地下轨道交通和综合管廊协同建设相关问题研究

安泽宇， 郭 旺

(1. 天津市市政工程设计研究院， 天津 300051； 2. 天津市基础设施耐久性企业重点实验室， 天津 300051)

0 引言

随着我国城市化进程的不断推进，城市发展规模逐渐扩大，马路拉链、交通拥堵等问题日益凸显。城市主要道路下的各类市政管线数量庞大，而且干管和干线比较集中，同时地面车辆较多，路面开挖造成的影响广泛，因此，在道路建成后不宜进行反复开挖，适宜规划建设地下综合管廊[1]；而城市主要道路的地面交通拥堵问题，可以通过轨道交通这种容量大、效率高的交通方式来得到有效解决。

《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》[2]提出，推进轨道交通建设，有序开展综合管廊建设，并强调各个专业间的协调，在交通流量大、管线密集的市政道路和轨道交通沿线建设地下综合管廊。轨道交通和综合管廊项目的工程体量大，牵涉范围广，二者的协同规划与建设对项目管理和建设技术等方面提出了更高的要求。史海欧[3]对城市老城区地铁沿线同步建设干线综合管廊进行了案例分析，并指出燃气和排水管线不宜和地铁合建、下穿。彭世兴[4]分析了在已建和新建城区进行地铁和管廊同步建设的可行性，并建议在老城区优先采用盾构管廊，在新城区采用明挖式管廊。何建军等[5]探讨了综合管廊和轨道交通的竖向和平面关系，以及常见的典型共建方案，未考虑暗挖施工、管廊和轨道合建等形式。柳宪东[6]研究了在城市中心区与地铁结合、采用盾构法建设综合管廊的设计方法，并对防火问题进行了性能化分析。曾国华等[7]研究了采用浅埋暗挖法进行管廊和车站同期建设的不同方案，并推荐采用地铁车站降水导洞兼作综合管廊的设计方案。王贺敏[8]探讨了地铁与管廊的统筹协调问题，提出应综合考虑2个工程的空间关系、实施时序、可实施性，以控制总体投资为前提来协调工程解决方案。

目前国内在轨道交通和综合管廊协同建设方面的研究成果不多，研究范围不够全面，缺乏对协同建设相关问题的系统分析研究。为推动轨道交通和综合管廊的协同发展，系统解决马路拉链、交通拥堵等城市发展问题，合理利用有限的城市土地资源，本文探讨轨道交通和综合管廊在规划、设计、施工等阶段进行协同建设的必要性、可行性和建设方案，重点分析不同的线路规划、建设工法、轨道交通埋深等情况下两者的协同规划方案，并指出各方案的不足之处以及需要注意的问题，以期为类似的项目建设提供参考。

1 轨道交通和综合管廊协同建设的必要性和可行性

1.1 必要性

轨道交通和综合管廊都是体量庞大、复杂繁琐的项目，都具有一次性投资成本高、设计使用年限长的特点，涉及多个政府部门和建设、设计、施工等单位，需要在“多规合一”背景下建立规划衔接、事权划分与行政协调机制[9]，统筹协调多种要素，进行审慎而全面的规划与建设，以便实现城市土地集约开发和空间充分利用。

在轨道交通和综合管廊的线路重合或靠近区域，往往会出现平、立面交叉，两者相互联系却又相互制约。这就需要有关各方互相协调，密切联系，综合考量交通和管线规划，协同打造城市市政主干通道，形成一个有机整体，确保各项工程的质量和进度，统筹提高项目建设的综合效益。

1)从保证决策合理性方面考虑，轨道交通和综合管廊都需要解决燃气管线的布设问题。目前在国内，燃气管线进入综合管廊的安全性还有待考证[10]，常采用分舱独用的形式，而此种形式在经济性方面没有优势[1]，因此很多综合管廊项目不纳入燃气管。在地铁建设和运营阶段，需要控制车站建筑与燃气管线的安全间距，地方政府也出台了相关的管理办法和要求[11]。将轨道交通和综合管廊进行协同规划，可对燃气管是否入廊、入廊形式、与地铁间距等进行综合考虑，使其布设更加合理。

