共同沟的规划与设计2

1、共同沟的规划与设计摘要 共同沟之设置为现代化城市地下空间 利用的重要课题之 一。良好的共同沟工程须经由完善之规划程序，配合都市发展 的需要，结合跨 a域之工程专业设计及高质 量之施工作业 方可完成。共同沟除可提升城市居民之生活质量，亦兼具防灾 与整合城市地下空间使用及管 理之效能。然地下管线种众 多 且特性各 M,埋设深 度 与结构尺寸 不 同，配合都市发 展所需 共同沟之布设方式、密 度与预设空间及结构形式皆须 于规划设计时缜密考量。本文将介绍都市共同沟规划设计之 流程与 方法及考 量 重点。关键词：共同沟；规划设计；干 管；电缆沟；支管；电磁电 力干扰防护；特殊断面 前言都市 地下空间之

2、利用近 年来于国内已引起相当之关注。于人 口密 集之都市内，各种地下管线之设置与维修，甚至灾后之彳复建,常因主管机关 不同，财务 状况 不一，缺乏相互间协调 及 完善之长期营运计划，造成城市道 路经常处于施工 状态下。 因施工时造成之市容影响及交通 不便所引致之无形损 失，对 都市长期发展及市民生活皆产生负面影响。此外于城 市大众运输及地铁建设时，亦常因地下管线之布设 状况复杂与纪金录不 全，增加施工困难 度，及因地下管线问题引致之工程灾变可能性。如何解决上述地下管线引致之问题，已逐渐 引 起工程界之注意。共同沟（综合管 廊、共同管道）系统将都市维生管线及其它 地下管线作一系统化之合并与管 理

3、，收纳之管线包括电 力 、 电 信、上水（自 来水）、下（污）水、瓦斯（天然气）、油 管等。 由主管机关提供道路上方及下方设置共同沟所需之空 间，构筑结构体容纳雨种以上之地下管线并根据都市长期发展预估提前投资，预 留 发展空间及维修所需之空间，使作业 时减少影响地面活动，维持市容之美观及提升市民之生活质 量。虽然共同沟有众多优点， 但是设置时所可能遭遇之困难仍 不 可轻忽。 由于共同沟建设费用庞大， 且效益非明显 立即可期，可能造成都市发展时之重大财务负担及投资时之考 量。 此外 地下管线之特性各 M ,工程及设置所需之条件不尽相同，共同置于同一管道内可能相互影响，如电 力 线产生之磁场可能

4、对电信讯号产生干扰，或如下水管线为顺向收集至终端处理，一般皆采重 力流 之设置，考虑水 力坡降于下游段埋深较大，对于非水 力管线如电信或电 力管线是否适宜合并，仍需 视个案考量，于规划设计之初即需将此«问题解决，方可发 挥共同沟之预定功能。共同沟之设置亦可 降 低天灾时管道内各种管线之损害，减少灾后彳复旧之之费用及缩短工期。近 年来 国内各大都市皆有地铁建设之计划， 于地铁建设时同时考虑进行共同沟之设置或 与地铁共构应为都市发展之方向。历史简述 共同沟之应用最早源于十九世纪，法国巴 黎于市区内之主要 道路下设置圆形下水道，并将上水、电信及压缩空气等管线 纳入其中（图一）。其后于 18

5、61年英国 偷敦设置半圆形之 共同沟，同时收纳瓦斯管、上水管、污水管、电 力 及电信管 线等（图二）。德国汉堡市于 1890 年 设置矩形共同沟，收 容电 力、电话、上下水道及瓦斯与暖气管（图三）。然初期 因技术尚未臻成熟，容 易发生问题，发展受到限制。二十世 纪间美国、苏俄与日本亦开始发展，尤其苏俄采用预铸构件 方式，施工快速。1995 年 日本阪神地震， 造成灾区停水断电， 日本政府全力抢 修，仍 屣经一至二月方才恢彳复大部分地区之供电供水。唯有 当时该区内长度 约有八公 里之共同沟及四公 里之供给管道 内之管线几乎没有损伤。仅共同沟结构体壁面发现裂缝与于 接缝处产生 漏 水现象。共同沟于

6、地震期间提供内含管线之防灾及都市减灾功能可 M 一斑。台湾地区于1990年代开 始进行共同沟建设工作，至今于台北及高雄地区已完成数条 路 线，并有其它 数 个都会区已开始进 行规划设计中。 系统 规划及调查 共同沟系统之组成包括干管（图四）与供给管，供给管又分 为支管、电缆沟与 C.C. Box （ Community, Communication, Compact-Cable-Communication Box ）（ 图五 ） ， 干管一般 设置于道 路下方，供给管则位于人行 道下方。于规划之初需 先进行一系 列之调查，收集所需之资 料以供规划 参考。一般必要之调查包括地形、地质、地下水、沿

