开发研制用于市政综合管廊的新型混凝土涵管--为建设“美丽中国”助力.pdf

2 0 1 3年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 3 No 4 Ap r i l 开发研制用于市政综合管廊的新型混凝土涵管 为建设 “ 美丽中国” 助力 曹 生龙 ( 北京市市政工程研究院， 1 0 0 0 3 7 ) 摘要 ： 介绍 了建设地下 市政综合 管廊 的意义 以及 国 内外综合 管廊 建设 发展 概况 。对 比 了现 浇施工和预制装 配 式施 工工 法， 并举例 对两种施工工 法所 需工期与成本进行 分析 ， 指 出了预 制装 配式施工具有 缩短工期 、 降低成 本、 节 能环保等优势 。此外 ， 还介 绍 了用于地下综合管廊 中不 同形状 ( 如圆形、 矩形和异 形) 的预制混凝土涵管。 关键词 ： 综合管廊 ； 现 浇混凝 土 ； 异形预制混凝土 涵管； 施工工 法 Ab s t r a c t ： T h e s i g n i f i c a n c e o f c o n s t r u c t i n g u n d e r g r o u n d mu n i c i p a l u t i l i t y t u n n e l s a n d t h e d e v e l o p me n t s i t u a t i o n o f t h e u t i l i t y t u n n e l a t h o me a n d a b r o a d a r e i n t r o d u c e d T h e c a s t i n s i t u c o n s t r u c t i o n me t h o d a n d p r e f a b ri c a t e d f a b ri c a t e d c o n s t r u c t i o n m e t h o d a r e c o m p a r e d ， a n d r e q u i r e d c o n s t r u c t i o n t i m e a n d c o s t f o r a p r o j e c t u s i n g t h e t w o c o n s t ruc t i o n me t h o d s a r e a n a l y z e d b y t a k i n g a n e x a mp l e ，wh i c h p o i n t s o u t t h a t t h e p r e f a b ric a t e d f a b ric a t e d c o n s t ruc t i o n me t h o d h a s mu c h a d v a n t a g e s ，s u c h a s s h o r t e r t h e c o n s t r u c t i o n p e ri o d ，l o we r c o s t ，e n e r g y c o n s e r v a t i o n a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n ，e t c I n a d d i t i o n ， d i f f e r e n t s h a p e ( r o u n d ， s q u a r e a n d d e f o r me d ) p r e c a s t c o n c r e t e c u l v e r t p i p e s fo r t h e c o m p r e h e n s i v e u t i l i t y t u n n e l s a r e i n t r o d