2)从提高施工安全性方面考虑，综合管廊暗挖施工对已有地铁隧道的影响分析表明，两者先后单独施工的安全风险明显增加，施工质量控制难度加大，同期施工将有效解决这一问题[12]。

3)轨道交通和综合管廊协同建设有利于避免重复工作，提高地下空间利用率，减少土地的永久征用和临时占用，缩短工程建设周期，产生巨大的社会效益。

4)轨道交通和综合管廊的协同建设还能显著降低投资成本，据统计，与不考虑两者协同建设相比，广州地铁11号线沿线规划建设地下管廊，综合成本降低7.07亿元[3]，经济效益明显。

1.2 可行性

1.2.1 城市规划

轨道交通和综合管廊通常均处于开发成熟、人口众多的城市中心，或者规划起点高、发展潜力大的城市新区。轨道交通和干线、支线综合管廊通常均沿城市地面交通主干道进行建设，两者规划路由重合度较高。将综合管廊和轨道交通进行协同规划建设在繁华市中心和城市新区中都得到了很好的应用。例如，福州地铁4、5号线一期工程经过已建城区，在部分路段交汇形成一个闭合环路，并在该环路同期规划建设综合管廊[4]；江苏南京河西新城江东南路中，有3.9 km管廊与有轨电车1号线的6个车站及区间共线，有1.35 km管廊与地铁宁和城际线的2个车站及其两侧区间共线[13]。

我国住建部下发的《城市地下综合管廊工程规划编制指引》、国家规范《城市综合管廊工程技术规范》等均提出，综合管廊应与轨道交通、地下道路、地下综合体、人防工程等相配合、衔接、协调。在轨道交通和综合管廊的项目规划阶段，需要考虑的要素是有很多重合的，规划部门将两者同时进行考虑，可使决策方案更加全面而合理，提高项目实施可行性，减少重复工作，例如：

1)信息共享。由于规划线路的统一性，沿线的地质勘察、周边建构筑物、地下管线等资料都可共享共用。

2)迁改管线入廊。在地下轨道交通的建设过程中，管线迁改是一项数量庞大、难度较高的工程。在轨道交通沿线协同规划建设综合管廊，探讨迁改管线进入综合管廊的可行性，可一并解决轨道交通建设时的管线迁改问题。

3)轨道交通所需管线就近入廊。轨道交通所需要的电力、电信等管线，可直接敷设在沿线的综合管廊中。

4)市政管线敷设于地铁隧道。在满足限界要求的前提下，可在地铁区间隧道的富余空间中适当规划敷设缆线。

1.2.2 设计施工

目前国内常用的地下轨道交通和综合管廊的结构形式大体相同，断面多为矩形箱体断面或圆形断面，建设工法亦基本一致，常用建设工法有明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法和盾构法等[14]，不同工法的定义和对比情况如表1所示。

表1 地下轨道交通和综合管廊常用建设工法对比Table 1 Comparison among conventional construction methods for underground rail transit and utility tunnel

国内采用盾构法建设综合管廊的工程经验较少，现行的《城市综合管廊工程技术规范》较少涉及盾构管廊。而在城市中心繁华地段采用明挖法等受到交通疏解、管线迁移等诸多限制，不利于综合管廊的推广应用。地铁区间隧道建设普遍采用盾构法，设计方法和施工工艺相对成熟和完善，可为综合管廊建设提供参考。由于盾构的单次使用费用较高，地铁和管廊同期建设有利于提高机具使用率，分摊建设成本。

综上分析，在设计、施工阶段，轨道交通和综合管廊可采用相同或相近的建设工法与工艺，BIM概念的提出和相关技术、软件的研发为多专业、多工种的协同工作提供了可能，施工场地、配套办公和生活临建、施工机械设备等均可共用，这些都能够减少重复工作，提高实施效率，降低投资成本。

1.2.3 限制因素

虽然轨道交通和综合管廊协同建设的可行性较高，但仍然存在一些限制因素需要进行充分考虑。

1)轨道交通和综合管廊的协同建设涉及多部门的沟通协调，这是影响项目实施效果的关键性问题。

2)轨道交通是城市地下人防工程，人员流动频繁，对安全性要求较高。轨道交通和综合管廊协同建设时，需充分考察中高压燃气管入廊问题以及污水管内产生爆炸性气体的可能性[5]。

