预制装配式再生混凝土小型综合管廊产业化的可行性研究

吴书安 许飞 马晓宁

（扬州市职业大学，江苏 扬州 225002）

0 引言

综合管廊也称“总管道”、“市政管廊”或“综合管沟”等，是指将两种或两种以上的地下管线集中埋设于同一人工空间中所形成的一种现代基础设施。我国于2013年开始明确提出综合管廊的建设要求，2015年开始兴起综合管廊工程的建设热潮，之后国家先后公布了两批共计25个综合管廊建设试点城市，截止2016年底，我国累计建设综合管廊2000km，到2020年，综合管廊建设规模将超过8000km[1]。

我国综合管廊目前主要用于城市市政道路建设，而城市的住宅区、校区、厂区等小型区域内综合管廊应用较少，市政综合管廊与小型区域的综合管廊建设不同步，导致综合管廊功能不能得到充分的发挥。因此，城市小型综合管廊建设势在必行。

1 地下混凝土综合管廊的分类

1.1 按管廊用途不同

1.1.1 市政综合管廊：包括干线综合管廊和支线综合管廊。干线综合管廊用于容纳城市主干工程管线，一般采用独立分舱方式建设；支线综合管廊用于容纳城市配给工程管线，一般采用单舱或双舱方式建设。

1.1.2 小型综合管廊：对接市政综合管廊，用于住宅区、校区、厂区等小型区域内的管线集成，实现小型区域内管线的集中管理和维护。

1.2 按管廊结构形式分类

1.2.1 预制综合管廊：根据设计图纸及图集，在构件预制工厂和施工现场预制管廊管节，运输至指定区域进行吊装和拼装。预制拼装综合管廊可实现管廊管节的工厂化生产，生产过程可控性高，产品质量稳定；施工简便，可实现低碳环保型绿色施工作业方式[2]。

1.2.2 现浇综合管廊：是指根据设计图纸及图集在施工现场采用传统现浇方式完成综合管廊的制作，现浇综合管廊相比较预制拼装综合管廊工期长，对环境产生一定的影响。

1.3 按管廊材料分类

1.3.1 混凝土综合管廊

混凝土综合管廊一般采用普通混凝土制作，使用骨料均为天然骨料，而天然骨料为不可再生资源，大量使用必将导致我国山石资源的匮乏；另一方面，普通混凝土早期强度低，养护时间长，施工效率低。

1.3.2 钢制综合管廊

钢制综合管廊一般采用钢制波纹管制作，钢制波纹管具有良好的受力和变形性能，利于发挥钢材强度优势，管段可适应土层位移，避免地基不均匀沉降的影响，但也存在诸如无成熟的结构理论计算体系、结构节点设计和施工困难等局限性，此外在渗漏、抗浮和耐久性等方面也存在一定问题[1]。

1.3.3 新材料综合管廊

一些研究机构和企业致力于综合管廊结构新材料的研发，如竹缠绕综合管廊是以竹子为主要原料，采用热固性树脂做胶粘剂，通过缠绕工艺制作的新型管廊；高分子材料综合管廊是以高分子材料作为结构主体，利用其良好的力学性能和耐久性能，有能力使综合管廊达到100年的使用寿命。

近年来我国政府对建筑垃圾的循环再利用高度重视，已颁布相关法规和政策，推动建筑垃圾资源化利用，将废弃混凝土经过破碎、筛分、清洗等处理后制备成再生混凝土骨料，用其部分或全部代替天然骨料配制混凝土，可作为生产综合管廊的理想材料，同时废弃混凝土的规模利用，可有效缓解天然骨料大量使用导致我国山石资源匮乏的问题，符合国家政策要求和节能减排的社会理念。