u c e d Ke y wo r d s ： U t i l i t y t u n n e l s ；C a s t i n s i t u c o n c r e t e ；De f o r me d p r e f a b ri c a t e d c o n c r e t e c u l v e rt p i p e s ；Co n s t r u c t i o n me t h o d s 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 3) 0 4 2 1 0 8 0前言 现代化城市土地资源极为宝贵 ， 市政基础设施 建设受 土地 资源 、 市政规划 、 城市景观 以及环境保 护等 因素的限制越来越多 ， 制造适用于地下市政综 合管廊的预制混凝土涵管 ， 把各种缆线放置于地下 管沟 内， 可使城市更加美丽 ， 维护更加方便 ， 地下空 问应用更加合理。 我国水泥制品行业经改革开放 3 0年 以来的大 发展 ， 目前 已有足够的能力制造用于地下市政综合 管廊 的预制装配化混凝土涵管 ， 应积极为推动城市 市政综合管廊的发展作 出贡献。 1 建设地下市政综合管廊的意义 所谓 “ 综合管廊( 又名共同沟) ” ， 即在地下设置 专供各种公用事业摆放缆线、 管道的沟道 。地下综 合管廊是 目前世界上 比较先进 的基础设施管 网布 置形式 ，是城市建设 和城市发展 的趋势和潮流 ， 是 充分利用地下空间的有效手段。 1 1 地 下综 合管 廊 的优 点 ( 1 ) 可以美 化城 市空间环境 ， 保持路容完 整美 观 ， 杜绝 因敷设 和维修各种 管线对城市道路 、 绿地 重复开挖 ，消除 了由此造成的资源浪费和对市容 、 交 通 以及居 民生 活 的不 良影 响 ， 大大 节 省 了城 市 地 下空 间 。 ( 2 ) 现有各种城市基础设施按各 自系统直接埋 设 于土层 中 ， 检修不便 、 容易损坏 ， 地下管线 ( 生命 线) 的安全难 以保证 ， 供应能力经常受到干扰 。 ( 3 ) 随着城市规模扩大 ， 各种直埋管线 、 管网总 量增加 ， 尺寸加大 ， 品种增多 ， 地下敷设空间容量 13 显不足 ， 各种管线产生冲突。建设地下综合管廊 ， 使 空间利用更加充分、 紧凑、 经济 ， 同时能 降低各种工 程管线维修费用和道路翻修费用。 ( 4 ) 地 下 空 间具有 低 耗 性 、 易 封 闭 性 、 内部环 境 易控性等特点 ， 所 以 ， 把城市 中心 区域各种能够放 置于地下的基础设施均设于地下 ， 不仅有利于城市 基础设施的现代化 ， 而且 能使城 市的能量流 、 物质 流 、 信 息流保 持畅通 ， 保证城市 中心区各项功能 的 正常发挥 。同时， 敷设地下综合管廊 可以利用地下 空间 的高防护性 ， 使其抗地震 、 抗 台风等抗灾能 力 大为提高 ， 在灾害发生的时刻能够保 障城市的生命 线不受影响或将损失尽量降低。 ( 5 ) 按照输 电工程要求 ， 高压线两侧一定宽度 内限制使用 ， 称为高压走廊 。在城市中寸土寸金 ， 土 一 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曹生龙 开发研制用于市政综合管廊的新型混凝土涵管 3 1 1 上海 市浦 东新 区张扬路 地 下综 合管廊 1 9 9 4年 ， 上海市地下综合管廊开始建成投入使 用 ，截至 2 0 0 5年共建成 1 1 1 2 5 k m，平均造价 2 5 0 0 万元 k m， 给水 、 电力 、 通讯 、 广播 电视 、 消防等管道 和 电缆都 以层架形式进入管廊 ， 燃气管道 置于上方 专用管沟。综合管廊内有足够空间供维修和检测人 员工作。图 2为上海张扬路地下综合管廊内部图。 