7、线之地下 结构物及 管线外，土地使用情形及道路交通 量调查亦需一并进 行。 共同沟系统主要是配合都市发展与管线发展而布设，可为大 区域之网 路 系统或局部地区之封闭系统，而各种地下管线均已有其独 立之系统网路，共同沟系统系将现有及未来将布设 之管线系统经由科学方法整合，求得最佳化之设计。故系统 规划之第一步为界定管道收容之对象，从技术、经济、财务 与管 理上寻求最佳化之规划结果，工作 流程图详图 六。 局部地区之封闭系统由于影响范围较小， 收容管线之目标较为明确， 于规划时期所需之工作项目及范围一般较大区域之 网路 系统少，共同沟网 路系统规划作业环节之工作方法重点 如下：1. 现况调查 除前

8、述一般必要之调查项目外，规划区域及附近相关之都市 计划与发展计划、道路 交通之使用与施工挖掘情形、与道路 下方之设施皆需进行调查与整 理，提供 路网方案研拟之# 考。2. 需求预测 根据现况调查所得之资 料研拟规划区域内管线需求预测，协调各管线之主管机关及事业单位 参与共同沟系 统设置之意 愿，及了解各管线未 来之发展计划，根据未 来 都市发展之规戈山订定管线短、中及长期之需求与未 来可能 发生之困难与 解决方法。3. 基本（ 路 网）方案 基本方案首要需先决定系统之基本目标，收容型式及管线«别与设置条件。共同沟之设置条件内容如表一所示。 共同沟 系统规划之原则可就干管之共同沟与支管

9、之共同沟分别进行，其评估之项目如表二所示。就个别评估项目设定评估指 针进 行量 化之评估。4. 路 网方案研拟根据以上资料收集及项目评估之结果，选择可 行路 线进行路网方案之研拟， 依据各方案之效益评估结果， 拟定 路网方案 及替代方案。效益评估之重点包括交通之延滞、道路维护、 及管线 更新维修等。 路网方案研拟时应注意是否就可行路 线 加以选择 串耳箭、干管与供给管系统之整合、及系统与相关计 划之整合和干管与新市镇之整合等。 作业时之评估指针建议 如表三所示，并将各指标以 量 化方式进 行总体评估，选出最佳及可 行 之替代方案。于路网方案研拟同时，亦可进行 方案经济效益与投资方式之评估，将所

10、有相关之 参数评估综整以收益与成本方式（益本 比） 加以比较，作为方案选择之参考。5. 概 念设计 根据以上所决定之路 网方案及管线收容之对象与型式，进行 共同沟之概 念 设计。概 念设计之主要内容包括干管及供给管之线形大样（平面及纵剖面），标准断面之基本构想（管线 之种I®及数量），及施工方式之建议（盾构、场铸箱涵、预 铸方式）（图七）。6. 分期计划与实施计划根据 路网建设之规模、 重要性与急迫性， 配合重大市政建设、管线需求及 路段串聊，拟定建设之短、中、长期计划，并配合分期建设计划，订定实施计划，其内容包括建设之财源及 经费分摊方式、管理 维护办法、实施步骤、施工构想、信息

11、系统之建 立、及定期之系统检讨设计重点 经由完善之系统规划及经济效益分析， 决定路线（网） 分布 及收纳之管线种及数量 后即可开始进 行共同沟之设计。共同沟主体为一箱涵或隧道结构收容特定之管线，除 了 主体结 构之标准部（一般断面）外，为 了管线之功能、配置 及营运 与安全之需求，必须配合设置许多设备及特殊部（断面 变化及标准部以外之部分）设施（图八），这些设施设备与结 构 体于地质与地下水之环境下，需特别考虑与注意之状况即为共同沟之设计重点。此外于营运期间为 降 低或避免 不同管线 间之相互影响，维持管线之功能，亦为设计时需特别注意之 处。就结构设计部份，应考虑下 列 重点：1. 软弱地盘之

12、长期沉 降由于共同沟为一线形（网状）结构，沉 降 可能造成线形坡度 变化，对于重 力流 之管线（如污水管）产生影响。此外结构接头或伸缩缝处亦可能因差昇沉降产生错位，导致渗水甚或管道内之管线挫屈。对于可能产生造成较大沉降 之软弱地盘 区域应特别注意。2. 地下水位引致之上浮 力共同沟为一箱型（管 状）中空结构体，于地下水位较高，覆土较浅之区域需进行 浮 力检核，尤其于地下水位变化较大处，应特别注意。3. 地震由 1995 日本阪神地震之经验可知，共同沟于有地震威胁之 区域，其耐震设计为 不 可或缺之重要因素。进行 耐震设计时除需考 量当地之耐震设计规范外，由于管道为一较大区域之线型（网 状）结构

13、且深 度较接近地表，其破坏原因较一般结 构物 不同之处，一为强 烈之地震波引致之 力学破坏，一为因 地表破坏（变形），如地表断 裂、滑动、 不均匀沉 降及液化于分析上之基本考 量 除地质条件外，一为垂直地表方向传递之剪力波所造成管道横断面之剪 力变形 ( Racking ) ，一为 与管道轴向成 45 度 交角传递之水平剪 力波所造成结构体之挠曲及轴向变形。此外可以具可挠性之接头设计 降 低地表变 形对管道结构产生之影响。4. 液化由于共同沟之埋深一般而言皆位于液化可能发生之深度内( 地表下20 公尺 ) ，在经过疏松砂层且地下水位较高时， 应对地层之液化潜能进行评估，根据当地耐震设计规范所规

