新建轨道交通工程与新建城市管廊衔接共建设计策略探讨

新建轨道交通工程与新建城市管廊衔接共建设计策略探讨

刘剑春

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

摘 要：目前我国正处在城镇化快速发展时期,很多城市即将开始大规模建设综合管廊和城市轨道交通,以解决传统市政管线敷设所存在的各种问题和城市的拥堵问题。而如何有效避免对城市主要道路反复开挖、有效整合资源、促进城市地下空间的集约高效利用,已经成为一个重要的课题摆在广大设计者面前。针对城市综合管廊与城市轨道交通衔接共建的问题,分析两者各种衔接方式,通过从工程投资、可行性、灵活性等方面出发进行对比研究,从中找出城市轨道交通工程如何与综合管廊有效衔接的可实施方案,为类似工程的设计与建设提供设计参考。

关键词：城市轨道交通；城市综合管廊；衔接方案；实施策略

1 概述

到2016年4月为止，我国先后已有40个城市的线网规划获得国家正式批复，仅在2014～2016年内就有15座城市的线网获得国家批复，部分三线城市如徐州、南通、呼和浩特、包头也于近两年先后获批[1]。在未来会有更多的城市加入到地铁建设的大军。据预计，到2020年，具备建设轨道交通条件的城市将达到80个以上，运营城市超过50个，越来越多的城市正在大步向地铁化迈进。

同时目前国内多数城市的地下管线埋设存在着随意性较大的问题，导致地下管线分布不合理，因此迫切需要规划建设新的管网体系。建设综合管廊是21世纪新型城市市政基础设施建设现代化的重要标志之一，它避免了由于埋设或维修管线而导致道路重复开挖的麻烦，由于管线不接触土壤和地下水，因此避免了土壤对管线的腐蚀，延长了管线的使用寿命，各种市政管线的整合敷设，可以为城市的发展预留宝贵的地下空间，同时也是积极响应“一流的规划、一流的设计、一流的建设、一流的质量”的建设要求。

在此大背景下，国务院办公厅在2015年8月下发了《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》。预计到2020年，建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营，反复开挖地面的“马路拉链”问题明显改善，管线安全水平和防灾抗灾能力明显提升，逐步消除主要街道蜘蛛网式架空线，城市地面景观明显好转[2]。

城市地下综合管廊与城市轨道交通的同步建设，统筹各类市政管线规划、建设和管理，可以解决反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题，有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景观、增强城市地下空间利用效率、促进城市集约高效和转型发展，有利于提高城市综合承载能力和城镇化发展质量[3]。

2 综合管廊与城市轨道交通工程功能分析

2.1 城市综合管廊简介

所谓综合管廊，就是“地下城市管道综合走廊”，即在城市地下建造一个隧道空间，将市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，城市综合管廊一般可采用明挖法、大内径盾构法进行施工[4]。传统管线与综合管廊的优劣对比见图1。

图1 传统管线与综合管廊的优劣对比

图2 广州大学城综合管廊

传统城市管线一般采用直埋式敷设，各类型的管线分别由不同的产权单位所属的工程队伍进行建设，地下管线易受到侵蚀，在各城市的建设实践中市政管线被施工机械挖断的情况也频繁出现，在进行维护或新增管线时，需要反复开挖城市道路，不仅工程造价高、时间长，而且对城市道路通行能力影响较大。而建设城市综合管廊则能较好地解决以上问题。综合管廊所需井盖的数量也明显少于其他道路。根据相关实际工程经验，在长度2.2 km的城市道路上，若管线敷设于城市综合管廊中，则需设置约29个井盖，而通过传统的直埋方式敷设管线，则至少要设约200个井盖[5]。

但是城市综合管廊也存在着一次性投入高，地下管线属多部门管理，统一协调难度较大。这些管线分属不同单位，协调起来十分困难。管廊的维护费用与初期投入较大，因此部分产权单位出于成本考虑，不愿意所属管线进管廊。这一问题在全国普遍存在[6]。

