結(jié)合地鐵建設(shè)同步實施地下綜合管廊的研究

林永清

(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，300133，天津//工程師)

自國務(wù)院2015年頒布《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進地下綜合管廊建設(shè)的指導意見》等文件以來，全國各地積極響應(yīng)，大力推進地下綜合管廊(以下簡為“綜合管廓”)建設(shè)。同時，全國一、二線及部分三線城市均在進行軌道交通規(guī)劃與建設(shè)。鑒于地下綜合管廊與地鐵線網(wǎng)主要位于城市交通主干道下，建設(shè)需對城市道路“開膛破肚”，建設(shè)資金主要來源于政府投資，兩者結(jié)合設(shè)計、同步實施或?qū)⑹俏磥淼闹饕绞街?。目前已有部分城市在嘗試綜合管廊與地鐵建設(shè)結(jié)合設(shè)置的方式，如北京、廣州、南京、廈門等地的地鐵個別站點建設(shè)。寧波軌道交通5號線鄞縣大道段、紹興軌道交通1號線解放南路段、南通軌道交通1號線人民路段等，均與該城市綜合管廊規(guī)劃有大量的重疊區(qū)域，且當?shù)卣ν茖烧呓Y(jié)合設(shè)計、同步實施。因此，實現(xiàn)城市綜合管廊與地鐵結(jié)合設(shè)計、同步實施是一個值得研究的難題。

1 綜合管廊工程實例

1.1 工程概況

根據(jù)《寧波市中心城區(qū)綜合管廊專項規(guī)劃》和《鄞縣大道改造工程的初步規(guī)劃成果》，鄞縣大道綜合管廊敷設(shè)、道路改造途經(jīng)石碶街道、奉化江、鄞州區(qū)政府、鄞州新城核心區(qū)、甬臺溫高速、繞城高速等地點，鄞縣大道全長約13.16 km，位于鄞州新城區(qū)內(nèi)。

寧波軌道交通5號線(金房路站—下應(yīng)站)與鄞縣大道(同德路—金達路)線位相近，該段線位長度約為10 km，共設(shè)置9座車站，詳見圖1。

目前，同德路—金達路段鄞縣大道工程即將進入綜合管廊敷設(shè)、提升改造道路階段(已經(jīng)完成招標)。軌道交通5號線計劃2020年建成，鄞縣大道段也即將進入施工階段。

由于早期規(guī)劃及設(shè)計不同步，目前軌道交通5號線沿線站位方案已確定，正處于施工圖招標階段。而鄞縣大道綜合管廊敷設(shè)、道路改造的規(guī)劃及設(shè)計相對滯后，未能在軌道交通初步設(shè)計階段完成結(jié)合設(shè)計與同步實施。為減少對道路的影響、減少拆遷、減少占地、節(jié)省投資等，當?shù)卣Ｍ纯h大道綜合管廊能與軌道交通5號線共同建設(shè)。

1.2 共建方案分析

鑒于寧波軌道交通5號線建設(shè)時間節(jié)點已定，根據(jù)倒排工期，已無條件將車站、區(qū)間施工方案推倒重來，因此，需在地鐵線既有方案的基礎(chǔ)上研究兩者共建方案。

圖1 寧波軌道交通5號線線路圖

綜合管廊與地鐵線建設(shè)同步實施，管廊建設(shè)單位將綜合管廊的建設(shè)費用劃給地鐵線相關(guān)單位，由地鐵線相關(guān)單位設(shè)計、施工綜合管廊，并考慮解決綜合管廊與地鐵線共同建設(shè)過程中互相影響的問題。同德路—金達路段綜合管廊與地鐵線共建,不受地鐵線影響的金達路—福慶路段綜合管廊采用明挖施工。地鐵盾構(gòu)區(qū)間范圍內(nèi)的綜合管廊建設(shè)考慮采用盾構(gòu)技術(shù)實施。

綜合管廊盾構(gòu)法施工隨地鐵盾構(gòu)同步實施，與地鐵盾構(gòu)凈距離不小于6 m，并利用地鐵車站作為工作井。

綜合管廊與地鐵站點共建的優(yōu)點：①無需增加拆遷、侵占用地，無需增加建筑物的圍護；②管線改遷隨地鐵車站同步實施，無需增加多余管線改遷量；③減少了由于管廊施工而引起的道路保通壓力，以及對鄞縣大道提升改造工程施工工期的影響；④對現(xiàn)狀鄞縣大道、寧波軌道交通5號線以及鄞縣大道提升改造工程等的影響較小。

