，国务院、住房城乡建设部和财政部相继发文鼓励地下综合管廊建设，同时将苏州、哈尔滨、厦门、沈阳等25个城市作为国家综合管廊建设试点城市，并给予每个城市9亿～15亿元的财政资金支持，推动各个城市探索适合各自发展的新思路和新方法。2015年，全国69个城市启动了地下综合管廊建设，开工建设规模约1 000 km。2016年3月，李克强总理在政府工作报告上提出了加强城市规划建设管理，开工建设地下综合管廊2 000 km以上的明确目标。可以预见，城市地下综合管廊将成为未来一个时期内我国城市基础设施建设的重要内容之一。

本文主要对国内外现有综合管廊建设模式及关键技术进行分析与总结，为我国地下综合管廊的建设与运营管理提供参考。

1 综合管廊建设管理模式探讨

1.1 国内外综合管廊建设管理模式

1.1.1 日本

日本综合管廊建设的突出经验可归纳为3点。一是立法优先。如对已建立综合管廊路段禁止开挖、综合管廊的产权和地下空间有偿使用等都有规定。二是整体规划。将综合管廊与地铁、地下综合体等地下工程统一纳入城市地下空间规划，形成共同化、综合化发展，成为日本地下空间利用特征之一，并且不断向地下空间利用的大深度化发展。三是明确专门管理部门，统一规范管理与运作。1991年，日本成立了专门管理综合管廊的部门负责推动综合管廊的建设。综合管廊的规划、建设、运营由都市建设局统一负责，其下设16个共同管道科，在前期主要负责相关政策和具体方案的制定，在建设过程中负责投资、建设的监控，综合管廊建成后负责工程验收和运营监督等。地下综合管廊的建设资金由道路管理者与管线单位共同承担，其中管线单位负担的投资额大约占全部工程费用的2/3。后期的运营管理则采取道路管理者与各管线单位共同维护管理的模式。综合管廊设施的日常维护由道路管理者(或道路管理者与各管线单位组成的联合体)负责，而城市地下综合管廊内各种管线的维护，则由各管线单位自行负责[3]。日本综合管廊建设管理模式见图1。

1.1.2 欧洲

法国、英国等欧洲国家，由于其政府财力比较强，城市地下综合管廊被视为由政府提供的公共产品，其建设费用由政府承担，建成以后产权归政府所有。政府则通过出租的形式实现投资的部分回收，但是国家对于收取租金的数额没有明确的规定，并且租金的额度不是固定的，而是每年由管廊所在地的议会进行听证来确定。这种形式是欧洲国家通常采用的模式，但是采取这种形式必须有较完善的法律体系作为保障，通过法律程序以及行政约束力保证管线单位必须使用综合管廊，行政约束力的法律效应为综合管廊的后期运营提供了保证[3]。欧洲综合管廊建设管理模式见图2。

图1 日本综合管廊建设管理模式

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

图2 欧洲综合管廊建设管理模式

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

1.1.3 新加坡

新加坡滨海湾综合管廊的管理组织机构主要由国家发展局、市区重建局、CPG FM公司和管线单位组成。其中，国家发展局作为唯一的业主，主要负责建设资金的筹措；市区重建局作为综合管廊管理的政府代表，负责综合管廊建设行政与质量管理；CPG FM公司是综合管廊运营管理唯一的主导公司，负责管理综合管廊内设备并收取管理费用。综合管廊的建造费用由新加坡政府承担，入廊单位需要分担综合管廊的运营与维修费用。CPG FM公司提出每月收取的综合管廊运维费用分为固定费用和特例费用2部分，每月固定运维费用根据管线单位所占综合管廊空间的大小在每月平摊费用的基础上进行微调，特例运维费用会根据管线单位的使用情况而定[4]。新加坡综合管廊建设管理模式见图3。

图3 新加坡综合管廊建设管理模式

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

1.1.4 台湾地区

我国台湾地区在综合管廊方面的建设和运营经验来自于日本，坚持政府引导和立法先行。台湾在主要城市成立了共同管道管理署，负责综合管廊规划、建设、资金筹措及执法管理；成立综合管廊建设专项基金，专款专用，并通过各层级的法规来对基金的保管和使用进行限制，以保证综合管廊建设的顺利开展；各级政府都制定了完善的法规和管理制度，涉及管理工作的方方面面，如收费标准、申请使用与许可发放、修缮注意事项、公告制度等。台湾综合管廊在政策和法规上比日本更加详细和进步，明确了政府和管线单位双方均能接受的合理的费用分摊办法，并通过法律的形式保证其执行。