2.2 国内综合管廊实例

1958～1990年，北京在一些具体工程建设项目中，出现了最早期的综合管廊雏形；从20世纪90年代起，在国内的上海、广州、佳木斯、济南、昆明等城市开始陆续出现综合管廊工程实例。上海世博会、广州亚运会也都同步建设了配套综合管廊工程。如2003年，广州市政府建设大学城时，同步建设了18 km的地下综合管廊，总投资3.5亿元。2004年建成开始运营。管廊断面宽7 m，高2.8 m，断面面积19.6 m2，分水舱、电缆舱和通信舱共3舱，敷设了自来水、再生水、热水、电力、通信共3大类5种管线[7]。如图2所示。

2007年，上海世博园区为配合世博园区建设，建设一条现代化的地下市政综合管廊，集成多种管线设施，并且在传统的现浇整体式综合管廊的工艺基础上，尝试了世界上较为先进的预制预应力综合管廊技术，工期可压缩至原来的45%，土建成本可降低至原来的96%。该管廊总长约6.4 km，其中现浇整体式综合管廊长约6.2 km，预制预应力综合管廊长约200 m。

2.3 管线入廊原则分析

原则上城市的给水、雨水、污水、再生水、天然气、电力、热力、通信等城市市政管线均可入廊。但是考虑到雨水管、污水管均为重力流管线，无压力、无机械提升装置，因此建议在城市综合管廊建设中，将再生水、天然气、电力、热力、通信等市政管线纳入管廊，而雨水管、污水管均为重力流管线则应根据实际情况灵活布置[8]。

在管廊内管线综合设计时，应当根据各种管线的火灾危险性以及管线的尺寸、维护的便利性，进行分仓设计[9]。如图3所示。

2.4 轨道交通工程的建设与布置原则

城市轨道交通车站从施工工法上看最常见的为明挖车站、暗挖车站。轨道交通车站的设置一般遵循以下原则。

图3 矩形与圆形断面管廊内部分仓示意(单位：mm)

(1)线路与车站的布置应与城市用地规划相结合，在中心城区宜采用地下线；

(2)地铁车站站点选择结合城市道路布局和客流集散点分布；

(3)在条件允许的条件下，地铁车站宜跨路口设置，在充分吸引路口周边的客流的同时也使得地铁车站兼具良好的市政过街功能；

(4)地下车站埋设宜浅，一般情况下地铁车站采用明挖法、盖挖法施工，明挖车站顶板以上覆土厚度一般在3～3.5 m，在周边限制因素较多、水文与地质条件允许的情况下，采用暗挖法施工，暗挖车站覆土厚度一般在5 m以上，地下区间隧道一般采用安全可靠、经济、工期短的盾构法施工，区间隧道顶以上覆土厚度一般为6～15 m。

3 轨道交通工程与综合管廊的关系分析

(1)轨道交通地下车站、区间与城市综合管廊均为地下工程，均需要充分利用城市地下空间。

(2)为了保证工程安全性与工期，控制工程造价综合管廊与轨道交通车站一般均采用可靠性较高的明挖法施工。

(3)对于采取明挖法的地下工程而言，埋深越大，其工程造价就越高，根据相关的工程经验，一个长度约200 m的标准轨道交通地下车站埋深每增加1 m，造价需增加约400万元。因此，控制埋深对于地下车站与综合管廊而言，在节约工程投资方面有着重要的意义[10]。

(4)为避免对城市道路的反复开挖与封闭施工，影响城市道路通行能力，从缓拥堵保畅通的角度而言，应考虑将轨道交通地下车站与城市综合管廊进行同步设计，结合共建；轨道交通区间部分由于采用盾构或矿山法施工，因此宜与综合管廊分开建设，相互独立。