3)由于入廊市政管线，尤其是重力流管道的要求，综合管廊的局部线路走向和竖向标高需进行调整，会影响到综合管廊和轨道交通的相对位置关系、能否共用结构构件等，在综合管廊受轨道交通限制而无法满足管线要求或入廊成本过高时，甚至会导致管线无法入廊。

4)目前，轨道交通和综合管廊的设计与施工采用不同的规范、规程，技术要求也不尽相同，因此设计与施工人员在具体操作时，对于无法统一的地方，需要将两者进行协调、平衡，确保各项工程的规划与建设方案和谐统一。

2 轨道交通和综合管廊协同建设方案

2.1 协同规划

轨道交通和综合管廊协同规划与建设顺利实施的前提和重点是有关部门进行合理而有效的统筹规划，尽量避免两者在后续开发建设过程中出现不协调的情况,尤其在开发程度很高的大城市中心地带，建设工法选择余地较低，周边环境要求较高，因此更加需要在规划阶段明确轨道交通和综合管廊的路由、水平和竖向的相对位置等。

2.1.1 轨道交通区间隧道和综合管廊协同规划

1)区间隧道和综合管廊分建。轨道交通区间隧道一般采用盾构法施工，埋深较大，综合管廊可根据埋深、地质、施工条件等灵活设置于区间隧道上部或侧面，如图1所示。管廊亦采用盾构法建造时，需充分评估同期盾构施工的可行性，保证两者均满足盾构实施条件，降低盾构隧道开挖风险； 应避免综合管廊频繁斜穿轨道交通区间隧道，减少线路交叉，当出现交叉时，应根据地质情况和相关规范要求，通过计算合理确定间距。

图1 综合管廊位于轨道交通区间上方或一侧方案示意图Fig. 1 Sketch of utility tunnel on upper right of rail transit tunnels

2)区间隧道和综合管廊合建。区间隧道和综合管廊采用大直径盾构的方式进行合建时，地铁车辆应位于隧道中部以便尽可能满足限界要求，而在隧道上部或下部布置管廊舱室[6]。该种方式可最大限度地减小地下空间的占用，但隧道直径过大，实施难度增加，且管廊中布置的电力、光缆等有可能干扰地铁车辆的正常运行。

3)区间隧道局部敷设市政管线。在满足限界等要求的前提下，区间隧道内也可适当设置市政管线，如厦门市正在规划建设的148 km轨道交通隧道内布设市政公用弱电缆线[15]，可有效促进地下空间的充分利用，减小综合管廊的结构断面尺寸，降低建设成本。

2.1.2 轨道交通车站和综合管廊协同规划

一般来说，车站的埋深不足以达到管廊设置于其正上方的要求。管廊在经过车站时，如果周边交通疏解、施工场地等方面均满足要求，可采取局部绕行的方式避开车站所在区域，如图2所示。绕行空间较为充裕时，可采用常见的多舱室并排的单层管廊，当水平空间较为局促时，可采用双层管廊，并减小每层的舱室数量。

图2 综合管廊绕行通过轨道交通车站方案示意图Fig. 2 Sketch of utility tunnel bypassing rail transit station

由于规划、施工等方面的原因导致车站的埋深较大时，综合管廊可通过合建或分建2种形式设置于车站上方，并应注意满足顶板最小埋深要求。

1)车站和管廊可采用两者共用结构构件的合建形式，如图3(a)所示。某双层车站地下一、二层结构净高分别为5.25、6.19 m，车站顶板上覆土厚6.3 m，合建综合管廊为净宽(5.35+7)m、净高3.8 m的双舱管廊，底板与车站顶板共用，管廊顶板上覆土厚2 m。此种方式可适当降低工程造价，但是将导致建筑单体体量偏大，结构设计和施工难度加大，另外需注意管廊箱体跨度与车站相协调，必要时可将管廊分成多部分，分别设置于车站不同跨度的上方。合建时，应尽可能统一两者的设计和施工单位，注意协调好两者的权属和运营单位，确保责任分工明确。