在综合管廊费用分摊方面，综合管廊的建设资金是由政府主管单位和管线单位共同出资，其中政府主管单位承担1/3的建设资金，管线单位承担2/3的建设资金，然后各管线单位再以各自所占用的综合管廊空间以及直埋成本为基础，分摊各自的建设费用。对于建成后的运营费用也由两者共同承担，政府部门承担日常管理费用的1/3，剩余的由各管线单位按照使用频率及占用空间的比例2个因素综合考虑确定分摊数额[3]。此外，管线单位还可以享受政策性的资金支持。台湾综合管廊建设管理模式见图4。

1.1.5 中国大陆

我国大陆地区现阶段已经建成的综合管廊，其建设及运营模式主要有政府全额出资、政府和社会资本合作2种。

1)政府全额出资。政府全额出资指综合管廊的主体设施以及附属设施全部由政府投资，管线单位租用或无偿使用综合管廊空间，自行敷设管线[3]。项目建成后以国有企业为主导，通过组建项目公司等具体模式实施项目的运营管理。这种模式在综合管廊建设早期较为常见，如广州大学城综合管廊由政府机构——广州大学城指挥办投资建设，建成后移交给大学城投资经营公司管理，其建设管理模式见图5。

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

图5 广州大学城综合管廊建设管理模式

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权的国有资产管理公司代表引入社会资本方，共同组建股份制项目公司，以股份公司制的运作方式进行项目的投资建设以及后期运营管理[3]。

这种模式有利于解决政府财政的建设资金困难，同时引进了企业先进的管理经验与技术，所以公司的运行比较高效，实现了政府与企业的互惠互利。但是在这种模式下，由于企业进行投资是为了获得回报，而政府部门作为基础设施的提供者其更看重社会效益，所以企业与政府的目标存在一定差别，在项目运行过程中存在一定的矛盾[3]。

目前昆明、南宁采取的是这种运作模式。昆明城投和民营资本合资成立了昆明城市管网设施综合开发有限责任公司，负责综合管廊的建设，昆明城投出资30%，民营资本出资70%，其建设管理模式见图6。项目融资完全采用市场化运作，通过银行贷款、发行企业债券等方式筹集建设资金，4年时间完成12亿元的建设融资，综合管廊建成后仍由昆明城市管网设施综合开发有限责任公司负责运营，回收的资金用于偿还银行贷款和赎回企业债券。由于股份制模式下资产产权不清晰，城投公司最终回购民营资本份额，民营资本退出。

图6 昆明综合管廊建设管理模式

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

3)政府和社会资本合作(PPP)模式。政府和社会资本合作(PPP)模式是指政府为增强公共产品和服务供给能力、提高供给效率，通过特许经营、购买服务、股权合作等方式，与社会资本建立的利益共享、风险分担及长期合作关系[5]。

PPP模式下，政府与社会投资人签订PPP协议，由社会投资人设立项目公司具体负责地下综合管廊的设计、投资、建设和运营，并在运营期满后将综合管廊无偿移交给政府或政府指定机构。运营期内，政府授予项目公司特许经营权，项目公司在特许经营期内向管线单位收取租赁费用，并由政府每年度根据项目的实际运营情况进行核定并通过财政补贴、股本投入、优惠贷款和其他优惠政策的形式，给予项目公司可行性缺口补助[5]。

项目运作具体方式主要包括委托运营、管理合同、建设—运营—移交、建设—拥有—运营、转让—运营—移交和改建—运营—移交等。

①特许经营。特许经营模式是指政府授予投资商一定期限内的收费权，由投资商负责项目的投资、建设以及后期运营管理工作，政府不出资。具体收费标准由政府在考虑投资人合理收益率和管线单位承受能力的情况下，通过土地补偿或其他政策倾斜等方式给予投资运营商一定补偿，使运营商实现合理的收益。政府可以通过公开招标的形式确定运营商。这种模式为政府节省了成本，但为了确保社会效益的有效发挥，政府必须加强监管。佳木斯、南京、沈阳等城市采取的是这种运作模式[3]。

南京最早尝试采用特许经营模式进行投资建设综合管廊。民营企业南京鸿宇市政设施管理公司在获得南京市政府授权的情况下，自筹资金1亿多元，在南京市多条新建、改建主干道上，与道路同步施工埋设“鸿宇市政管廊”，总长达45 km[6]。在政府统一协调下，投资方通过将综合管廊以及综合管廊内的建成管线等设施以出售、出租、合作经营等方式获得投资回报，具体运作方式如图7所示。

