装配式地下综合管廊发展研究现状和展望

2019-03-29孟贵林

四川建筑 2019年1期

关键词：钢制管廊现浇

马腾，孟贵林

(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621000)

1 我国综合管廊发展背景

综合管廊是埋置于地下的一种隧道空间(台湾称为“共同管道”)，它是将电力、通信、供热、燃气、给排水等市政管线统一布置在地下的一种新型城市建设形式。

综合管廊主体的施工方法分为现浇式、装配式、叠合整体式混凝土。装配式混凝土综合管廊是提前制作成预制件，在现场进行拼接的一种施工形式。拼接方式主要分为湿法和干法，湿法为混凝土现浇连接，干法可分为螺杆连接、焊接、机械连接及预留孔搭接连接。

2 装配式综合管廊的分类和对比

装配式综合管廊按照结构体系划分分为钢制综合管廊和混凝土综合管廊，其中大部分为混凝土综合管廊。

2.1 装配式钢制综合管廊

装配式钢制综合管廊通过高强度螺栓把镀锌波纹钢板紧密连接形成立体管桩结构(图1)。钢制综合管廊的断面类型多采用管拱形、拱形和梨型。这样的断面形式可以更好的使结构受力均匀，结构内部稳定以及使钢制材料方便加工，得到最大的利用率。其内部根据需要安装组合式支架，外部构造需要进行二次防腐措施，连接部位采用高科技防水手段和有效的消防防火措施［2］。

图1 武邑县钢制综合管廊

我国第一条装配式钢制地下综合管廊于2017年在衡水市武邑县正式建成，该钢制综合管廊长度1.8 km，断面大小为6.5 m×5 m。这项工程的完成不仅填补了国内装配式钢制综合管廊的空白，还是装配式地下综合管廊建设史上的重大里程碑。

装配式钢制综合管廊在检测阶段要通过有限元模拟做出土压力、水压力、车荷载以及温度和腐蚀度的检测，都必须达到国家标准的规范方可实行。当没有达到时，可根据调节钢波纹的波纹大小和钢壁的厚度以及增大材质的型号来满足实际工程的需要。

2.2 装配式混凝土综合管廊

装配式混凝土综合管廊可分为全预制装配式和部分预制装配式，全预制装配式又分为节段式预制装配式和分片式预制装配式，部分预制装配式包含顶板预制装配式和叠合装配式［3］。

节段式预制装配式是将整条长廊划分成每1～2 m为一个单位的块件，在加工厂预制成型后再汽运到施工现场进行现场拼装，拼接方式一般采用螺杆连接、预应力或承插连接。这是现在工程实例中使用最普遍最简洁的一种方式，施工过程简便、施工人员少、成本低、效率高等优势使此方法快速被推广。

分片式预制装配式是将一个块件分成上下两部分，从侧面截断，与节段式预制装配式相同的是它们都是采用干法连接，不需要现场的混凝土浇筑，不需要支模板，作业空间小，运输方便。不同点是分块式较于节段式更要严格的技术把控，连接点相对更多，不仅有纵向连接还增加了横向连接，需要更加增强防水防腐蚀措施的保护。

顶板预制装配式是将混凝土现浇和混凝土构件预制相结合，顶板用预制的方法，底板和侧面墙体要进行支模混凝土现浇而成，最后在现浇好的侧墙顶部搭接上顶板。这个方法的优点是可以自由的浇筑管廊的舱室结构，如可选择两仓或多舱舱型甚至细化每个舱室的区域功能，通过不同方式的支模就可以做到，减轻了顶板不易浇筑的问题。缺点是会增大相应的施工量，需大量的模板，需要现场搅拌机作业，增大了施工场地，施工人员也增多，还要考虑预制部分和现浇部分的连接方式和整体性分析。

叠合装配式为了改良顶板预制装配式整体性较差这一点，采用预制墙板和预制顶板和混凝土现浇全面结合的方式。叠合式侧壁的施工工艺是先搭接底板钢筋，在底板的基础上安装叠合式侧壁预制构件，再安装支撑，通过支撑校核墙体轴线及垂直度，在两块预制墙板间进行钢筋绑扎及支模等工作。顶板部分和侧壁施工类似，预制安装和前期工作完成后进行混凝土浇筑。叠合装配式和顶板预制装配式虽然都是部分预制装配式，但很明显叠合装配式的总体性能要优于顶板预制式，其体现在连通的浇筑增强了管廊的整体性，防渗性能，施工人员大幅度减少，施工效率增大，由于将构件拆分成外墙、内墙、顶板、底板有利于生产、运输和起吊。

对于整体预制装配式、构件预制装配式、预制叠合装配式的成品质量，施工速度，现场模板量等进行分析对比(表1)。

表1 三种预制装配式各性能对比

3 国内外装配式地下综合管廊的发展研究现状

3.1 国外装配式地下综合管廊

世界上第一条地下综合管廊于1833年修建在法国巴黎(图2)。法国政府为了改善错杂的路面网线，铺设了地下综合管廊，将通信、电力、排水管道等市政设施都系统的安置于管廊中，并设置了检修井，便于维修人员定期进行检测。

1893年，德国同样修建了一条包含通讯、燃气、自来水、电力、污水排放的综合管廊(图3)。地点位于北部城市汉堡，后来在前东德地区较为流行，初期投入成本比较高，但德国专家认为，综合管廊的总体造价低、实用性大、环保性优，一定是未来城市管理发展的必然趋势。