单位 ： mm 图 2上 海 张 扬 路 地 F综 合 管廊 内部 图 3 1 2 济南泉城路改建中兴建 的地下综合管廊 2 0 0 1年 ， 济南地下综合管廊开始兴建 ， 在道路 两 侧 各 设 一 段 地 下 综 合 管 廊 ，全 长 1 4 5 0 m、 高 2 7 5 m， 沟顶埋设深度 1 5 - 2 m， 现浇混凝土结构。电 力 、 供水 、 供 暖、 电信 、 交通指挥、 有线 电视等管线和 设施均整合于管廊 内， 并与周边道路管线衔接和幅 射作 了周密 的考虑 ， 今后将不必因地下管线的铺设 而刨掘路面。 3 1 3 佳木斯市林海路地下综合管廊 2 0 0 3年 8月， 佳木斯市林海路地下综合管廊开 工建设 ， 将 自来水 、 排水 、 天然气 、 强 电 、 弱 电、 供热 等市政基础管线整合于混凝土框架空间内。管廊中 间是一条通道 ， 两侧墙壁上以水泥板分隔成上 、 中 、 下三层 ， 管廊高 2 3 m、 宽 3 2 m。上层为强弱电区， 中 层为给排水 区， 下层为供热、 供气区。 管廊总长 2 k m， 造价约 1 2 0 0万元 k m。 3 1 4 佛山市地下综合管廊 佛山市地下综合管廊首期长为 9 3 7 k m、宽为 3 2 m( 部分地段 4 m) 、 高为 2 8 m， 形成一个环状综合 管廊网 ， 管廊 内有三种管线 ， 动力电缆 ( 高压线 ) 、 通 信 电缆 、 供水管道 。动力 电缆和通信 电缆在管廊 的 两侧 ， 供水管道在管廊 的底部。综合管廊 内设施完 善 ， 每 1 0 0 m设有防火隔离墙 、 排水 、 照明、 检测等设 备 ； 每 2 0 0 m有一个长 2 m、 宽 7 0 e m的投料 口， 高 出 地面 5 0 e m， 方便技术人员进出管廊 。 造价估算为 2 3 亿元 ， 平均 2 3 0 0万元 k m。管廊 内有较大空间可供 工作人员检测、 维修等操作。 3 1 5 广州大学城地下综合管廊 管廊建在小谷围岛中环路中间绿化带下 ， 呈环 状结构布局 ， 全长 1 7 4 k m， 宽 7 m、 高 2 8 m， 主要布置 电力 、 供水、 供冷、 电讯 、 有线 电视五种管线 ， 并预留 部分空 间以备将来发展所需 。是 目前 国内距 离最 长 、 规模最大、 体系最完善的地下综合管廊。图 3为 广州大学城综合管廊断面示意图。 单1 立： m m 图3 r - N大学城综合管廊断面示意图 3 1 6 上海世博会地下综合管廊 2 0 1 0年 ， 世博会在上海召开 ， 整个 园区地下公 用管线以综合管沟的形式为主 ， 设计使用年限不低 于 5 0年 ， 混凝土抗渗等级 S 6 。全长约 6 2 k m， 其 中， 西环路的综合管沟标准段管节为工厂预制 ， 每节长 2 m， 现场拼装 ， 包括仅纵 向拼缝接头和带纵 向、 横 向 拼缝接头两 种 ， 两者均需施加预应力 ( 施加预应力 的方式为采用预应力筋或弯曲螺栓 ) ，为国内首次 进行 的预制拼装式综合管沟 。现浇整体 式管廊每 2 5 m为 一工 段 ， 设 置 一道 宽 3 0 m m 的变 形缝 。 综合 管 廊每 2 0 0 m设置防火墙进行防火分隔。 3 1 7 厦门市翔安南路地下综合管廊 2 0 1 2年 5月 2 8日，厦 门市翔安南路地下综合 管廊工程开工兴建 ，全长约 1 0 k m，总投资 5 1 5亿 元 。工程设计大胆创新 ， 突破矩形断面和圆形断面 瓶 颈 ， 管节首次采用 圆弧组合断 面 ， 断面净尺寸分 另 为 B H= 4 m 3 2 m、 B 日= 4 7 m 3 2 m、 B 日= 6 0 m 4 2 m、 B H= 6 7 m 4 2 m，管节接 口采用双 O型橡胶 圈企 口型柔性 接 口连接 ， 密封性能 、 抗不均匀沉降 性能好 ， 管节安装后 即可进行打压试验 ， 测试方便 可靠。工程全线预制装配化 ， 现场不需浇注混凝土 ， 无任何湿作业 ， 大大的加快 了施工进度 。