2 预制装配式再生混凝土小型综合管廊概念

预制装配式再生混凝土小型综合管廊是指适用于住宅区、校区、厂区等区域内的支线综合管廊；以再生混凝土为材料，以预制拼装为制作方式，以节能环保和生产标准化为目的。

预制装配式再生混凝土小型综合管廊相比一般市政综合管廊，具有以下特征：1）主要用于小型区域内的管线集成，管廊上部所受荷载相对较小，管廊埋深也相对较浅，设计所需截面尺寸较小，构件制作、吊装、运输、安装等过程相对简便。2）入廊管线类型相对较少，仅需容纳强电、弱电和给水管线，且所需的管线数量和尺寸也较少，设计通常采用单舱矩形截面即可满足要求。3）管廊为全预制，全部构件在工厂加工预制完成、运输到现场就位安装，构件安装过程中无需采用混凝土浇筑。4）截面拼缝形式设计为整节段预制拼装，将管廊结构在纵向上进行分段，每段分别预制成型，在施工现场仅需进行管节的纵向连接，无横向连接施工。5）采用高取代率的再生混凝土生产，同时利用纤维增强技术提高成品性能，并根据不同工况采用干硬性混凝土技术或自密实混凝土技术。

3 预制装配式再生混凝土小型综合管廊产业化的政策环境

3.1 再生混凝土应用政策支持

2011年，国家发展和改革委员会颁布的《产业结构调整指导目录（2011年本》，再生混凝土产业属于鼓励类中第三十八项“环境保护与资源节约综合利用”类产业，隶属于其中的第28小项“再生资源回收利用产业化”。2017年10月，住房与城乡建设部发布《建筑业10项新技术（2017年版）》，其中第二章节“钢筋与混凝土技术”部分，再生骨料混凝土技术入选钢筋混凝土技术分支，将作为新技术在全国推广。[3]2018年10月，上海市八部门联合出台《上海市建筑废弃混凝土回收利用管理办法》，《办法》规定本市C25及以下强度等级混凝土生产企业应当按照相关标准要求，在确保质量基础上合理使用再生骨料，再生骨料对同类材料的取代率不得低于15%；鼓励C25以上强度等级混凝土、预拌砂浆、墙体材料等生产企业，按相关标准规定合理使用再生骨（粉）料等再生产品。

3.2 预制装配式管廊应用的政策支持

《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号）第十六条明确提出“积极推广新工艺、新材料和新设备，推进新型建筑工业化，支持发展装配式建筑，推广应用管道预构件产品，提高预制装配化率”。《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》（国办发〔2015〕61号）第八条支出“推进地下综合管廊主体结构构件标准化，积极推广应用预制拼装技术，提高工程质量和安全水平，同时有效带动工业构件生产、施工设备制造等相关产业发展。”《深圳市地下综合管廊管理办法（试行）》第二十三条提出“建设、交通运输、水务等部门应当推动建筑信息模型、管廊主体结构构件标准化、预制拼装等技术在管廊建设工程中的应用。”《合肥市城市地下综合管廊管理办法（试行）》第十一条鼓励采用新材料、新工艺、新技术，稳步推广采用预制管廊拼装技术，提高工程质量、安全和节能环保水平。

4 预制装配式再生混凝土小型综合管廊产业化的市场环境

4.1 丰富的资源供给

近年来，我国城市建设快速发展，大量废旧建筑被拆除，每年产生约3亿吨建筑垃圾，其中约30%以上为废弃混凝土块。传统的建筑垃圾处理方式主要是运往郊外填埋，这样不仅要花费大量的运输费用，占用大量的耕地，还会造成城市郊区的环境破坏。若能对废弃混凝土加以利用，用以生产预制装配式再生混凝土小型综合管廊，不仅能解决日益增长的垃圾处理危机，而且可以节约生产混凝土所需的天然材料，具有显著的社会、经济、环境效益。

4.2 潜在的市场需求

4.2.1 完善城市管廊体系建设的要求。目前，我国综合管廊多用于城市市政道路建设，根据调研，目前诸多城市已建成的城市综合管廊利用率较低，未能充分发挥其应有作用，究其原因是住宅区、校区、厂区等区域内综合管廊的应用较少，未能实现小型区域综合管廊与城市市政综合管廊连接。因此，城市市政综合管廊必须与小型区域的综合管廊协同建设，构建完整的城市管廊体系，才能更好发挥已建城市市政综合管廊的作用。

4.2.2 小型区域运性管理的要求。在小型区域推广使用综合管廊，充分利用小区内的道路及其他公用设施的地下空间，有利于在局部区域内实施各类管线的共同维护和集中管理，解决小区内部管线敷设位置紧张、管线杂乱无章、管线升级和管线维修带来的路面重复开挖等问题，提高小区运行管理的效率和水平。