2)车站和管廊采用分建形式更为常见。管廊舱室数量、跨度受车站影响较小，如图3(b)所示。该管廊为净宽(3+4.5+2.1) m、净高3.8 m的三舱管廊，车站顶板埋深较两者合建时增大了1 m。分建时需控制好两者的合理间距，并充分考察两者在结构受力等方面的相互影响，管廊应注意规避车站上翻顶梁。广州地铁2号线首期工程中，站台宽度小于9 m的车站均采用无柱单跨结构[3]，不仅提高了乘客通行效率，还避免了下翻梁对车站设备区管线布置的影响，以及上翻梁对综合管廊的影响。北京王府井地下综合管廊和地铁8号线三期王府井北站及其两端区间共线，采用暗挖施工，埋深较大，在综合比选了合建和分建方案后，由于合建方案为异型断面结构，地表沉降不均匀且偏大，并需要单独开挖降水导洞，工程废弃量大，成本较高，最终选择管廊和车站分建方案，利用车站两侧的降水导洞，适当扩大截面尺寸作为综合管廊[7]。

不建议仅为了将管廊设置于车站上方而增大车站埋深，因为埋深的增加将大幅提高工程造价，并增加人们进出站的路程和时间。据测算，长230 m的标准双层车站埋深增加4 m时，造价将提高约4 000万元[8]，增幅达到15%～20%。此外，管廊设置于车站上方后，车站的有效覆土厚度减小，对结构抗浮的要求更高，需考虑此种情况下抗浮措施的有效性及对工程造价的影响。

(a) 合建

(b) 分建

2.1.3 轨道交通附属建筑和综合管廊协同规划

2.1.3.1 综合管廊位于轨道交通附属建筑下方

轨道交通附属建筑分为地上、地下2部分。对于风道、出入口等附属建筑，其地下结构埋深不足以达到管廊设置于其正上方的要求时，可将管廊设置于车站地下2层一侧、单层风道或出入口下方，如图4(a)所示； 当管廊埋深增大后，不利于沿线管线的接入，且整体造价将大幅提高，在满足结构受力、使用安全等要求时，可将车站侧墙、出入口底板与管廊共用，如图4(b)所示。当采用盾构法建设综合管廊时(如图5所示)，需研究确定管廊与车站、风道、出入口在水平和竖向的安全距离。

(a) 分建

(b) 合建

图5 盾构法建设综合管廊位于轨道交通车站附属建筑下方方案示意图

2.1.3.2 综合管廊位于轨道交通车站出入口上方

风道顶板的埋深通常与车站主体一致，而出入口的顶板埋深相对较大。条件适宜时，可将管廊设置于车站出入口上方，如图6(a)所示。由于出入口的结构布置灵活多样，对于埋深的限制相对较少，因此，当出入口的埋深亦不满足管廊上穿要求时，可采取出入口局部降板的形式，如图6(b)所示，但这种做法增加了人们上下台阶的次数，降低了人们的出行体验，并需要确定是否满足建筑、消防、暖通等专业的要求。

风道、出入口的出地面部分，可与综合管廊的投料口、排风口、逃生口等进行协同建设，但应同时满足轨道交通和综合管廊在环控、人防和消防等方面的要求。轨道交通的其他地上附属建筑主要有车辆段、主变电所和监控中心等，可与综合管廊的监控、检修系统等在功能上有重合的配套公建进行协同建设，提高附属建筑的利用效率。

(a) 出入口不下沉

(b) 出入口局部下沉

2.2 协同设计和施工

建设工法的选择与多种因素有关，涉及城市规划情况、建设工期、投资成本和周围环境状况(如建筑物、交通、管线、施工场地等)、地质条件、结构型式和埋深等方面，需要按照具体情况，全面比选后确定。轨道交通和综合管廊工程应采取相同或相近的建设工法。相对来说，轨道交通项目的工程规模和建设难度较高，为避免轨道交通和综合管廊项目实施进度上出现较大差距，应尽可能选择设计和施工效率高的方案进行轨道交通建设。例如，在北京地铁14号线工程中，大直径盾构一次推过区间隧道和地铁车站区域，并在此基础上扩挖形成车站，该工法施工效率高，车站和区间施工相互干扰问题得到合理解决，有效缩短了土建工期[16]。