地下综合 管廊全线采用 预制管节进行组合 拼装这 在国 内乃 至 国际上 尚属首 次 。 圆弧组合断面结构受力合理 ， 克服了圆形断面 空 间利用率低 、 高度受限的缺点 ， 具有质量好 、 施工 一 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 4期 快 、 造价低 、 接 口密封性好等优点。 图 4为厦 门翔安南路预制装配化施工双仓弧 涵地下综合管廊开工建设 图。 图 4厦 门 翔 安 南 路 预制 装 配化 施 工 双 仓 弧 涵 地 F综 合 管 廊开工建设 3 1 8 平澶地下综合管廊( 请添加该工程概况 ) 图 5为平澶地下综合管廊断面示意图。 双仓 结 构 、宽 4 9 mx 高 3 2 m+ 宽 2 2 m 高 3 2 m 组合 ，管廊 内有五种管线 ，一仓是 ：电力 、电信 、 莩 图 5平 澶 地 F 综 合管 廊 断 面不 意 图 D N 5 0 0中水管线、 D N1 0 0 0给水管线 ： 二仓是 ： 1 1 0 k V 电力 、 2 2 0 k V电力 、 1 0 k V 电力 。中 间检 修通 道较 宽 ， 可 进 入 小形 汽 车 ， 如 吉 普 等 ， 有 利 于 改 善 检修 人 员 的工作条件。 3 1 9国 内主要 城 市地下 综合管 廊工 程形 式概况 表 1 为 国内主要城市地下综合管廊 工程形 式 表 表 1 国内地下综合管廊工程统计工程地点 一 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曹生龙 开发研制用于市政综合管廊的新型混凝土涵管 3 2 地下综合管廊施工方法 比选 地 下 工程 施 工 工法 当前 主要 有 ： 开槽 施 工 和 不 开槽 施 工 。开槽 施 工工 法 中又包 括现 浇施 工工 法 和 预制 装 配式 施 工 工法 ； 不 开槽 施 工工 法 有 顶 进 法施 工 、 浅埋暗挖工法和盾构工法等。 盾构施工工法造价较高 、 只适用于圆形断面结 构的施 工 ， 受 限较多 ， 一般 只在特大型地下综合管 廊工程 中采用 ； 浅埋暗挖工法 ， 工程进度慢 、 工程结 构缺陷多 、 抗渗水性能不易保证 ， 对整合 电、 气等多 种 管 线 的综合 管廊 应慎 重选 用 。 3 2 1 现 浇施 工与 预制 装配 式施 工 工法 的 比选 当前地下综合管廊施工方法 主要是现浇和预 制装配 两种 。虽 国内采用现场浇筑方法施工 的箱 形 、 拱 形 混 凝 土 涵 管 ， 在 铁 道 、 交 通 、 水 利 工 程 和城 市地下市政综合管廊 中已得 到较多应用 ， 但现浇混 凝 土具 有 如下 缺点 ： ( 1 ) 施工作业时间长 、 现场湿作业工作量大 、 需 较长的混凝土养护增强时间 ， 开槽后较长时间不能 回填 ，在城市 中不利于道路建设缩短施工工期 、 满 足快速放行交通的要求。 ( 2 ) 在现场制作 中， 地下水对施工有较大影响 ， 需将地下水降至底板标高以下 ， 才能浇筑混凝土基 础 ， 增加施工成本 ， 也不利于生态环境 的保护 。 ( 3 ) 现场制作的混凝土抗渗性能不如工厂 内制 作 的混凝 土 ， 容易局部发生渗漏 ， 影 响管道 的使用 功 能 。 ( 4 ) 现浇混凝土 涵管易出现裂缝 ( 涵体侧壁 通 裂等 ) 。裂缝会引起渗漏 ， 影 响结构应力状态 ； 如结 构物所处环境具有侵蚀性介质 ， 介质通过裂隙浸入 结 构 ， 引起钢筋 的锈蚀 ， 影 响构筑物承 载能力和耐 久性 ， 缩短地下综合管廊 的使用寿命 。 ( 5 ) 现场制作的混凝土涵管按一定长度( 约 2 0 m) 分段 ， 分段 间采用橡胶止水带连接 ， 其缺点有 ： 橡胶止水带形式接 口抗地基不均 匀沉降能 力差 。