4.2.3 绿色生产的要求。小型综合管廊采用预制拼装技术，可实现管廊管节的工厂化生产，生产过程可控性高，产品质量稳定；施工简便、安全、有序，工期短，可实现低碳环保型绿色施工作业方式。

目前小型区域综合管廊建设已经在部分城市进行采用，如山东青岛千禧国际村项目；辽宁沈阳温馨港湾园区；天津塘沽区悦海花园小区等项目均采用小型综合管廊。国家重视地下空间综合利用，对综合管廊推广力度不断加大，小型综合管廊建设项目将日渐增多，小型综合管廊将会形成一定规模的市场需求。

5 预制装配式再生混凝土小型综合管廊产业化的技术环境

5.1 预制装配式管廊技术发展状况

5.1.1 规范标准编制状况

近年来国家和各省市积极进行地下综合管廊技术标准的编制工作。2015年，国家标准《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838)批准实施；上海市地方标准《城市综合管廊维护技术规程》(DG/TJ08-2168)批准实施；黑龙江省地方标准《哈尔滨市预制装配整体式混凝土综合管廊技术导则》批准实施；湖南省地方标准图集《市政综合管廊的主体工程、节点工程、附属工程、预制拼装工程》(湘2015SZ102-1-2-3-4)、《城市综合管廊BIM技术应用》正式出台。2017年，湖南省地方标准《湖南省预制装配整体式混凝土综合管廊结构技术标准》（DBJ43/T329-2017）正式实施；国家建筑标准设计图集《综合管廊给水管道及排水设施》（17GL301、17GL302）、《综合管廊热力管道敷设与安装》（17GL401）、《综合管廊缆线敷设与安装》（17GL601）正式实施。2018年，中国工程建设标准化协会批准《城市地下综合管廊管线工程技术规程》（T/CECS532-2018）正式实施；国家建筑标准设计图集《综合管廊工程BIM应用》（18GL102）正式实施。其余如江苏省、福建省、辽宁省也都出台了各自的综合管廊建设指南或技术导则。

5.1.2 技术推广应用状况

在综合管廊的建设发展过程中，国内众多学者和专家围绕市政综合管廊进行了一系列研究，累计发明多项专利技术和专有技术，形成多个自主知识产权体系和系列研究成果。上海同济大学通过足尺模型试验对预制预应力综合管廊进行研究，预制管节通过预应力筋现场拼接，研究成果被成功应用于上海世博园管廊项目中。哈尔滨工业大学和黑龙江宇辉建设集团共同研发叠合装配式综合管廊体系，将管廊的内外墙、顶板、底板拆分为单个构件，利用约束钢筋搭接连接和钢筋环插筋连接技术现场拼装，现场后浇混凝土。湖南远大住工发展有限公司开发了一种预制叠合整体式综合管廊体系，该体系包含夹心叠合侧墙、叠合底板和叠合顶板三类构件，均由预制和现浇两部分组成，受力和计算方式同现浇结构。北京中泰国际公司自主研发了泰合金复合材料为主材的管廊模具系统和接口密封防护技术[4]。

5.2 再生混凝土技术发展状况

5.2.1 规范标准编制状况

我国对再生混凝土利用技术的研究相比较发达国家起步较晚，但随着国家对建筑固体废弃物循环再利用高度重视，近年来再生混凝土技术发展迅猛。为促进再生混凝土行业健康发展，国家和地方陆续出台相关技术标准，2010年，颁布《混凝土和砂浆用再生细骨料》GB/T25176-2010、《混凝土用再生粗骨料》GB/T25177-2010、《再生沥青混凝土》GB/T25033-2010。2011年起，相继出台《再生骨料地面砖和透水砖》CJ/T400-2012、《再生骨料应用技术规程》JGJ/T240-2011、《再生骨料透水混凝土应用技术规程》CJJ/T253-2016等行业标准。