(5)由于轨道交通车站埋深受周边环境、道路高程、投资等因素制约较大，与轨道交通地下车站共建的管廊埋深受车站影响，导致管廊中可布置热力管线、给水管线、电力管线、信息管线等非重力流管线，而不利于布置类似雨水、污水之类的自流管[11]。

(6)管线迁改可结合地铁建设，将改移管线、规划管线一次入廊，便于管线的维护、检修与更换，大大提高城市运营的安全保障度。

(7)考虑到城市轨道交通线路主要是沿城市主要干道进行敷设，同时市政管网的建设也将城市主要干道作为其干管的敷设通道，因此与城市轨道交通合并建设的管廊应当定位为干线综合管廊而非支线管廊。

4 轨道交通地下车站与综合管廊结合共建的设计策略分析

为研究综合管廊如何与地铁工程有效衔接，需将地铁工程分为以下3个部分进行详细比较研究：

(1)车站主体(明挖站与暗挖站)与综合管廊共建方案研究；

(2)车站附属(出入口通道与风道)与综合管廊共建方案研究；

(3)地下站间的区间-结合远期规划，与综合管廊共建方案研究。

4.1 车站主体与管廊共建的设计策略

一般车站指的是不与线网中其他线路进行换乘的车站，此类车站一般为地下两层站，路中布置，明挖车站顶板埋深多在3～3.5 m，暗挖车站顶板埋深多在6～8 m以下。

综合管廊的断面形式和尺寸应根据容纳的管线种类、数量、断面规模、远期预留需求、施工方法等综合考虑确定。其结构高度多在5 m左右，宽度在6～8 m[12]。 典型综合管廊横断面见图4、图5。

图4 典型双仓式综合管廊横断面(单位：mm)

图5 典型单仓式综合管廊横断面(单位：mm)

(1)综合管廊布置于明挖车站主体或附属上方的可行性分析

地下两层车站地下一层为站厅层，地下二层为站台层，明挖车站顶板覆土厚度一般为3～3.5 m，上翻梁顶部距离地面一般在2 m。出入口自动扶梯提升高度9.6～10 m。典型明挖地下两层站横断面见图6。

图6 典型明挖地下两层站横断面(单位：mm)

若要将综合管廊布置于车站主体上方，则管廊结构高度需压缩至3 m，并保证上方至少0.3 m厚度覆土。因此车站埋深需增加0.2～0.3 m。

可行性分析如下。

①车站上方覆土均为3～3.5 m，管廊上部覆土仅有0.3 m，严寒地区的冻土深度最多可达2 m以上[13]，在寒冷和严寒地区无法满足建筑物低于冻土深度的要求，同时由于埋深过浅，采用保温措施也难以保证廊内管线不受冬季低温影响。

②管廊覆土过浅，难以避免道路荷载对管廊结构的影响。

③同时受地铁车站上翻梁的影响，管廊内部高度与内部管线敷设都受到较大的限制，若雨水、污水一类的重力流管线需要入廊，则需要在部分埋深较浅、高程较高的站点设置泵站。

④地铁车站埋深需要加大，标准车站的造价将增加100～150万元。

⑤地铁车站顶纵梁均需设置为下翻梁，在车站站厅层层高不增加的前提之下，车站内部的管线综合设计难度极大，同时也会导致后期运营维护期间的不便。

⑥由于管廊与车站主体合建，要求两者同步设计与施工，因此城市轨道交通工程与城市综合管廊工程的实施主体应为同一主体。

因此，不建议将城市综合管廊布置在地铁车站的正上方。明挖车站与综合管廊共建关系示意见图7。

图7 明挖车站与综合管廊共建关系示意(单位：mm)