綜合管廊與地鐵站點共建的缺點：①車站方面——由于車站設(shè)計時未考慮與綜合管廊結(jié)合施工，因此大部分站點覆土較淺，綜合管廊與地鐵車站結(jié)合設(shè)置工作井條件受限，9座車站中僅石碶站、學府路站、下應(yīng)站覆土大于3.5m，可共用車站頂板，利用覆土空間作為綜合管廊的工作井；其余6座車站均需利用出入口、風亭下方空間，管廊從站點結(jié)構(gòu)旁邊進行拼寬，其不受站點覆土限制，但管廊拼寬后，站點基坑開挖量增大，造價增加較多，同時該段綜合管廊受地鐵車站施工方案影響，標高起伏較大，不利于重力流管線入廊。②區(qū)間方面——綜合管廊盾構(gòu)法施工隨地鐵盾構(gòu)同步實施，與地鐵盾構(gòu)凈距離不小于6 m，對道路斷面要求較高。

通過以上分析可知，兩者共建優(yōu)勢明顯，而共建方案的缺點就是兩者未能在規(guī)劃方案階段就按結(jié)合設(shè)計、同步實施做方案設(shè)計。因此，本文著重從兩者結(jié)合設(shè)計、同步實施的必要性、可行性、適用性等方面進行系統(tǒng)分析，希望為處于規(guī)劃階段的綜合管廊與地鐵線結(jié)合設(shè)計、同步實施的工程提供一定的參考。

2 結(jié)合設(shè)計且同步實施的可行性分析

2.1 必要性分析

地鐵與綜合管廊需要結(jié)合建設(shè)的區(qū)域主要位于人口密集區(qū)。如寧波軌道交通5號線與鄞縣大道綜合管廊工程，兩者重疊區(qū)域約有10 km。若能借助地鐵建設(shè)的機遇，同步進行地下綜合管廊建設(shè)，將降低建設(shè)成本、縮短施工工期，并減小對社會的影響。

(1)通常在地鐵建設(shè)時，需對大量市政管線進行永久或臨時遷改，產(chǎn)生管線遷改費用；綜合管廊建設(shè)實施時，同樣需對市政管線進行臨時遷改。若能同步實施，可至少減少1次管線遷改，還能減少對地面交通的影響。

(2)由于需經(jīng)過交通疏解、管線遷改、路面恢復等環(huán)節(jié)，地鐵與綜合管廊單獨實施工期均較長，若將兩者結(jié)合設(shè)計、同步實施，可大幅縮短工期，減小對周邊環(huán)境的干擾，節(jié)省大量時間成本，提升社會效益。

(3) 目前綜合管廊單獨實施時，一般需要單獨開挖基坑，考慮抗浮、抗震、承壓、沉降等問題，土建造價較高，約0.8億元/km[1]。若能結(jié)合地鐵車站、區(qū)間設(shè)計施工，共用基坑，整體考慮抗浮、抗震、承壓、沉降等問題，將大幅降低土建成本。

(4)地鐵車站覆土深度通常按城市主干道下方3.0～3.5 m考慮，且車站設(shè)計[2]時通常有上翻梁高于頂板，若未考慮結(jié)合設(shè)計、同步實施，車站上方空間不足以滿足綜合管廊實施。待綜合管廊實施時，需占用其他地塊，浪費了土地資源，也增加了大量拆遷等。若綜合管廊先實施，后期地鐵實施時，其對車站、區(qū)間方案亦有較大影響。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟可行性分析

2.2.1 技術(shù)方案分析

根據(jù)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》8.1.3規(guī)定：綜合管廊工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限應(yīng)該按照建筑物的合理使用年限確定，不宜低于100年。地鐵地下結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限也是100年，兩者的安全等級、裂縫控制標準一致，綜合管廊的抗震、防水等要求低于地鐵結(jié)構(gòu)，可按地鐵標準結(jié)合設(shè)計。綜上所述，兩者結(jié)合設(shè)計、同步實施在技術(shù)標準方面可行。

(1)地鐵車站與綜合管廊的結(jié)合方案

方案一：利用覆土層將綜合管廊設(shè)置在地下1層側(cè)式站主體頂板上方。綜合管廊的節(jié)點設(shè)施可與地鐵車站附屬設(shè)施合建或共用；綜合管廊[3]的設(shè)備系統(tǒng)可單獨設(shè)置或與地鐵站共用，如圖2所示。該方案車站覆土取3.5 m，綜合管廊底板與車站頂板共用，管廊凈高按2.5 m設(shè)計，管廊頂板按0.4 m厚設(shè)計，剩余0.6 m可滿足防水、路面鋪設(shè)等要求。管廊凈寬可根據(jù)該處管線密集程度設(shè)計，并預留適當?shù)母挥嗫臻g。

