装配式综合管廊在地铁车辆基地中的发展及应用探讨

郑 辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

综合管廊亦称共同沟，是指设置于地面以下用于容纳两种及以上管线，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，是一种现代化、集约化、智能化的基础设施。综合管廊解决了路面反复开挖、架空线网密集、不利于检修等问题。相比市政管廊，地铁管线产权统一，其具有综合性、安全性、环保性、长效性、可维护性方面显著优势，因此近年来多应用于地铁尤其是地铁车辆基地中。

1 地铁车辆基地综合管廊发展现状

1.1 应用现状[1-3]

目前国内已建成了珠海横琴新区、广州大学城等市政综合管廊项目，目前北京、广州、南宁、成都等城市均开始综合管廊与地铁工程同步实施计划，广州地铁11号线目前正在实施与正线同步的48 km长综合管廊，而在地铁车辆基地中综合管廊的应用目前尚处于探索和初步实施阶段。

广州地铁于2012年开始逐步在地铁车辆基地中推行综合管廊，如图1所示。综合管廊布置原则为：压力管线可进入管廊；压力管线与弱电管线可进入同一管廊；强电管线可进入同一管廊。

图1 典型地铁车辆基地综合管廊平、剖面(单位：mm)

1.2 建设和运营现状

由于地铁车辆基地管线的特殊性，现阶段综合管廊一般不要求人行通行需求，因此管廊截面尺寸较小，一般为混凝土现浇结构，对于管线进出管廊处后期采用凿除法，支架采用膨胀螺栓固定等形式[4-5]。实践证明，综合管廊的应用大大减少了管线重复开挖和土石方量，且节省了占地。但随着综合管廊投入运营，发现存在诸多问题：设计信息化程度低、管廊防水较差、安装工期较长、结构质量不可控、设施维护难，管廊运营现状如图2所示。

图2 地铁车辆基地综合管廊建设和运营现状

2 车辆基地发展装配式管廊的可行性分析

2.1 地铁车辆基地管线种类分析

地铁车辆基地内管线一般分为五类[6]：动力管线(给水、中水、消防、喷淋、热力、压缩空气管)、弱电管线(通信、信号、FAS、BAS、安防、综合监控、门禁等)、强电管线(110 kV、33 kV、220 V以及控制保护电缆等)、重力流管线(雨水、污水、废水管)和燃气管线。

2.2 管线综合设置原则[7-8]

车辆基地内室外管线应全面考虑各种管线的性质、用途、相互管线及彼此间可能产生的影响，将管线埋深相近、性质类似而又互相不影响的管线集中布置。按此原则，强、弱电综合管廊宜分开布置，采用地下管沟的形式，若共沟须考虑分隔；考虑建设成本的原因，重力流管线宜直埋敷设，并相对集中布置于绿化带、道路一侧；弱电管线可与动力管线共沟敷设；燃气管线单独敷设。

2.3 综合管廊应用优势

传统模式的车辆基地管线一般考虑在绿化带和道路下方埋地敷设，管线施工时需大面积土方开挖和回填，后期管线检修和更换时需对道路和绿化带开挖，不利于检修[9-10]。以广州某地铁车辆基地为例，原设计考虑室外所有管线全部埋地敷设，施工图设计时考虑将动力管和弱电管线入廊，经济对比分析如表1所示。

表1 综合管廊与管线直埋经济分析对比

由表1可以看出，综合管廊的应用减少了土方开挖，且后续运营维护成本较低，具有较大优势。综合管廊满足日常运营需求，但由于断面尺寸较小，管廊内管线较多，且缺少必要的附属设计，因此对后期检修工作带来较大的困难。装配式管廊具有施工周期短、节省时间和人力成本；预制品工厂完成，质量有保证；绿色环保、单位能耗低、减少土方开挖和支护费用；采用信息化设计手段预留孔洞，防水效果好；信息化管理和维护，便于检修等特点[11]。