14、 定之液化评估方式，对于具有液化可能之地层，进行地盘改 良，避免因液化造成管道之破坏如结构体上浮，地盘承载 力 降低，或地表变位等现象。5. 伸缩缝与防水共同沟之线形结构应于规范之长度内设置伸缩缝，以因应管道结构因温 度 变化、混凝土收缩、及不 均匀沉 降 等因素可能导致之变形，此外于特殊段、断面变化、及弯折处皆须设置伸缩缝。对于预计变形量 可能较大处应考虑设置可挠性伸缩缝如软弱地盘、地质变化复杂及破碎带、潜在液化区等。伸缩缝之构造于管道之侧墙、中墙、顶版及底版处设置伸缩钢棒，并于该处管道外围设置钢筋混凝土框条，以利 剪力 之传递及防水，并设置止水带止水。管道结构应采用水密性混凝土并控制 裂

15、缝发生，外表使用防水膜或防水材料 保护，伸缩缝之止水带设计及施工应特别注6. 特殊断面特殊断面之设置为方 便 管线之布设与运作，包括管道分岔或交会部分、材 料搬运口及通风口、电缆或管线接头、管 伸 缩装置室、阀制装置室、集水井等处需设置此W 一般较标准断面为大之特殊断面。 应注意设置之目的及功能需求， 如结 构 体之转角应符合管线之最小曲 率半径，材料 搬运口处应设置斜角避免损伤电缆，逃生口之安全考 量 ，开口部应设于设计洪水位之上并设防止入侵与破坏设施，及人孔盖之设计必 须 防水等。必须外 露 于地表设施亦须注意美观效果。就设施与设备部分考 量1. 出入口、材 料 搬运口及通风口 为管道内所

16、收纳之管线之维修、检查或施工，需于共同沟适当间隔与地区设置人员进出与机具 料 件出入所需之出入口 及材 料搬运口（图九）。此外为排出共同沟内有害气体，补充新鲜空气及降 温，共同沟内需交互设置自然通风口及强制通风口（图十）。开口之设置高程需满足设计规范内对于洪水高程之规定，以避免洪水进入损害管线。2. 排水为排出共同沟内壁面之渗漏 水，与由通风口及人员进出口进入之雨水及消防用水， 需于共同沟内设置排水设施以避免造成管线之损害及人员作业时之危险。于管道内划分排水区段，选择最低点设置集水井及安装交互运转之沉水式泵浦排水。3. 防灾及安全为预防或 降 低管道内设备发生火灾或其它灾害之可能性，以保护工作

17、人员之安全， 以及防止人为蓄意之破坏， 需于管道 内设置防火、防爆及防破坏设施。一般项目包括自动火警警报设备、瓦斯检知设备、昊常进水警报设备、人员入侵监视设备、 CO 及 CO2 浓度检知设备（图十一）、消防设备、紧急 电话及广播设备、 紧急避难指示设备、 与其它设施如防火门、防火壁等。4. 通风、照明、给水及受配电设备管线如电 力 或电信设备运转时将产生热 量 ，污水管内之生化 反应亦可能使周围温 度 升高及产生有害气体，或因其它原因 产生之有害气体，皆须藉由通风设备排除及 降 温。此外为管道内人员作业需要及供应清扫及消防用水需设置照明与给 水设备，照 度 一般而言需 15Lux 以上，接水

18、点一般设置于人员出入口附近。受配电设备则为供应管道内之泵浦、风机、 照明及插座等电 力负载而设，可采用网 路 方式配电，分电盘 设置于人员进出口，并设置柴油发电机或 不断电系统，供紧 急照明、排水泵浦、风机及监控设备使用。5. 警报设备、标志及监控管理 中心 为防灾及安全所设之警报设备所侦测到之 H状，需 立即反应通知管道内之作业人员与监控管理中心（图十二），作 立 即 之应变。监控管理中心藉由计算机及远程遥控来 监控共同沟 内各项设备运转情形，达到环境质量维护及管 理 功能，一般设施包括广播系统、紧急电话系统、闭 路 电视系统、安全门禁系统、 及环境监控系统。 标志设施则为使管道内工作人员 迅 速明了所在位置及各项设备用途，以提高效率 并减低灾害 发生之机 率 而设置，一般项目包括导引标志、设备标志、管 线 单位标志、与注意标志。6. 电磁电 力 干扰防护 于共同沟内电 力 电缆（干扰者）及电信电缆（被干扰者）之 长距寓隹平行可能发生电磁电 力干扰问题。电 力电缆（高压电 缆）所产生之电磁场对于电信系统将造成噪声，干扰电信系 统之服务质量。干扰防范措施可以三种方式进行 ，其一为加强吸收配电系统的中性电 流 措施，二为加强平衡电 力电缆及 线路配置，三为加强遮蔽及