注：尺寸單位為mm； OTE為軌頂上排熱風圖2 綜合管廊與標準側(cè)式站合建斷面圖

方案二：為減少車站覆土，在島式站[4]的站廳層與站臺層之間加設(shè)夾層用于綜合管廊敷設(shè)。綜合管廊的節(jié)點(如人員出入口、逃生口、吊裝口、進風口、排風口、管線分支口等)可在該夾層設(shè)置；綜合管廊的設(shè)備系統(tǒng)盡可能與地鐵站共用，如圖3所示。該方案車站覆土取1.0 m，管廊設(shè)于軌頂風道正上方，凈高按2.4 m設(shè)計，管廊頂、底板按0.4 m厚設(shè)計。管廊凈寬可根據(jù)該處管線密集程度設(shè)計，但應(yīng)預留車站端部活塞風孔、吊裝孔等的設(shè)置空間。

方案三：將綜合管廊設(shè)于車站主體一側(cè)，結(jié)合車站附屬設(shè)置。該方案與車站結(jié)合不夠緊密，不利于前后區(qū)間與管廊的結(jié)合，且該方案對車站周邊環(huán)境及道路寬度要求較高。

方案四：將綜合管廊設(shè)于車站主體下方。該方案管廊埋深較大，不利于日常檢修、維護以及管線分支口的設(shè)計、施工等。

(2) 地鐵區(qū)間與綜合管廊的結(jié)合方案

方案一：地鐵淺埋區(qū)間與綜合管廊的結(jié)合方案。鑒于地鐵淺埋區(qū)間通常采用明挖法施工，綜合管廊與其結(jié)合方式較為靈活，可利用覆土層設(shè)于地鐵區(qū)間正上方，也可將綜合管廓設(shè)于地鐵區(qū)間兩側(cè)，甚至將部分埋深大的管線敷設(shè)于地鐵區(qū)間正下方，綜合管廊斷面尺寸可按照管線密集程度來設(shè)計。

方案二：地鐵深埋區(qū)間與綜合管廊的結(jié)合方案。鑒于地鐵深埋區(qū)間通常采用盾構(gòu)法施工，建議研究大盾構(gòu)斷面將綜合管廊與地鐵區(qū)間結(jié)合設(shè)計。如南京地鐵4號線過江隧道，采用大直徑盾構(gòu)隧道技術(shù)施工，區(qū)間隧道設(shè)計為單洞雙線圓形隧道結(jié)構(gòu)形式，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑10.2 m、外徑11.2 m、壁厚0.5 m。其中下部口子件及正線上方空間作為綜合管廊，如圖4和圖5所示。

注：尺寸單位為mm

圖3 綜合管廊與標準島式站合建斷面圖

2.2.2 結(jié)合設(shè)計、同步實施的經(jīng)濟性分析

(1)鑒于車站與綜合管廊結(jié)合方案中的方案三、方案四缺點較多，不適合大范圍推廣，在此主要針對另外兩種結(jié)合方案進行土建造價分析。本次造價計算中的各項造價均以華東城市的土建工程造價為參考，車站按200 m長標準站計，管廊按圖中斷面取200 m長計。

方案一：結(jié)合設(shè)計后，未增加車站埋深，不影響開挖面積，僅增加管廊部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的造價，大約增加了1 264 m3鋼筋混凝土，增加部分按每0.125萬元/m3計，較200 m長標準站增加土建造價約158萬元。

方案二：結(jié)合設(shè)計后，較3.5 m覆土標準站需增加車站埋深約0.3 m，通常增加1 m埋深標準車站造價約增加300萬元，據(jù)此估算原車站部分造價需增加約90萬元；加設(shè)的中板、隔墻，加長的側(cè)墻造價按0.125萬元/m3計，增加土建造價約357萬元；此外，減小了車站覆土，產(chǎn)生部分抗浮費用，因抗浮費用需根據(jù)地下水位具體計算，暫不計入本次比較，詳見表1。

表1 綜合管廊與地鐵車站合建造價對比表 萬元

經(jīng)以上分析可知，方案一結(jié)合設(shè)計、同步實施后，土建造價節(jié)省了約1 442萬元；方案二在未計入抗浮費用時節(jié)省了約1 153萬元。

