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【行业资讯】城市地下综合管廊技术全面剖析(内附国外典型运维实例)

2016-06-22

综合管廊,
又称共同沟,
它是实施统一规划、设计、施工和维护,
建于城市地下用于敷设市政公用管线的公用设施。
 
一、城市地下综合管廊类型介绍
 
按其所容纳的管线划分:
 
1、干线综合管廊


 
一般设置于道路中央下方或道路红线外综合管廊带内,主要输送原站(如自来水厂、发电厂、燃气制造厂等)到支线综合管廊,其一般不直接服务沿线地区。其主要收容的管线为电力、通讯、自来水、燃气、热力等管线,有时根据需要也将排水管线收容在内。在干线综合管廊内,电力从超高压变电站输送至一、二次变电站,通讯主要为转接局之间的信号传输,燃气主要为燃气厂至高压调压站之间的输送。干线综合管廊的断面通常为圆形或多格箱形,综合管廊内一般要求设置工作通道及照明、通风等设备。干线综合管廊的特点主要为:稳定大流量的运输、高度的安全性、内部结构紧凑、兼顾直接供给到稳定使用的大型用户、一般需要专用的设备、管理及运营比较简单。
 
2、支线型综合管廊


 
主要负责将各种供给从干线综合管廊分配、输送至各直接用户。其一般设置在道路的两旁,收容直接服务的各种管线。支线综合管廊的断面以矩形断面较为常见,一为单格或双格箱型结构。内部要求设置工作通道及照明、通风设备。主要特点为:有效(内部空间)断面较小、结构简单施工方便、设备多为常用定型设备、一般不直接服务大型用户。
 
3、缆线型综合管廊


 
主要负责将市区架空的电力、通讯、有线电视、道路照明等电缆收容至埋地的管道。一般设置在道路的人行道下面,其埋深较浅,一般在1.5米左右。以矩形断面较为常见,一般不要求设置工作通道及照明、通风等设备,仅增设供维修时用的工作手孔即可。
 
4、干支线混合型综合管廊
干支线混合综合管廊在干线综合管廊和支线综合管廊的优缺点的基础上各有取舍,一般适用于道路较宽的城市道路。
按断面形式划分:
 
1、矩形综合管廊

 
2、半圆形综合管廊

 
3、圆形综合管廊

 
4、拱形综合管廊

 
二、综合管廊平面布局的一般规定
 
1.与城市功能分区、建设用地布局和道路网规划相适应;
2.应结合城市地下管线现状,在城市道路、轨道交通、给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等专项规划以及地下管线综合规划的基础上确定布局;
3.应与地下交通、地下商业开发、地下人防设施及其他相关建设项目协调;
4.综合管廊适合条件:
交通运输繁忙或地下管线较多的城市主干道以及配合轨道交通、地下道路、城市地下综合体等建设工程地段;城市核心区、中央商务区、地下空间高强度成片集中开发区、重要广场、主要道路的交叉口、道路与铁路或河流的交叉处、过江隧道等;道路宽度难以满足直埋敷设多种管线的路段;重要的公共空间;不宜开挖路面的路段。
5.宜布置在道路两侧地块对公用管线需求量较大的一侧;
6.尽可能满足综合管廊与其他管线的交叉要求;
7.综合管廊接出管线的长度较短;
8.综合管廊对道路及两侧建筑物的影响较小;
9.充分满足道路规划对综合管廊管位的要求;
10.综合管廊的投料口、通风口、出入口等设施与道路景观及功能的结合;
11.宜将大管道管沟布置于人行道、绿化带下;
12.在机动车道下敷设小管道宜靠人行道,大管道靠车行道,便于小管道管沟绕行给大管道管沟投料口等节点创造条件;
13.综合管廊应设置监控中心,监控中心宜与临近公共建筑合建,建筑面积应满足使用要求。
 
三、综合管廊断面布置的一般规定
 
1.断面形式应根据纳入管线的种类及规模、建设方式、预留空间等确定;
2.应满足管线安装、检修、维护作业所需要的空间要求,管廊内部净高不宜小于2.4米,双侧设置支架或管道时检修通道净宽不宜小于1.0米,单侧设置支架或管道时检修通道净宽不宜小于0.9米;
3.管线布置应根据纳入管线的种类、规模及周边用地功能确定;
4.天然气管道应在独立舱室内设置,热力管道采用蒸汽介质时应在独立舱室内设置;
5.热力管道不应与电力管道同舱设置;
6.110KV及以上电力电缆,不应与通信电缆同侧设置;
7.给水管道与热力管道同侧布置时,给水管道宜在上方;
8.进入综合管廊的排水管应采用分流制,雨水纳入综合管廊可利用结构本体或采用管道排水方式;
9.污水纳入综合管廊应采用管道排水方式,污水管道宜设置在综合管廊的底部。
 