2.4 装配式管廊在地铁车辆基地应用可行性分析

经过多年的发展，装配式管廊已在国内多个地区得到了广泛应用，其应用具备以下成熟条件。

(1)政策法规逐渐完善：目前国内已颁布《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838—2012)、《城市综合管廊运营管理标准》等7本规范，从政策和法规上提供了建设装配式管廊的理论依据，同时提供了报审、施工、验收和运营管理依据。

(2)管线产权清晰：车辆基地内管线产权均为地铁所有，与市政管线相比不存在多个产权单位，且有独立的管线运营部门负责管廊运维。

(3)管廊断面较小：车辆基地内管线种类较少，相比市政管廊，其断面较小，投资较小，断面、节点、附属设施、防水设计均可标准化设计。

(4)多样化施工方案：装配式管廊根据不同现场条件，有半预制、整节预制、叠合装配等6种施工方案[12]，可根据现场条件选择施工方案。

(5)综合管廊绿色建造和智慧管理技术手段不断发展[13]：目前自动巡检养护、BIM全过程设计管理等手段不断发展。

3 地铁车辆基地装配式综合管廊应用研究

3.1 地铁车辆基地管廊断面设计

根据2.1中管线种类和2.2中管线综合设置原则分析，车辆基地内管廊断面可分为两种：半开放(盖板沟)和全封闭断面，根据广州地区车辆基地综合管廊建设和营运经验，半开放模式其盖板密封不严，存在雨水进入管廊内浸泡管线的现象，严重影响运营安全，从防水、运维、安全等角度考虑，建议后续均采用全封闭断面模式。

全封闭断面可分为两种：单仓和双仓，其中单仓断面根据其入廊管线又分为综合管廊、低压管廊、高压管廊三种。

(1)单仓管廊

单仓管廊设置除考虑不同种类管线按照管线间距要求外，还应考虑管线安装和检修空间需求，此外管廊内应充分预留一定的空间，以保证未来新增管线敷设。从节约投资和施工方便的角度出发，本次单仓管廊断面尺寸统一按照2 000 mm×2 400 mm(净宽×净高)设计，该断面尺寸适用综合管廊、低压电力管廊、高压电力管廊三种管廊形式，单仓管廊断面详见图3、图4。

图3 单仓管廊-综合管廊断面(单位：mm)

图4 单仓管廊-低压、高压电力管廊断面(单位：mm)

(2)双仓管廊

双仓管廊主要考虑车辆基地用地紧张情况下将综合管廊与低压管廊合并设置。从节约投资和施工方便的角度出发，本次双仓管廊断面尺寸统一按照4 250 mm×2 400 mm(净宽×净高)设计，双仓管廊断面详见图5。

图5 双仓管廊断面(单位：mm)

3.2 BIM在装配式综合管廊设计中的应用[14-15]

装配式管廊实际应用中最大的困难在于管线进出管廊位置无法提前预判并预留好合适的管线预留孔，后期若采用凿除对管廊防水层影响较大，存在雨水倒灌管廊的风险。随着BIM技术的发展，利用BIM技术对综合管廊协同设计，BIM技术可视化和可模拟性特点将工程提前在计算机中模拟建造，将项目全过程中可能出现的问题提前预判和修改，避免后期施工返工和废弃，BIM技术同时可对施工过程进行模拟和演示，计算综合管廊主要材料工程量。其设计流程为：管线二维设计→BIM建模→管线碰撞检查→节点深化→BIM协调开洞→信息提取→生成报告→反馈至设计、施工。图6为利用Revit平台对南宁地区某车辆基地管线综合进行碰撞检查，图7为装配式管廊节点模型。

图6 车辆基地管线碰撞检查示意

图7 车辆基地装配式管廊节点模型

3.3 装配式综合管廊附属设计[16]

装配式管廊相比传统现浇形式管廊，其附属设计更加多元化和智能化，附属设施主要包括管道支架、管廊内集水井、智能照明、自动灭火系统、通风排烟系统、管廊标识系统、自动巡检机器人、检修插座箱等，详见图8。

3.4 装配式综合管廊成本分析[17]