图7 南京鸿宇综合管廊运营管理模式

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

②购买服务。BT(建设—移交)模式一般由投资方或承建方出资建设综合管廊项目，政府在其后3～5年内逐年购回，属于必要的政府购买服务情形。投资方不参与综合管廊的运营，通过项目投资获得一定的工程利润，项目建设期利息一般由政府来偿付[7]。

采用BT模式的有珠海横琴新区综合管廊和石家庄正定新区综合管廊等。珠海横琴新区综合管廊通过BT模式委托中冶集团建设，项目建成后，由横琴新区管委会委托珠海大横琴城市公共资源经营管理有限公司负责运营、维护和管理[8]，具体运作方式如图8所示。

图8 珠海横综合管廊建设管理模式

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

③股权合作。六盘水市地下综合管廊项目整体采取“管廊打捆+PPP”的模式，并依据相关文件，采取“建设—运营—移交”的方式进行运作。

项目总投资29.94亿元，建设期为2年，中央财政专项补助资金9亿元(其中8.7亿元用于补贴建设资金，剩余的0.3亿元用于运营补贴)；六盘水市保障性住房投资公司代表政府投入资本金2亿元，在项目公司占股20%；中建股份投入资本金8亿元，在项目公司占股80%；其余11.24亿元为金融机构贷款。项目公司通过向入廊企业收取廊位租赁费、管廊物业管理费以及获得政府可行性缺口补贴等方式取得收入，以补偿经营成本、还本付息、回收投资、缴纳税金并获取合理投资回报。其项目运作模式如图9所示。

图9 六盘水市地下综合管廊PPP投资建设模式

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

1.2 我国综合管廊建设管理模式相关建议

目前，我国尚未从国家层面对综合管廊建设进行立法，各地方政府对地下空间权属、管线入廊、费用分摊、管理部门和管理费等的规定参差不齐。综合管廊的建设主要依靠国家政策鼓励和政府行政约束手段推进。同时，由于各类管线分属不同主管部门，专业管线管理单位自主性强，综合管廊费用分摊机制不明确，管线单位入廊积极性不高，协调难度大，运营管理收费困难，对后期的接收单位负担较大[2]。具体建议：

1)加快综合管廊的立法工作。在明确地下空间权属关系的基础上，结合现有的地下空间法规，解决地下空间的规划联通问题，实现多规合一；明确综合管廊的所有权、规划权、管理权、经营权、使用权以及入廊有偿使用费的收取原则，制定完善的法规体系。

2)建立PPP投资建设模式。不同建设模式对地方城市经济发展、政策支持、财政收入水平要求不一样。政府全额出资适用于财政收入水平较高的城市，股份制合作模式则要明确资产的产权关系，PPP模式则要求政府在政策上给予支持。从国内外其他市政项目的实践经验来看，PPP模式不仅可以缓解短期财政资金压力，还可以引入社会资本和市场机制，提升项目运作效率，所以综合管廊投资建设采用PPP模式是发展的必然选择。

3)建立公司化运作、物业化管理的运营管理模式，运营管理公司与管线单位责任分工见图10。新加坡综合管廊成功投入运维已12年，其对综合管廊全程、全生命周期的管理是管廊安全、平稳运维的可靠保证[4]，因此我国综合管廊的运营管理应参考新加坡的模式，坚持"协作型构建、公司化运作、物业式管理"的原则，成立专门的运营管理公司和管理团队，开发智能管廊运维管理体系，逐步实现对综合管廊全程、全生命周期的管理。

图10 综合管廊运营管理公司与管线单位责任分工图

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

4)确定有偿使用制度基本原则。对管线使用单位进行收费，既可为综合管廊的设备维修更换提供资金来源，减小政府压力；同时也能够提高管线单位对管廊运营状况的关注程度。因此，入廊管线单位应向地下综合管廊建设运营单位交纳入廊费和日常维护费[3]。2015年国家发改委和住建部已联合发文明确地下综合管廊实行有偿使用制度，并建议地方政府与管线单位协商定价，建立市场价格机制。然而，在实际博弈协商过程中，由于电力、通信等管线垄断性强，地方政府及运营管理部门话语权弱，难以形成合理的价格标准，收费困难。因此，需要出台国家层面的法规，针对入廊费和维护费的测算，敲定有偿使用制度基本原则，再由各省级物价部门定价或给出指导价。