四、城市地下综合管廊结构设计的一般规定
 
1.结构设计使用年限应为100年;
2.结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计,并应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476)的有关规定;
3.应按乙类建筑物进行抗震设计,并应满足国家现行标准的有关规定;
4.结构安全等级应为一级,结构中各类构件的安全等级宜于整个结构的安全等级相同;
5.结构构件的裂缝控制等级应为三级,结构构件的最大裂缝宽度限值应小于或等于0.2mm,且不得贯通;
6.防水等级标准应为二级,并满足结构的安全、耐久性和使用要求;
7.抗浮稳定性抗力系数不低于1.05。
 
五、综合管廊的施工方法
 
1、明挖法现浇法

 
利用支护结构支挡条件下,在地表进行地下基坑开挖,在基坑内施工做内部结构的施工方法。其具有简单、施工方便、工程造价低的特点,适用于新建城市的管网建设。
 
2、明挖预制拼装法

 
是一种较为先进的施工方法,要求有较大规模的预制厂和大吨位的运输及起吊设备,施工技术要求、工程造价较高。特点是施工速度快,施工质量易于控制。
 
3、浅埋暗挖法
是在距离地表较近的地下进行各类地下洞室暗挖的一种施工方法。具有埋深浅,适应地层岩性差,存在地下水,周围环境复杂等复杂条件。在明挖法和盾构法不适应的条件下,浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。它具有灵活多变,道路、地下管线和路面环境影响性小,拆迁占地小,不扰民的特点,适用于已建城市的改造。
 
4、顶管法

 
当管廊穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时,采用的一种暗挖式施工方法。在施工时,通过传力顶铁和导向轨道,用支撑于基坑后座上的液压千斤顶将管线压入土层中,同时挖除并运走管正面的泥土。适用于软土或富水软土层,无需明挖土方,对地面影响小;设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快;适用于中型管道施工,但适应管线变向能力差,纠偏困难。
 
5、盾构法

 
使用盾构在地中推进,通过盾构外壳和管片支撑四周围岩,防止发生隧道内的坍塌,同时在开挖面前方用刀盘进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠推进油缸在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。
 
该法具有全过程实现自动化作业,施工劳动强度低,不影响地面交通与设施;施工中不受气候条件影响,不产生噪音和扰动;在松软含水层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。其缺点是断面尺寸多变的区段适应能力差,盾构设备费昂贵,对施工区段短的工程不太经济。
 
六、综合管廊的技术发展方向
 
预制拼装及标准化、模块化
综合管廊预制拼装技术是国际综合管廊发展趋势之一,大幅降低施工成本,提高施工质量,节约施工工期。综合管廊标准化、模块化是推广预制拼装技术的重要前提之一,预制拼装施工成本的幅度取决于建设管廊的规模长度,而标准化可以使得预制拼装模板等设备的使用范围不局限于单一工程,从而降低摊销成本,有效促进预制拼装技术的推广应用。此外,编制基于综合管廊标准化的通用图,大幅降低设计单位的工作量,节约设计周期,提高设计图纸质量。
 
综合管廊与地下空间建设相结合
城市地下综合管廊的建设不可避免会遇到各种类型的地下空间,实际工程中经常会发生综合管廊与已建或规划地下空间、轨道交通产生矛盾,解决矛盾的难度、成本和风险通常很大。应从前期规划入手,将综合管廊与地下空间建设统筹考虑,不但避免后期出现的各种矛盾,还降低综合管廊的投资成本。如综合管廊与地下空间重合段可利用地下空间的某个夹层、结构局部共板等。

综合管廊与海绵城市建设技术相结合
从目前的政策导向看,对于具备条件的排水管道建议纳入综合管廊,新版《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)增加排水管道入廊技术规定。将综合管廊的设计与海绵城市技术措施相结合,既满足综合管廊的总体功能,又能提高排水防涝标准,提升城市应对洪涝灾害的能力。例如将雨水调蓄功能与综合管廊功能相结合,是工程设计中比较容易实现的一种模式。雨水调蓄舱防淤积问题除设计坡度控制外,考虑设置复合断面和增加冲洗设施等措施。

“BIM+GIS”技术在综合管廊建设中的应用
BIM是以三维数字技术为基础,对工程项目信息化进行模型化,提供数字化、可视化的工程方法,贯穿工程建设从方案到设计、建造、运营、维修、拆除的全寿命周期,服务于工程项目的所有各方;GIS地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统。在计算机硬软件系统的支持下,对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
 
综合管廊从宏观到微观的全面信息,包括周边环境、地质条件和现状管线等。“BIM+GIS”正好互补两者之间信息的缺失。采用“BIM+GIS”三维数字化技术,将现状地下管线、建筑物及周边环境的三维数字化建模,形成动态大数据平台。在此基础上,将综合管廊、管线及道路等建设信息输入,以指导综合管廊的设计、施工和后期的运营管理,有效提高地下综合管廊工程的建设和管理水平。