5.2.2 技术推广应用状况

上海市早在2010年就在世博园项目中进行了再生混凝土工程应用示范，两幢单体建筑的楼板均用C30再生混凝土浇筑，取得了满意的结果。扬州惠民再生资源有限公司于2013年建成全市首家再生混凝土示范生产线，其新厂区办公楼主体结构及厂区道路建设中全部采用了该生产线生产的再生混凝土，同时该公司建设有多个再生混凝土制品生产线，其产品被应用于扬州市及周边城市的多个工程中。北京建筑工程学院积极研发废弃混凝土处理与利用技术，建成两条大中型废弃混凝土处理示范生产线，并研制了再生砖、再生砂浆等产品的制备技术，其产品在本院6号实验楼工程中被成功应用。浙江省有多家企业开展再生混凝土制品的研发，如桐乡市同德墙体建材有限公司开发的再生混凝土多孔砖生产线，杭州富丽华建材有限公司开发的再生混凝土轻质隔墙板生产线，富阳市拒兴建材有限公司开发的再生混凝土生产线等，产品被应用到多个工程中。

5.3 预制装配式再生混凝土小型综合管廊技术研究

扬州市职业大学围绕预制装配式再生混凝土小型综合管廊技术开展系统研究，编制完成应用于城市小型区域的预制装配式再生混凝土小型综合管廊图集，选取其中A1型小型管廊为研究对象，管廊净宽2.2米，净高2.0米，单个预制管节长度2米，共制备3节管廊，材料选用C30纤维增强干硬性再生骨料混凝土，再生骨料替代率为100%，增强纤维采用改性聚丙烯纤维，纤维掺量为1.2kg/m3，钢筋采用热轧HPB300级钢筋和热轧HRB400级钢筋，管廊连接采用承插口式双胶圈柔性连接，模具采用专用铝合金模板，管节容纳给水管道、电力电缆、通讯线缆及自用管线，采用蒸汽养护。管廊成品制成过程中进行材料性能检测，包括再生骨料性能检测、再生混凝土力学性能检测；管廊成品制作完成后，模拟车行道下管廊承载及受力，对管廊成品的进行压力实验，同时开展闭水实验。[5]实验主要结论表明：1）再生骨料性能满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T25177-2010）的要求。2）干硬性再生混凝土前期强度增长较快，具有明显的快硬早强特点，可发挥装配式混凝土构件工业化生产的优势。3）压力实验中，在模拟的车行道荷载的作用下，小型管廊成品的承载能力极限状态和正常使用极限状态可满足《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）等相关规范要求。4）闭水实验中，试验管段浸泡2天后，在规定的观测时间内未发现渗漏现象，管廊防水性能满足《城市综合管廊工程技术规范》（GB50838-2015）、《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）、《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2011）等相关规范要求。

6 预制装配式再生混凝土小型综合管廊碳排放的评估

扬州市职业大学预制装配式再生混凝土小型综合管廊课题组选取图集中A1型小型管廊为研究对象，以碳排放作为评价指标，对管廊混凝土结构进行了全生命周期碳排放量的评估（不包括管线）。研究时间界定为从管廊制备材料准备至管廊拆除回收的整个过程，并将全生命周期划分为建材生产、施工建设、运行与维护、拆除与回收阶段四个阶段[6]。

采用Bottom-up模式，基于各阶段主要采用的机械设备类型及作业时间等参数，结合《2018年全国统一施工机械台班费用定额》及能源消耗与燃料碳排放标准，建立了预制装配式再生混凝土小型综合管廊全生命周期碳排放评价模型，并以某小区的A1型小型管廊为算例，对其进行了碳排放的评估，结论如下：1）总长仅200m预制拼装再生混凝土小型综合管廊会产生11t碳排放，因此应制定科学合理的生产、施工组织设计，严格控制对环境的影响。2）建材生产与施工建设阶段产生了全生命周期内绝部分的碳排放（约96%），其中建材的运输与沟槽边坡支护比重最大，应作为重点控制工序，通过减少运输距离、优化边坡支护方案等有效措施进行改善。

7 结语

目前，国家已出台系列预制综合管廊及再生混凝土循环利用的政策，预制装配式再生混凝土小型综合管廊的产业化推广具有丰富的资源供给和广阔的市场需求，支撑产品生产的技术条件初步具备。因此，预制装配式再生混凝土小型综合管廊产业化无论在政策上、技术上及市场化推广等方面的评估结果均是可行的。