2 综合管廊规划要点分析

2.1 综合管廊建设分区

综合管廊规划建设应根据因地、因时、因势的原则展开，具体建设工作可按新城区、老城区、重要节点3类地区分类开展，并结合轨道建设、道路新建、市政管改造、高压线下地及地下空间开发计划选择合适的时机实施建设。

1)新城区。城市新区综合管廊应与主干道路同步建设，率先进行试点示范，逐步实现新城区综合管廊系统化建设。

珠海横琴新区综合管廊沿横琴新区快速路呈“日”字形布设(见图11)，覆盖全区。综合管廊全长33.4 km,设总监控中心1座。另有承担横琴新区输电功能的电力隧道，全长10 km[9]。

图11 横琴新区综合管廊规划图

管廊断面高3.2 m,宽8.3 m,断面面积26.56 m2，分水信舱、中水能源垃圾舱和电力舱3个舱室，敷设给水、通信、中水、集中供冷、垃圾收集、电力等4大类6种管线，如图12所示。项目总投资约20亿元，2012年开始运营。

图12 横琴新区综合管廊标准断面图(单位：mm)

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

深圳前海新区地下综合管廊线路布局为“一环一线”方案，如图13所示。规划综合管廊总长为12.54 km，单独设置的电缆隧道长度为8.64 km。“一环”位于桂湾片区，“一线”位于铲湾片区与妈湾片区，电缆隧道是敷设高压、中压电缆的专用通道。综合管廊推荐标准横断面采用双舱结构形式，给水、通信、中水、预留管线共舱(综合舱)，电力单独设舱。

图13 前海新区地下综合管廊规划图

2)老城区。老城区综合管廊建设宜结合地下空间开发、旧城改造、道路改造、地下主要管线改造等项目同步进行，逐步建设综合管廊系统。

2001年，济南泉城路改建，在道路南北两侧各建一条综合管廊，全长1 450 m,断面宽3.2 m,高2.3 m,纳入了电力、通信、供水、热力和广播电视等5类管线。2007年，为建设世博会园区，上海市将浦东和浦西共计5.28 km2内土地整体拆迁后重新规划，建设了6.4 km长的地下综合管廊。

3)重要节点。城市中心区、商业中心、城市地下空间高密度成片集中开发区、重要广场、高铁站、机场、港口等重大基础设施所在区域，车流、人流密集，不适宜开挖，此类城市重点地区应优先建设综合管廊，避免因经常性的路面开挖所造成的对交通和环境的影响。

2.2 综合管廊与其他城市地下工程统一建设

综合管廊与地铁、地下快速路、人防和地下综合体同期规划、设计与施工，可以极大降低综合管廊的建设成本，减少分别多次施工对邻近建(构)筑物及周围环境的影响，同时可以节约地下空间资源，具有良好的经济、社会和环境效益。

1)结合地铁建设地下综合管廊。对地铁建设项目来说，与综合管廊合建成本会高出一些，但城市轨道交通线路主要沿城市主干路敷设，未来线网基本覆盖城市核心区域，借助轨道交通建设的绝好机遇，同步进行地下综合管廊建设，对政府来说比分别建设的费用节约很多，而且影响会更小，可达到建设成本低、社会干扰小的效果。南京下关综合管廊(见图14)、正定新城大道综合管廊借助地铁建设机遇同步建设综合管廊，综合管廊和地铁同基坑，开挖作业面小，施工期间对周边干扰次数减少，可降低建设成本并减小社会干扰。

图14 南京下关综合管廊一体化断面

2)结合地下综合体建设地下综合管廊。虽然我国城市地下空间开发的规模、速度以及个别单体开发的水平已居世界前列，但大部分建成的地下空间互不连通，彼此独立且功能单一，地上地下协调不够，没有形成统一高效的地下网络。随着经济发展，城市用地日趋紧张，地下空间的开发必须采用立体化建设，以充分利用地下空间和地上空间，节约城市用地。现阶段，我国正在积极修建城市轨道交通工程，以商业或大型综合交通枢纽为中心的地下综合体建设迅速发展，综合管廊建设应结合地下综合体一体化设计，节省地下空间。

北京中关村科技园区地下综合体一共3层：地下1层为环形车道，汽车通过连接通道可与各地块的地下车库相连；地下2层为支管廊及地下空间开发层；地下3层为主管廊层。北京通州运河核心区综合管廊(见图15)建设也与地下空间开发相结合：地下1层为商业街及交通联系通道；地下2层为北环交通环形隧道及地下停车场；地下3层则为综合管廊和停车场[10]。