涵管在顶部复土及附加荷载作用下 ， 引起涵 管接 口发生上下错位和翘曲变形 ， 造成涵管接 口止 水带变形 ， 在涵管接 口混凝土与橡胶止水带之 间产 生裂隙 ， 严重时止水带被拉裂。 混凝土涵管止水带接 口施工质量不易保证 ， 往往 由于止水带部位混凝土捣 固不密 实而留下暗 渗漏通道 ， 引起涵管接 口渗漏。 现场制作 的管道分段 间隔长度大 ， 地基如有 不均匀沉降 、 或受外荷载 ( 如地震 ) 作用 ， 易发生折 断。因此 ， 要求提高管道纵向基础承载力 ， 涵管纵向 配筋量也需加大。 现场制作生产条件差 ， 结构计算 中要加大安 全 度 ， 增 加 材料 用量 。 现浇工法总体造价大于预制装配式施 工工 法 。 3 2 2 上海世博会地 下综 合管廊现浇工法 与预制 装配工法工程实例工期与经济分析 上海 世 博会 地 下综 合 管 廊选 用 两种 施 工工 法 现浇和预制装配化施工 ， 工程中详细 比较了 两种工法 的施工工期和工程费用 ， 具体如下。 整体式现浇段总长 6 2 k m，预制混凝土管廊总 长 2 0 0 m，施工工期与施工费用 以一个标准段 2 5 m 长度作为标准施工段工期与成本 的分析 ， 研究预制 混凝土管廊的经济性。 3 2 2 1 工期分析 预制混凝土综合管廊可以分为场( 现场) 内、 场 外施工两部分 ， 现浇混凝土整体式综合管廊的所有 施工作业均为场内施工。两者场 内相 同施工部分为 基坑开挖与支护体系成型 ( 包括素混凝土垫层施 工) 、地下综合管廊主体结构施工以及 回填土方与 支护体系拆除等主要环节 在基坑开挖与支护体系 成型以及 回填土方与支护体系拆除环节中 ， 预制混 凝土综合管廊与现浇混凝土整体式综合管廊 的施 工工艺和技术要求基本相 同，没有 明显 的工期差 别 。但在地下综合管廊主体结构 的施工环节 中， 两 者的施工工艺截然不同 ， 工期差别明显 。预制混凝 土综合管廊的主体结构施工大部分在场外完成 ， 管 节的 吊装 、 拼装等工序施工效率高 ， 所需工期较短 。 而现浇混凝土整体式综合管廊 的主体结构施工则 全部在场 内完成 ， 占用 了大量现场工期 ， 是 总工期 的重要组成部分。施工中一个标 准段对 比， 预制混 凝土综合管廊 的施工工期 比现浇混凝土整 体式综 合管廊缩短 1 8 d左右， 缩短近 4 5 工期。 3 2 2 2 施工 成本 分析 基坑开挖与支护成本 ， 其 中土方费用为一次性 费用 ， 不随工期长短发生变化 ， 而钢板桩及 其 围檩 与内支撑的租赁 费用一般按租期计算 ， 受施工工期 影响较大 ， 且单价相对较贵。一个标准段相 比， 预制 混凝土综合管廊施工工期约为 2 2 d ，现浇混凝土整 体式综合管廊约为 4 0 d ，预制混凝土综合管廊 的开 挖土方与支护费用为 4 5万元 ，现浇混凝土整体式 综合管廊为 7 0万元 ， 降低 2 5万元 。 主体结 构成本 ， 一个标 准段 ， 预制混凝 土综合 管廊 为 2 5万元 ，现浇混 凝土整体 式综 合管廊 为 2 3 9万元 ， 增 加 了 1 1 万 元 。 土建 总成本预制混凝土综合管廓为 2 9 5万元 ， 一 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 4期 混凝土与水泥制品 第 2 0 4期 壤稳定 自立性要求 ， 克服了矩形涵管的缺点 。 预制异形混凝土涵管都带有平底形管座 ， 相当 于在管上预制有混凝土基础 ， 与圆管相 比 ， 可降低 对地基承载力 的要求及 提高涵管承载能力 ； 管道 回 填土层夯实易操作 、 加快施工速度 、 保证密实效果 ， 简化施工、 减少费用。在不良地基软弱土层 中应用 ， 更显其优越性 。 一 般进入综合管廊 的高压 电力 电缆要求单独 置仓 ， 避免对通信等设施 的干扰 ， 也要保障安全。