(2)暗挖车站主体与综合管廊结合的可行性分析

地下两层车站地下一层为站厅层，地下二层为站台层，暗挖车站拱顶覆土厚度一般为8 m左右，无上翻梁。

可行性分析如下。

①综合管廊结构高度一般为5 m左右，因此综合管廊可考虑在车站主体上方进行明挖施工。施工对地铁车站无影响。

②若地铁建设时未考虑敷设城市综合管廊的需要，则可以灵活地采用盾构、暗挖等施工方式实施综合管廊工程，并对地铁车站的正常使用无影响。

③管廊与城市轨道交通的实施主体可以为1个主体，也可分别为2个独立的主体，管理难度小，对地铁工期影响小的同时也可以避免道路的反复开挖。

暗挖车站与综合管廊共建关系示意见图8。

图8 暗挖车站与综合管廊共建关系示意(单位：mm)

(3)综合管廊布置于明挖车站主体一侧的可行性分析

此种布置方式仅能将综合管廊布置于车站站台层，与车站主体合建，与车站出入口通道、风道共用底板。

可行性分析如下。

①管廊与车站主体同步施工，仅需进行一次围挡，可避免对城市道路的反复开挖。

②管廊高度、宽度受地铁车站的影响较小，内部管线布置较为灵活。

③管廊位置由车站位置决定，结构宽度较大，在周边建筑密集、地下设施敷设的情况下，本布置方式适应性不强。

④管廊需与盾构区间保持安全距离，因此在车站端头，管廊宽度或敷设位置受较多限制。

⑤由于管廊与车站主体合建，要求两者同步设计与施工，因此城市轨道交通工程与城市综合管廊工程的实施主体应为同一主体。

此种布置方式虽可行，但是受制约因素较大，受车站影响也较大，因此不推荐采用此种形式进行共建。

管廊车站主体一侧结合示意见图9。

图9 管廊车站主体一侧结合示意(单位：mm)

综上所述，综合管廊若与车站主体结合共建，将无法有效规避管廊形式受限、内部布置局促、工程量与造价增大、管廊走向受限等问题，因此，不宜将管廊与地下车站主体合建。

4.2 管廊与车站出入口通道共建的可行性分析

(1)综合管廊布置于明挖附属上方的可行性分析

此种布置方式仅能将综合管廊布置于出入口通道和风道上方，与车站敷设合建，共用底板。

普通明挖车站出入口通道上方覆土厚度一般为4.6～5 m，综合管廊可根据实际需要灵活布置于出入口通道与风道的上方。

可行性分析如下。

①普通明挖车站出入口通道上方覆土厚度一般为4.6～5 m，管廊上部覆土仅有0.3 m，在寒冷和严寒地区无法满足建筑物低于冻土深度的要求，同时由于埋深过浅，采取保温措施也难以保证廊内管线不受冬季低温影响。

②管廊覆土过浅，难以避免道路荷载对管廊结构的影响。

③若雨水、污水一类的重力流管线需要入廊，则需要在部分埋深较浅、高程较高的站点设置泵站。

④由于管廊建于出入口通道之上，要求两者同步设计与施工，因此城市轨道交通工程与城市综合管廊工程的实施应当由同一个主体单位负责。

因此，在考虑将重力流管线或管廊尺寸较大时，不建议将城市综合管廊布置在地铁车站出入口通道的正上方。

综合管廊建于车站出入口通道上方示意见图10。

图10 综合管廊建于车站出入口通道上方示意(单位：mm)

(2)综合管廊布置于明挖附属下方的可行性分析

此种布置方式仅能将综合管廊布置于出入口通道和风道下方，与车站敷设合建，共用中间板。

可行性分析如下。

①管廊敷设位置不受车站主体位置、地面荷载、冬季冻土深度的影响，可根据实际情况灵活布置于出入口通道下方的任意位置，布置形式自由灵活。

②管廊高度与宽度可根据实际需要进行设计，不受外部因素影响，适应性强。

③若雨水、污水一类的重力流管线需要入廊，则需要在部分埋深较浅、高程较高的站点设置泵站。

④若地铁建设时未考虑敷设城市综合管廊的需要，则可以灵活地采用盾构、暗挖等施工方式实施综合管廊工程，地铁车站的正常使用所受到的影响也较小，其中采用盾构施工时，则需要根据相应的地质等情况，分析研究与出入口通道之间保持的安全距离。