图2 法国综合管廊

1926年，日本也开始兴建综合管廊，到1992年，日本已经拥有约310 km的综合管廊(图4)，而且其规模还在不断增长。1995年日本阪神大地震期间，神户市内多处房屋遭到破坏，路面被摧毁，但地下的综合管廊却大多完好无损，这大大减轻了灾后重建工作，不久城市内电力通讯就恢复了工作使用。

图3 德国综合管廊

随后，欧洲等国家也开始大量修建综合管廊，如英国、西班牙、俄罗斯等国。

图4 日本大阪综合管廊

3.2 国内装配式地下综合管廊

我国对综合管廊的结构设计主要提出的要求为：综合管廊工程的结构设计使用年限应为100 a。综合管廊结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，并应符合现行国家标准GB/T 50476《混凝土结构耐久性设计规范》的有关规定。综合管廊工程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。综合管廊的结构安全等级应为一级，结构中各类构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同。综合管廊结构构件的裂缝控制等级应为三级，结构构件的最大裂缝宽度限值应小于或等于0.2 mm，且不得贯通［4］。

我国第一条地下综合管廊修建于1958年，地点为北京天安门广场下，长度为1 076 m。

我国综合管廊建设发展较于国外的发展相对落后，但近几年正在逐步稳定向前摸索发展。1992年上海市政府规划建设了大陆第一条规模最大、距离最长的综合管廊——浦东新区张杨路综合管廊［5］，该综合管廊被埋设在道路两侧的人行道下，全长11.125 km(图5)。截面为矩形，由两部分组成，分别是燃气室和电力室，该综合管廊还配置了较为齐全的安全配套设施，建成了中央计算机数据采集与显示系统［6］。2001年在济南市泉城路改建的工程中，于道路的南北两侧各建立一条综合管廊(图6)。全长1 450 m，高2.75 m，顶部距离地面1.5～2 m，采用混凝土浇筑，其中包含通讯、供热、供电、供水、交通指挥、有线电视等各类管线，并充分考虑了与周边道路管线的衔接与辐射。

图5 上海市张杨路综合管廊

图6 济南市泉城路综合管廊

广州大学城地下综合管廊是国内目前距离最长、规模最大、体系最完整的一条综合管廊，并且也是广东规划建设的第一条综合管廊(图7)。该管廊位于广州大学城，因此与大学城建设紧密相关，采取统一规划、统一建设、统一布线的方式，集中铺设燃气、通讯、给排水、电力等市政管线。2003年～2005年共建设综合管廊18 km。大学城主线的三仓综合管廊沿中环形状布置，掩埋在小谷围岛中环路中央，全长约10 km，沟宽7 m，高2.8 m。

图7 广州大学城管廊

目前，四川省绵阳市已签约81.27亿元的地下综合管廊项目。其中地下综合管廊全长33.654 km，全部采用预制装配式建造方式，是现阶段国内里程最长的装配式地下综合管廊。此次签约的项目位于绵阳科技城集中发展区核心区，跨高新区、涪城区、安州区和科创园区。

3.3 国内外研究现状

翟世鸿、张世奎等［7］共同发明了一种全预制分片装配式综合管廊，管廊是由多个预制件组成的具有弧顶、弧壁以及平底的立方体，所述预制件包括顶板，其为弧形结构；两个弧形的侧板，其分别设置在所述顶板的两侧，所述侧板的上部与所述顶板平顺连接；以及底板，其与所述侧板的下部平顺连接；所述顶板、侧板以及底板之间的纵向拼缝处弯矩趋近于零。本发明结构合理，具有优良的抗压抗剪性能。

田子玄［8］通过实验研究叠合装配式研究了不同的配筋方式、不同腋脚高度、不同管廊位置对管廊受力性能的影响。分析结果表明，装配叠合板式节点与现浇节点的受力性能基本相同，装配叠合式节点的整体性能良好。

杨靖、高悦等［9］采用反应位移法对地下综合管廊进行抗震计算，考虑了地层和结构的震动特征及其相互作用的关系，计算使用反应位移法计算地震内力。

王研、汪鹏［10］为计算合适的节间张拉控制力直接决定装配式管廊的防水效果，通过工程实例建立起整段全预制装配式管廊模型，得到不均匀沉降引起的管廊沉降差与节间转角位移的关系。

4 装配式综合管廊存在的问题及展望

4.1 管廊设计的不规范性和不统一性

现在的综合管廊建设都是根据每个地区或政府的需求设计管廊类型和尺寸，并没有统一的规范制定一个可定量的尺寸和断面形式，工厂制作加工也要专门制定模具，这样效率低不能广泛应用，因此综合管廊应逐步走向规范和统一。

4.2 缺乏综合管廊检验监测类规范

目前的综合管廊建设成熟的施工规范有GB 50289-2016《城市工程管线综合规划规范》和GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》。但针对于施工技术检验和现场监测的具体规范并没有形成一套完整体系，因此相关编写地方规范和省级规范的专业人员应努力研究编写。

4.3 增强对综合管廊的认识

很多人都不知道什么是综合管廊以及综合管廊存在的意义，我们需要宣传推广这种新型的市政设施方式，并且更有人认为综合管廊是一种多余的、入不敷出的建设，其实不然。综合管廊是将多种管道设备都统一安放，大大减少了管道暴露在外因人为因素或气候因素而形成的破坏，对未来的城市发展和市容市貌都有巨大的前景。因此地下综合管廊非常具有性价比的一种建设。