因 而随着综合管廊建设发展 ， 单仓 的形式将被双仓及 三仓所取代。 综上所述 ， 异形混凝 土涵管较 圆形和矩形断面 涵管在地下综合管廊中应用有更大的优势 ， 在地下 综合 管廊 建设 中可更 多选 用异 形混凝 土涵 管 。 3 - 3 3 接 口形式 异形混凝 土涵管的接 口需满足接 口抗渗 、 施工 安装 方便 、 可用于开槽施工工法 ， 也能用于不开槽 顶进 工法施 工 。 图 1 3所 示 为 用 于 异 形 混 凝 土 涵 管 的 接 口设 计 ， 采用 双胶 圈密封 ， 主要 目的是 预制混凝土综合 管廊涵管为大型构件 ， 施工中需能即时检查安装质 量 ， 确保接 口不渗漏 ， 保障建成的综合管廊 内干燥 、 安全运营。该设计已在厦门千秋业水泥制品有限公 司产 品的多顶工程 中实践使用 ， 管线全线接 口达到 滴水 不漏 。 ( a ) 柔 性 企 口型 e 3 町 f d 4 一 2 8一 ( b ) 柔性钢承 口型 图 1 3异形混凝土涵管接 E l 形式 尽管异形混凝土涵管形状相对于圆形和矩形 较 为复杂 ， 但使 用此接 1：3设计 的涵管 ， 安装仍然非 常简便和快捷 ，一个 台班可安装 1 O节( 每节 2 0 3 0 m长) 以上 ， 施工中有地下水也能快速施工 ， 不需 降水 。 柔 性 企 口型 接 口异形 混 凝 土涵 管 和柔 性 钢 承 V I 型接 1：3异形 混凝 土 涵 管均 能用 于 顶进 法施 工 ， 如 要求增大顶进距离 ， 可优先选用钢承 口接 口的异形 混凝 土涵 管 。 当前 ，在顶进法施工 中应用异形t 昆凝土涵管 ， 一 般采用人工挖掘出土 ， 适宜用于异形混凝 土涵管 的顶管设备正在设计中。 4结语 ( 1 ) 市 政 综合 管 廊是 城 市基 础 设 施建 设 发 展趋 势和潮 流 ， 水泥制品企业应抓住机遇 ， 提供适 于综 合管廊 以及专用管线( 电力 、 热力 、 通信等 ) 套 管使 用 的产 品。 ( 2 ) 预制装配化混凝土涵管用于地下综合管廊 具有 ： 施工工期与现浇混凝土整体式综合管廊相 比缩 短 4 5 左右 ， 社会效益显著 ； 工程成本 与现 浇整体式综合管廊相 比不增加 ， 一般可低 于现浇结 构成本 ； 更能保证管廊质量 ， 抗渗及工程耐久性 均有提高 ； 预制装配化混凝土涵管用于地下综合 管廊可明显减少钢材和混凝用量 ， 是节能降耗符合 “ 绿 色 发 展 ， 低 碳 发 展 ” 的制 品 ； 预 制 混凝 土综 合 管廊施工作业噪声低、 现场文明、 有序而整洁 ， 具有 良好的节能环保效益等优势 。 ( 3 ) 异 形 预 制 混 凝 土 涵 管 用 于 地 下 综 合 管 廊 ， 具有 ： 结构受力合理 ， 节材节能 ； 可调整断面形 状和尺寸 ， 适应地 下空间需要 ； 可多仓分割 ， 满足 人仓管线功能要求 ； 良好的抗渗抗震性能 ； 可 利用接 口柔性性能 ， 连接成弧线管线 ； 可用 顶进 法施 工等优 点 。 ( 4 ) 研制用于地下综合管廊 的预制混凝土涵管 是为建设“ 美丽 中国” 助力 的项 目， 也是水 泥制品厂 开发新产品、 为水泥制品在新领域 中应用开创新路 的项 目， 需设计 、 研究 、 生产多方合作 ， 共同努力 ， 在 地下市政综合管廊建设 中发挥预制装配化水 泥制 品 的优势 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 2 2 8 作者简介 ： 曹生龙 ( 1 9 4 1 一 ) ， 男 ， 教授级高工。 通讯地址 ： 北京市西城 区百万庄大街 联 系 电话 ： 1 3 1 21 3 3 5 6 9 6 E ma i I ： c s I 4 3 4 6s o h u c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m