广州金融城项目也设计了集约化的地下空间，如图16所示，其在道路下方建设了地下商业街、道路、有轨电车和综合管廊等设施。

图15 通州运河核心区综合管廊

图16 广州金融城综合管廊(单位：m)

3)结合地下道路建设地下综合管廊。地下快速路以大型隧道为主体，综合管廊与大型隧道同规划、同设计、同实施，可以充分利用结构空间，省去综合管廊独立围护结构费用，减少投资；同时两者采光、通风、人员进出结合考虑，布局集中有序，建成后可集约化利用地下空间，对地面环境影响小。郑东新区CBD副中心地下综合管廊则是与地下道路合建的成功案例，如图17所示。

图17 郑东新区CBD副中心地下综合管廊(单位：mm)

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

4)结合海绵城市建设地下综合管廊。结合地表透水路面、生物滞留设施、中央景观绿化带等低影响开发设计设施，在综合管廊内设置独立雨水舱、排放舱，通过渗透、滞留、调蓄和净化利用等措施可排放地面雨水。因此，结合海绵城市建设综合管廊可在一定程度上缓解城市内涝，促进城市健康水循环。南京江北新区拟结合海绵城市建设综合管廊，综合管廊排水布置如图18所示。

图18 南京江北新区综合管廊

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

5)结合人防工程建设地下综合管廊。金华市金义都市新区综合管廊工程(见图19)在紧急状况下可成为临时应急疏散通道，与新区地下通道一起构成地下防灾系统网络，该设计理念全面提升了综合管廊在平时和战时的综合防灾能力。

图19 金华市金义都市新区综合管廊

3 综合管廊设计关键技术研究

3.1 收容管线研究

国内外一般可考虑纳入综合管廊内的管线有：给水、电力、通信、供热、中水、燃气、供冷、压力污水、垃圾收集管等[11]，如表1及图20所示。

给水、电力、通信、中水维修次数多，将其纳入综合管廊经济合理。雨污水管线属于重力流管线，如纳入综合管廊需考虑纵坡的影响，故要处理好标高关系和竖向关系[2]。从城市防灾的角度考虑，把燃气管线纳入综合管廊十分有利，但燃气管线属于易燃易爆管线，因而燃气管线要与高压电力电缆、热力管线设施分开，一般单独设置在一个舱室内。

表1 国内外综合管廊收容管线情况一览表

图20 国内外综合管廊收容管线种类统计图

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

新加坡滨海湾综合管廊和苏州月亮湾综合管廊将供冷管纳入综合管廊，进入该区块开发的开发商必须买冷冻水，使用供冷管供给的中央冷冻系统，在降低能耗的同时保证综合管廊的经营利润。气动垃圾收集系统是可持续性城市管理的一个新方向，在综合管廊内收容气动垃圾输送管网可以改善城市形象，提高管理的效率。目前天津生态城项目中，已开始实施气动垃圾收集系统来收集可回收、非可回收垃圾和食品垃圾。珠海横琴新区的综合管廊也预留了气动垃圾输送管网。因此，热力管、供冷管、直饮水管、垃圾输送管、石油管、海水利用管等预留管位可根据地块用地功能和发展需求灵活选择。

3.2 综合管廊埋深

根据国内外地下空间分层开发经验，市政管线和综合管廊一般布设于地面以下0～15 m浅层空间最为合适。按日本规范要求，综合管廊覆土厚度不小于2.5 m,内部净空高不小于2.0 m,与其他地下构筑物交叉的局部不小于1.5 m。国内综合管廊覆土厚度一般为2.4 m,净空高2.8 m。当综合管廊需横跨立体交叉道路、地铁、中小河流、永久性排水渠道时多数从下方穿越。

3.3 综合管廊横断面设计

综合管廊的断面形式有多种类型，如矩形(见图21)、圆形(见图22)、直墙拱形、马蹄形(见图23)等。断面的选择必须依据埋置深度、地形、地貌等地质条件以及施工方法来确定。一般情况下，地处软土、浅埋地层，且采用掘挖式施工时，综合管廊采用矩形断面，根据需要可做成单跨或多跨、单层或多层矩形断面，有利于空间分隔和管线布置。综合管廊基本上以矩形结构形式为主。当覆土厚度大于6～8 m,采用暗挖式施工方法，可用拱形或马蹄形。当遇到穿越江河、铁路及一般明挖法施工较困难的情况，有时也采用圆形盾构隧道形式，在圆形断面中进行合理地分隔，敷设各类管线。矩形断面的优点是建设成本低、利用率高、保养维修操作和空间结构分割容易、管线敷设方便；当采用盾构法施工时，亦可考虑矩形盾构隧道。