1)如果由多个设计单位进行轨道交通和综合管廊不同区段的设计，应在设计之初统一总体技术要求、方案做法，明确各设计单位负责区段，并对区段相接处进行细化，减少重复工作，避免衔接不当。要充分重视总平面图和关键位置断面图的绘制，避免平面和竖向上的冲突。

2)充分利用BIM相关技术、软件，实现多专业、多工种的协同工作。建筑信息模型的建立和更新应贯穿于施工图设计的整个过程，并且各设计单位负责区段的设计方案如果有变动，需及时更新模型，确保尽早发现问题，并及时沟通，协调解决。各个设计单位的设计方案还应从一体化协同设计的角度出发，做进一步的整合、深化。

3)根据不同建设地点、不同工程项目的具体情况，合理确定施工方案。轨道交通和综合管廊工程可共用施工场地和设备器械，提高施工效率，降低工程投资，减少对周边环境的影响。对于施工过程中发现的问题，应及时与设计单位进行沟通，保证前期规划与设计方案顺利实现。

4)由于某些实际原因无法进行轨道交通和综合管廊同期建设的，先期建设的项目要为后续开发建设预留实施空间和接口。后期建设项目在施工过程中，可能对已建成项目的正常运营产生不利影响，对此需要进行充分研究，制定相关措施和预案。

2.3 组织管理

由于牵涉甚广，主管部门应在决策阶段便理顺有关各方的职责权能，从政府部门、建设单位，到勘察、设计、施工、监理等单位，再到使用阶段的权属和运营等单位，应建立完善的组织结构和管理机制，提高沟通效率，实现有关各方利益共享，风险共担，避免“两不管”、“管理真空”现象发生。

建议采用EPC(设计采购施工总承包)或EPCO(设计采购施工运营总承包)模式，充分发挥工程总承包单位的资源整合和组织协调能力，以便不同分项工程的统一管理，避免各分项工程及其设计与施工的完全分离导致成本增加，以及不协调而影响建设进度等，实现轨道交通和综合管廊协同建设的高效管理，提高项目综合效益。

由于项目规模巨大，总承包单位可将轨道交通和综合管廊项目分成多个设计、施工标段，并分包给不同的设计、施工单位。总承包单位作为主要管理方和重要参与方，需指导有关各方将规划等部门的要求与意见转换成实际的设计与施工方案，对安全管理和工程质量总负责，合理控制项目总投资和总承包方本身的成本，并平衡好2个分项工程的进度情况。

3 结论与讨论

1)轨道交通和综合管廊协同建设有利于系统解决地面道路拥堵、马路拉链等问题，提高决策方案的全面性和合理性，统筹提高经济和社会效益，但对管理和技术水平的要求更高。两者的规划路由通常高度重合，建设工法基本一致，BIM等相关技术、软件为多专业、多工种协同工作提供了可能，将两者进行协同规划与建设的可行性较高。

2)轨道交通和综合管廊的协同建设牵涉部门较多，需界定有关各方责任，建立完善的协调管理机制，实现利益共享，风险共担。建议采用EPC或EPCO模式，充分发挥总承包单位的综合协调作用，总承包单位要对各分项工程的规划、设计与施工进行统筹安排，尽可能统一建设工法、技术要求和项目进度等。

3)提高项目规划方案的合理性是两者协同建设的重点。根据综合管廊与轨道交通区间隧道、车站及其附属建筑的埋深、场地条件等，综合确定两者在水平和竖向的相对位置，并充分考察设计和施工难度及可靠性，合理控制项目成本。

4)目前政府部门在轨道交通和综合管廊协同建设方面的支持和引导作用有待加强，示范性优质工程较少，没有形成系统的、可复制推广的先进理念和经验做法，亦没有国家标准和规范来指导建设，这些都在一定程度上限制了相关项目的推进和发展。

5)本文的重点内容在于轨道交通和综合管廊的协同规划方案，而对具体的设计方法和施工工艺等论述相对较少，尚需在后续做进一步研究，以便为项目建设和国家标准、规范的制定提供更加充分的参考。