(2)區(qū)間與綜合管廊結(jié)合的經(jīng)濟性分析，詳見表2。

表2 綜合管廊與地鐵區(qū)間合建造價對比表 萬元

經(jīng)以上分析可知，方案一結(jié)合設(shè)計、同步實施后，土建造價每延米節(jié)省了約7.2萬元；方案二由于大盾構(gòu)目前應(yīng)用較少，按南京地鐵4號線過江隧道的大盾構(gòu)造價每延米取18萬元，基本與各自單獨設(shè)置的造價持平。

2.2.3 外部因素分析

兩者能否結(jié)合設(shè)計、同步實施的主要外部控制因素為資金來源與運營管理。

注：尺寸單位為mm

圖4 大直徑盾構(gòu)斷面圖

圖5 大直徑盾構(gòu)斷面效果圖

(1) 資金來源。目前城市軌道交通投資方式較多，有PPP(公私合作)、BT(建設(shè)-轉(zhuǎn)讓)、BOT(建設(shè)-經(jīng)營-轉(zhuǎn)讓)等不同方式。綜合管廊與城市軌道交通的投資方式類似，兩者主要資金來源均為當?shù)卣?，具備結(jié)合設(shè)計、同步實施的條件。如寧波軌道交通5號線與鄞縣大道綜合管廊工程，管廊建設(shè)單位將綜合管廊的建設(shè)費用劃給地鐵相關(guān)單位。

(2) 運營管理。目前城市軌道交通和綜合管廊兩者為不同的管理公司，結(jié)合設(shè)計、同步實施后運營管理雖然存在一定的協(xié)調(diào)難度，但兩者均為當?shù)卣钠笫聵I(yè)單位，日常運營維護、管理的協(xié)調(diào)具備可行性；可通過兩者聯(lián)合成立運營公司或直接將綜合管廊的日常運營管理納入城市軌道交通公司。

2.3 適用性分析

組合一：地鐵車站與管廊結(jié)合方案一、地鐵區(qū)間與管廊結(jié)合方案一的組合。該方案的車站為側(cè)式站，功能稍差，區(qū)間為明挖區(qū)間；綜合管廊設(shè)于車站及區(qū)間的上方。該組合方案能節(jié)省較大的土建造價，但不適用于主城區(qū)等服務(wù)水平要求高、交通導改難度大、社會影響大的區(qū)域，而適用于新規(guī)劃的城區(qū)。

組合二：地鐵車站與管廊結(jié)合方案二、地鐵區(qū)間與管廊結(jié)合方案二的組合。該方案的地鐵車站為島式站，功能好，區(qū)間為大盾構(gòu)區(qū)間；綜合管廊設(shè)于車站站廳與站臺之間，區(qū)間段設(shè)于大盾構(gòu)的下部口子件及正線上方空間。該組合方案在地鐵車站范圍內(nèi)可節(jié)省部分土建造價，地鐵區(qū)間段需在大盾構(gòu)被大規(guī)模采用后方能節(jié)省造價。該組合方案適用于主城區(qū)等服務(wù)水平要求高、交通導改難度大、社會影響大的區(qū)域。

其他組合：地鐵車站與管廊結(jié)合采用方案三，地鐵區(qū)間部分綜合管廊采用盾構(gòu)法施工并與地鐵盾構(gòu)區(qū)間同期實施。該組合方案在地鐵車站范圍內(nèi)的土建造價較高，但在地鐵區(qū)間段可節(jié)省部分造價。該組合方案適用于沿線車站方案復雜、車站周邊條件較好、道路斷面較寬的區(qū)域。

3 結(jié)語

由本文分析可以看出，結(jié)合地鐵建設(shè)同步實施綜合管廊的必要性較強；從技術(shù)方案、經(jīng)濟比較和外部因素分析可知，結(jié)合設(shè)計、同步實施具備可行性；幾種組合方式的適用區(qū)域基本涵蓋了城市的主城區(qū)與新城區(qū)。

放眼未來，結(jié)合地鐵建設(shè)同步實施綜合管廊建設(shè)或?qū)⒊蔀橐环N趨勢。本文為實現(xiàn)城市綜合管廊與地鐵結(jié)合設(shè)計、同步實施提供了一些方法，但仍有較多細節(jié)有待作進一步研究，如具體到地鐵車站附屬與綜合管廊節(jié)點的結(jié)合、地鐵車站與綜合管廊設(shè)備系統(tǒng)的共用、地鐵車站與區(qū)間相接處綜合管廊的處理方式、重力流管線入廊與區(qū)間坡向之間的關(guān)系等。