图21 矩形综合管廊断面(单位：mm)

图22 圆形综合管廊断面

图23 马蹄形综合管廊断面(单位：mm)

3.4 综合管廊交叉节点设计

交叉节点处理是综合管廊设计及施工的重点，一般是在道路相交口以及间隔一定距离设置出线井，将各种管线进行衔接，以发挥管线网络系统的功能，主要包括综合管廊相交节点、监控中心进出节点和管线进出节点等[12]。出线井的设计需结合地下管线及障碍物的覆土厚度决定出线型式和断面，一般分为立体交叉(见图24)和平面交叉2类。

图24 综合管廊交叉节点示意图

3.5 综合管廊结构抗震设计

综合管廊是城市的生命线工程。由于其收纳了城市供水、供气、电力、通信等多种管线，在地震等灾害的冲击下，可能出现大面积功能性障碍，甚至导致城市系统全面的功能瘫痪，因此必须进行抗震设计。按规范要求，综合管廊应按乙类建筑物进行抗震设计，并应满足国家现行标准的有关规定。在抗震减灾设计方面，目前主要通过提高结构构造措施来保证综合管廊的抗震性能。为防止地震对综合管廊的破坏，日本采用了先进的管道变形调节技术和橡胶防震系统。1995年1月阪神大地震时，神户市内房屋倒塌、断水断电，但是当地的综合管廊仅有个别地方出现水泥表皮稍许剥落和开裂的现象，整体结构完好。

4 综合管廊施工关键技术研究

4.1 综合管廊施工工法

综合管廊施工常用的方法有明挖法、矿山法、盾构法和顶管法，明挖法适用于新城区施工，矿山法、盾构法和顶管法适用于老城区施工[13]。从国内已建成的综合管廊来看，多以明挖现浇法为主。

1)明挖现浇施工方法。明挖现浇法便于快速施工，但会大面积破坏路面，需采取临时维护及必要的排水措施，单方工程造价相对较低，适用于城市新区、与其他市政工程整合建设。

2)明挖预制拼装法。明挖预制拼装法是一种较为先进的施工方法，在发达国家较为常用。采用这种施工方法要求有较大规模的预制厂和大吨位的运输及起吊设备，同时施工技术要求较高，工程造价相对较高。青岛蓝色硅谷道路下综合管廊(见图25)和沈阳浑南新城综合管廊均采用了矩形预制综合管廊，厦门则采用了圆形、异形(见图26)断面预制综合管廊。

图25 青岛蓝色硅谷道路下矩形预制综合管廊

图26 厦门异形预制综合管廊

在夏短冬长的寒冷地区，施工工期紧张，综合管廊的建设需要一种工期短、整体性好、断面易变化的修建方法。装配整体式综合管廊是利用装配整体式混凝土技术将预制混凝土构件或部件通过可靠的方式进行连接，现场浇筑混凝土或水泥基灌浆料形成整体的综合管廊。其中各部分预制、叠合构件均可根据情况采用现场浇筑构件任意替换。装配整体式混凝土技术的应用成功解决了高寒地区综合管廊建设的难题，大大缩短了综合管廊的施工工期。装配整体式综合管廊断面如图27所示。

图27 哈尔滨装配整体式综合管廊

3)浅埋暗挖法。浅埋暗挖法施工机械化程度较低，对地下管线影响较小[13]。综合管廊的断面形状可以做成圆形、马蹄形、矩形、多跨联拱等，易于不同断面间的转化衔接。浅埋暗挖法对工程的适应性强，可根据不同的地质条件及时调整施工工艺与参数，施工噪声小，对环境干扰小，在新、老城区均可采用。但暗挖法施工难度大，施工工期较长，投资控制难度大。

4)盾构法。盾构法具有自动化程度高、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减小对交通与环境的影响等特点，在繁华的城区用盾构法更为经济合理[13]。日本日比谷综合管廊开工于1989年，该工程采用φ7.5 m的泥水式盾构。2009年8月，天津市穿越海河的盾构隧道工程——海河综合管廊主体结构完工，横跨海河上空的各类管线全部从综合管廊穿过，如图28所示。

图28 天津海河综合管廊标准断面(单位：mm)