七、国外典型运维实例
 
新加坡滨海湾地下综合管廊自2004年投入运维至今,全程由新加坡CPG集团 FM团队(以下简称“CPG FM”)提供服务。如何保障综合管廊的安全成为摆在新加坡政府和CPG FM面前的重要课题。
 
为了建设管理好这条综合管廊,CPG FM以编写亚洲第一份保安严密及在有人操作的管廊内安全施工的标准作业流程手册(SOP)为基础,建立起亚洲第一支综合管廊项目管理、运营、安保、维护全生命周期的执行团队。与此同时,具有30多年物业管理经验的CPG FM设施管理部总经理梁忠恕被新加坡政府选定为滨海湾综合管廊设计图纸审查小组顾问,从设计环节提供安全建设、运维的咨询意见。
 
运维管理贯穿管廊周边地块开发建设的始终
由于新加坡综合管廊建设完成、投入运营的时间早于周围的许多建筑的开发建设,所以在管廊运维期间,经常会有附近土地开挖打桩而影响管廊结构的稳固。
 
为了解决这个问题,CPG FM通过调查研究提出了两点解决办法:一是要求所有在管廊附近开挖的施工单位必须提交一份打桩的施工图纸给CPG FM;二是由CPG FM的管理人员进行专业的分析后,才能开始施工。以上办法大大减少了管廊外部维修等不必要的花费和麻烦,有效地节约了运维成本。CPGFM曾通过审查管廊周围建筑工地的施工图纸,发现该建筑施工会破坏管廊的结构,立即给予制止从而减少了损失。
 
另外,由于综合管廊在地下,很多沙井进出口很容易被其他建筑施工所覆盖。为了避免这个问题,CPG FM建议在沙井盖周围装上传感器,以便当沙井被覆盖时,工作人员能在最短的时间作出反应。 
 
系统化、精细化管控综合管廊全生命周期
地下综合管廊使用寿命长达百年。如果把管廊设施视为生命体,那么,进行日常系统性、精细化地保养就能延缓管廊内的设施、设备衰老,减少其“生病”的几率,延长使用寿命。这就为投资建设方节省了日常运维的资金投入。如何确保综合管廊生命体能够得到有效的保养、维护?CPG FM团队有一整套的管理办法和实践经验。
 
在综合管廊运维管理所涵盖的接管期、缺陷责任监测期、运营维护工作期等三个阶段,运维管理所包括的人员管理、设施硬件管理、软件管理等三部分,均有标准流程手册进行指导和严格的考核机制作为保障。在多达30本的操作手册中,《质量保证SOP》和《主要通讯程序SOP》是根本要求,《运营和维护SOP》、《计费与征收管理SOP》、《结构SOP》、《安全与健康和环境SOP》、《特殊程序SOP》是支持系统。系统的、精细化的管理方法,有利于提前预测、排查、解决故障,延缓了设备、设施老化,延长了设备、设施的寿命,为投资方带来了更好的回报。
 
打造智慧运维平台,为管廊生命注入新活力
滨海湾综合管廊自2004年投入运维至今已有12年,目前的软件系统已接近10年~15年的生命周期,加之近年来新加坡智慧城市建设的兴起,自2014年起,CPG FM与大学机构联手进行智能运维平台的研究和探索。
 
该智慧平台是一个高度自动化的系统,从操作人员进廊前的保安工作到入廊后的人员追踪,都可用闭路电视或传感器了解他们的行动且能自动分析报警。例如,运用装有探测头和GPS定位系统的自动飞行器。此飞行器不受天气限制且可以设定飞行路程,使管理人员足不出户就能完成日常巡查,而且此飞行器上的探测头还可以进行智能拍摄,检测到管廊周围有异常能自动报警,使管理人员在最短的时间了解管廊安全状况并能立即作出适当的反应;运用人工智能闭路电视分析仪。此闭路电视分析仪适用于管廊内所有一般的摄像头,如果摄像头拍摄到任何廊内工作人员不正常的活动情况或者超过其工作活动范围,闭路电视分析仪可以立即分析并报警,监控室内工作人员可以立即作出反应。这样既可以保证廊内工作人员的安全也可以保证管廊内不会发生任何违规的行为。
 
运维智慧平台建设是个系统的研究、实施过程,将从以下四个方面展开:一是集中式的绩效管理平台,包括智能能源监测、智能照明、智能保安、智能运营等,这个平台能实时跟踪整个管廊的重要设备,减少开支、增加效率;二是可持续的管廊内部环境技术,包括环境监测、通风系统监测、空气质量、施工条件等;三是集中式数据库解决方案,包括智能数据存储、提高能效、可持续性&容量可变化性、运行速度快&系统可靠性等,可以不断分析改善管廊条件;四是智能监控仪表盘,可以融合所有监控系统,只显示管理人员所需要的信息。

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