⑤管廊与城市轨道交通的实施主体可以为一个主体，也可分别为两个独立的主体，管理难度小，对地铁工期影响小的同时也可以避免道路的反复开挖。

⑥管廊埋深较大，可避免对城市过街通道、地下商业设施等埋深较浅的建构筑物的影响。

根据以上分析，将综合管廊布置于车站明挖附属之下，形式灵活、受制约因素少，因此推荐将城市综合管廊布置于车站附属设置之下的形式。如图11、图12所示。

图11 合管廊建于车站出入口通道下方(明挖)示意(单位：mm)

图12 综合管廊建于车站出入口通道下方(盾构)示意(单位：mm)

4.3 轨道交通地下区间与综合管廊结合的设计策略分析

轨道交通盾构区间一般位于地下6～15 m，线间距一般在14～19 m，对综合管廊的设置限制较小，与盾构区间平行的综合管廊可根据实际情况灵活地选择路由、埋深、内部布置、施工方法。盾构区间与综合管廊关系示意如图13所示。

4.4 小结

综合以上分析，在城市轨道交通与城市管廊共建合设的前提下，明挖车站范围内应当优先采用综合管廊建于车站出入口通道下方的布置形式；盾构区间范围内的综合管廊在保持与盾构区间安全距离的前提之下，可灵活布置；暗挖车站范围内综合管廊优先采取将综合管廊布置于车站主体或出入口通道上方的布置形式。

图13 盾构区间与综合管廊关系示意(单位：mm)

5 结语

城市轨道交通与城市综合管廊的建设都是周期长、投资大、牵涉面广的系统性工程，首先本文在解决现实中存在的道路反复开挖、管线事故频发等问题的同时，从工程经济性、实施安全性、可实施性、后期使用便利性的角度出发，分析研究了轨道交通工程如何与城市综合管廊进行衔接的设计策略，解决了综合管廊如何与新建轨道交通工程有效衔接的同时又保证其自可实施性、灵活性、实用性、管理的便利性等问题。为同类型的项目提供了设计参考。

城市轨道交通与城市综合管廊的合建对于广大设计人员而言是个新课题。仍需广大设计人员综合考虑车站与管廊的功能、工程的可实施性、施工的安全性等各方面的因素，以规划边界、现状边界、工程可实施边界为出发点，在安全、经济、便捷的设计原则下，进一步研究。

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Discussion on Design Strategy of Coordinative Constriction of New Urban Rail Transit Project and New Urban Pipe Gallery

LIU Jian-chun

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xian 710043, China)

Abstract：At present, urbanization is developing rapidly in China and many cities are planning to build large-scale comprehensive pipe galleries and urban rail transit projects to solve the congestion problems resulted from the traditional city municipal pipeline laying. And how to effectively avoid repeated excavation of urban main roads, integrate resources and promote the intensive and efficient use of urban underground space has become an important issue facing the designers. In view of the coordinative construction of the city comprehensive pipe gallery and urban rail transit project, analysis of various possible connections of the two is conducted in terms of project investment, feasibility, flexibility to find out the practical solution and provide reference for the design and construction of similar projects.

Key words：Urban rail transit; Urban comprehensive pipe gallery; Coordination scheme; Implementation strategy

收稿日期：2016-08-30；

修回日期：2016-09-01

作者简介：刘剑春(1983—)，男，建筑师，2010年毕业于西南交通大学建筑设计及其理论专业，工学硕士，主要从事城市轨道工程设计与研究工作，E-mail：[e-mail]。

文章编号：1004-2954(2017)05-0142-07

中图分类号：U239.5

文献标识码：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.05.031