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

采用盾构法施工，其结构形式以圆形为主，但圆形断面分舱会使空间利用率降低很多。2015年10月12日，上海建工集团自主研发了宽9.75 m、高4.95 m的超大截面矩形盾构。相比传统的圆形盾构，矩形盾构施工可使空间利用率提升20%以上，隧道也可以埋深更浅、坡度更小，减小了施工干扰。因此在综合管廊施工时，可以考虑采用矩形盾构技术。

5)顶管法。顶管施工采用边顶进、边开挖、边将管段接长的管道埋设方法。顶管法施工设备少、工序简单、工期短，对地面影响小。

2015年4月30日，深圳地铁车公庙枢纽站附属工程J通道(见图29)顶管机顺利始发，通道顶部距高峰期车流量达40 000辆/h的深南大道仅3.4 m，通道底部距离每2 min就有一列车通过的一号线仅1.5 m，历时35 d顺利贯通。在施工过程中，顶部道路沉降量小于5 mm,地铁一号线隧道变形量为零，该工程的顺利贯通对城区综合管廊采用顶管法施工具有重要的借鉴意义。

图29 车公庙枢纽站附属工程J通道

包头市新都市区经十二路和经三路综合管廊是我国首次应用矩形顶管技术的综合管廊工程，首段工程顶管机已于2016年8月19日始发。综合管廊全长为174 m,顶管施工共设计2座工作井和2座接收井，工作井尺寸为10 m×10 m×10.9 m。

6)预衬砌法(预切槽法)。机械预切槽工法在美国、法国、日本、意大利和西班牙等国家已经得到较多的应用。国外实践表明预切槽法是一个很有效的方法，对于软弱围岩隧道每月进尺能达到近100 m[14]。预切槽法的显著优势是具有很好的控制地层变形的能力，在城市浅埋下穿道路和既有建(构)筑物的施工中具有很大的优势。图30和图31分别为我国研究的第一代轴心式预切槽机械和直进式预切槽机械在进行工业化试验。

图30 轴心式预切槽机械

图31 直进式预切槽机械

综合管廊施工方法较多，但根据环境的不同，其经济性和社会效益差别很大。在新建城区，应同步建设综合管廊，采用明挖法修建是经济的，对社会环境影响小。在老城区进行综合管廊建设，考虑环境和可能的征拆费用，盾构法、顶管法、浅埋暗挖法等优于明挖法，应根据地层条件选择合适的施工方法。

4.2 软弱地层区综合管廊施工的关键技术

综合管廊本体为地下线性结构，沉降可能造成线性坡度变化，对于重力管线会产生影响；此外结构接头或伸缩缝位置可能产生错位，导致结构渗水甚至综合管廊内管线挫扭。因此，对于可能产生较大沉降的软弱地层区应采取特别的结构处理措施进行防范。

珠海横琴新区综合管廊位于地质条件较差的淤泥地区，在综合管廊施工过程中，地基处理先随道路同步进行软基处理，如图32所示，基坑采用支护明挖方式。根据不同地质条件，施工过程中因地制宜地采用灌注桩、钢板桩和护壁锚杆等不同支护方法。在地层条件较差的淤泥地区，采用堆载砂井后注浆加固、水泥搅拌桩空间优化加固、阶梯式组合支护开挖、穿岩基坑吊脚桩支护静力破碎开挖等系列创新技术，确保了横琴综合管廊在软弱地层区的安全施工[15]。

图32 软基处理施工

5 结语

1)建议从国家层面对综合管廊建设进行立法，制定强制性的法规，明确综合管廊的所有权、规划权、建设权、管理权、经营权、使用权以及入廊有偿使用费的收取原则，使综合管廊的建设管理有法可依。

2)建立PPP投资建设模式，同时建立公司化运作、物业化管理的运营管理模式，推广综合管廊有偿使用制度，促进地下综合管廊健康可持续发展。

3)综合管廊可按新城区、老城区、重要节点分别进行规划建设，并应结合轨道交通建设、市政道路建设、市政管线改造、高压线下地及地下空间开发项目一体化设计与施工，有效推动城市中心区及老城区综合管廊建设进程，提升市政基础设施水平。

4)地下综合管廊的建设在老城区宜采用盾构法、顶管法、浅埋暗挖法和预衬砌法施工；而在新城区则可采用明挖现浇法和明挖预制法进行同步施工建设。

[1] 蒋群峰，朱弋宏.浅谈城市市政共同沟[J].有色冶金设计与研究，2001，22(3):46-53.(JIANG Qunfeng,ZHU Yihong.Discussion of urban underground utility tunnel[J].Nonferrous Metals Engineering & Research，2001，22(3):46-53.(in Chinese))