为比较装配式综合管廊与现浇管廊成本，选取断面尺寸较为接近的上海世博会地下综合管廊为例，其现浇段长6.2 km，预制管廊长200 m，管廊尺寸均为外宽3 m，外高3.4 m，壁厚300 mm。以25 m长为一个标准段，对两种施工工法进行成本分析，如表2所示。

图8 装配式综合管廊附属示例

项目现浇管廊装配式管廊安全成本施工面大,人员多,边坡与基坑支护范围大且持续时间长,安全隐患大标准化生产、开挖面小、边坡支护少、人员少、可快速回填,安全隐患小质量成本浇筑、支架打孔、结构后开洞导致透水现象严重工序少、工厂标准化预制、工艺严格、质量高场地成本占用面积大,时间周期长,断面挖方面积83m2,回填面积66m2。预制场需7000m2,长200m宽35m,断面挖方面积69m2,回填面积51m2环保成本作业面大、废弃物多、现场管理难度大、文明施工差施工简易、工期短、作业面积小、产生废弃物少工期成本需约45名工人施工,工期40d需约6名工人,工期22d,节省18d,缩短45%工期运维成本设备折旧费、意外损失费、运行费用较大,人力成本高设备折旧费、意外损失费、运行费用分别降低11%、10%、33%施工成本标准段土建总成本30.9万元,比装配式成本高4%标准段土建总成本29.5万元,装配式节约1.4万元,成本减少4%

从表2可以得出，装配式综合管廊从工期、安全、质量等各个方面均具有明显的优势，其成本普遍低于传统现浇方式。此外，目前较多城市对于装配式产业予以一定的政策支持，从用地出让、规划条件、财政减免、信贷融资等各个方面予以扶持。随着装配式产业配套企业的发展，装配式管廊的成本将会进一步降低。

3.5 地铁车辆基地装配式管廊现阶段存在的问题

(1)应加快完成地铁车辆基地装配式综合管廊设计和施工标准化编制，从断面设计、节点设计、附属设施、防水设计等多个方面加强标准化设计，节省资源消耗。

(2)现行《城市综合管廊工程技术规范》中规定防火分区距离200 m在实际设计施工中很难实现(分区太短，每个分区消防、安防等设施配置一套造价较高)[18]。

(3)规范中要求防水设计等级为二级，但止水带、止水胶条等材料寿命仅为20～30年，已开通运营的城市地下综合管廊渗水现象严重，建议按照一级防水设计，二级防水验收[19]。

3.6 装配式综合管廊发展愿景[20-21]

装配式综合管廊由于其从成本、运维、信息化设计方面具有较大的优势，因此发展前景广阔。未来装配式管廊将努力向智慧管廊发展，在工程设计、施工和运维过程中大力推进BIM、GIS等技术在综合管廊中的应用，建立综合管廊集成管理信息系统，逐步形成智能化管廊运营服务能力，积极探索基于大数据、云计算、智能监控与报警系统、虚拟现实技术的综合管廊全生命周期管理。

4 总结及建议

本文分析了地铁车辆基地综合管廊发展现状，从政策、应用、运营现状总结了目前模式存在的弊端。通过对车辆基地内管线的分析，研究了地铁车辆基地发展装配式综合管廊的可行性，并依此展开了装配式综合管廊的应用分析研究，提出了单仓和双仓两种适用于地铁车辆基地的管廊断面形式，建立了BIM模型对段内管线进行碰撞检查和节点深化设计，针对传统现浇管廊运维的困难，对管廊附属设施进行了归类设计，并从成本、未来发展趋势上对装配式综合管廊进行了比较分析，实践证明，装配式综合管廊比现浇管廊综合成本低。

经研究分析，装配式综合管廊能有效降低设计、施工和运维综合成本，且随着政策、法规和技术的不断完善，未来发展前景较好，但目前地铁车辆基地内实际应用较少，对于雨污水等重力流管、燃气管、热水管等是否入廊尚需进一步论证和研究，下一步应从标准化设计、施工等各个方面对装配式综合管廊进行研究。