[2] 熊晓亮，刘恒新，岑仰润，等.城市地下综合管廊建设探讨[J].城市勘测，2016(2):148-150.(XIONG Xiaoliang,LIU Hengxin,CEN Yangrun,et al.Brief probe into the construction of urban utility tunnel[J].Urban Geotechnical Investigation & Surveying，2016(2):148-150.(in Chinese))

[3] 宋定.PPP模式下公共管廊运营管理研究[D].北京：北京建筑大学，2014.(SONG Ding.Research on operation management of utility tunnel based on PPP mode[D].Beijing：Beijing University of Civil Engineering and Architecture，2014.(in Chinese))

[4] ZHOU Yingxin,ZHAO Jian.Assessment and planning of underground space use in Singapore[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2016，55(5)：249-256.

[5] 焦军.PPP在综合管廊中的应用[J].混凝土世界，2016(4)：14-17.(JIAO Jun.Application of PPP to utility tunnel[J].Building Decoration Materials World，2016(4)：14-17.(in Chinese))

[6] 吕晓宇.城市市政建设模式的新探索:“鸿宇市政弱电综合管廊”和“鸿宇市政管廊”[J].城乡建设，2003(12):14-15.(LYU Xiaoyu.Probe into new construction model of municipal infrastructure：Case study of “Cable trench” and “Utility tunnel” of Hongyu [J].Urban and Rural Development，2003(12)：14-15.(in Chinese))

[7] 周江华.采用BT模式进行项目运作相关问题的探讨[J].铁道工程学报，2005(4)：73-77.(ZHOU Jianghua.Exploration on issue of operating project by adopting BT model[J].Journal of Railway Engineering Society，2005(4)：73-77.(in Chinese))

[8] 郑琼彬.浅谈BT项目公司会计核算：以珠海横琴新区市政基础设施BT项目为例[J].财经界，2013(1)：165-166.(ZHENG Qiongbin.Discussing on accounting of BT project:Case study of municipal infrastructure in Hengqin District of Zhuhai [J].Money China，2013(1)：165-166.(in Chinese))

[9] 何健.横琴新区城市地下综合管廊的建设实践与思考[J].安装，2015(10)：18-20.(HE Jian.Construction practice and thinking of underground utility tunnel in Hengqin District[J].Installation，2015(10)：18-20.(in Chinese))

[10] 宋文波.北京市综合管廊规划建设现状及发展趋势[J].建筑机械，2016(6):16-22.(SONG Wenbo.State-of-art and development trend of planning and construction of utility tunnel in Beijing[J].Construction Machinery，2016(6):16-22.(in Chinese))

[11] Hunt D V L,Nash D,Rogers C D F.Sustainable utility placement via Multi-Utility Tunnels[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2014，39(1)：15-26.

[12] 范翔.城市综合管廊工程重要节点设计探讨[J].给水排水，2016，42(1)：117-122.(FAN Xiang.Probe into design of key nodes of urban utility tunnel engineering [J].Water & Wastewater Engineering，2016，42(1)：117-122.(in Chinese))

[13] 张帅军.盾构法在城市地下共同管沟施工中的运用前景分析[J].隧道建设，2011，31(增刊1)：365-368.(ZHANG Shuaijun.Analysis of application prospect of shield tunneling method in construction of utility tunnels at urban area[J].Tunnel Construction，2011，31(S1)：365-368.(in Chinese))

[14] 王秀英，刘维宁，赵伯明，等.预切槽技术及其应用中的关键技术问题[J].现代隧道技术，2011，48(3)：22-27.(WANG Xiuying,LIU Weining,ZHAO Boming,et al.Pre-cutting method and its key techniques in application[J].Modern Tunnelling Technology，2011，48(3)：22-27.(in Chinese))

[15] 许海岩，苏亚鹏，李修岩.城市地下综合管廊施工技术研究与应用[J].安装，2015(10)：21-23,30.(XU Haiyan,SU Yapeng,LI Xiuyan.Construction technology research and application of urban underground utility tunnel[J].Installation，2015(10)：21-23,30.(in Chinese))

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

中国工程院重点咨询项目(2015-XZ-16)

谭忠盛(1963—)，男，广西梧州人，1999年毕业于西南交通大学，桥梁与地下工程专业，北京交通大学教授、博士生导师，主要从事隧道及地下工程方面的教学与研究工作。E-mail:zstan@vip.sina.com。

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

U 45

A

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