基于城市地下管线切改的分析研究

PAGEPAGE基于城市地下管线切改的分析研究摘要：城市公用设施是城市重要的服务性基础设施，随着城市近年来的快速发展，城区土地资源进一步紧张，向地下要空间已成为大城市开辟新的发展空间、完善城市公共服务水平的重要手段。由于此类的地下设施多建在城市核心地区的城市道路下，故为保障设施的顺利实施，在前期和实施过程中须处理并协调好与既有的各种地下管线的关系。本文结合天津市部分地下设施实施的案例，总结了管线切改所遇到的问题、处理原则和经验，可作为相关的地下设施实施前进行管线切改的规划参考。1.概述基于人口增长和经济腾飞所产生的巨大压力，大城市都在开辟新的发展空间。近年来随着天津经济社会的快速发展，土地资源紧张、地面交通拥堵等现实情况日益严重，使得我们更加重视地下空间的开发利用。从经济角度看，天津已具备开发地下空间的经济能力，2011年天津市人均GDP已达13000美元，国外经验表明，当人均GDP达到3000-5000美元以上，常常会出现地下空间开发的高峰；从工程地质角度看，天津市潜水埋藏深度为0.5-2.5米左右，潜水对混凝土结构的腐蚀性类型一般为硫酸盐型，对混凝土结构不具腐蚀性或具有弱腐蚀性。市区地下浅层和次浅层区域内，除临近活动断裂发育地区、埋深较大河道以及可液化土层地区工程建设适宜性差，其它大部区域为地下工程较适宜建设区。可见，天津的经济实力及地质条件为地下空间开发利用奠定了较好的基础。近年来，天津市在建的大型地下公用设施主要包括地铁1、2、3号线和5、6号线的车站和盾构区间、文化中心地下商业设施、天津东站地下交通设施、天津西站地下商业和交通设施等，在类似的项目中，大部分地下工程都占用了城市道路下的地下空间，而城市道路下往往有大量的地下管线，因此地下管线的切改工作往往是这些地下设施实施前的重要环节。2.管线切改原则的确定管线切改投资大，周期长，且涉及到供水、排水、电力、通信、燃气、供热等多种行业的十几种管线的迁移，每种管线都像一张网一样有其系统性，往往是牵一发，动全身，其复杂程度可想而知。根据对地下管线切改工作的多年经验，我们认为在项目选址或初步设计过程中，如果能通过调研或征求方案意见的方式避开大型的、重要的地下管线是无疑最佳的选择，如果确实不能避开，那么如何体现切改方案的合理性和可操作性就变得尤其重要。为保证方案的合理性和可操作性，在方案编制前期，需要确定管线切改原则，这一原则将指导整个方案编制过程，原则的确定应与规划主管部、站体和管线设计部门根据地下设施所处区位、地下管线分布情况、站体方案、导行措施、拆迁范围、管线实施的技术手段来综合确定，主要包括以下几个方面：（1）管线切改空间范围的划定在划定管线切改空间范围时，不仅要包括地下设施所占据的地下空间，还要考虑到设施主体及其围护结构在施工时所需空间，如地铁车站两端为稳定地基所开辟的盾构加固区、实施深基坑围护结构时建设的地下连续墙及其施工作业面等，都应该划为管线切改的空间范围，该范围内的管线都需要作出适当的切改或保护方案。管线切改时，考虑到实施可行性及今后养护等问题，尽可能将其布置在拆迁线内（即地下设施征地范围），且迁移至地下设施范围外的管线，永久管线原则上布置在道路红线内及道路红线外与绿线内，用地紧张时，临时管线可布置在绿线外，但远期规划需要将其复位。（2）重要管线的切改原则天津市已形成了供水、排水、再生水、电力、燃气、供热、通信等七大类、数万公里的城市地下管网。作为输送能源、信息和提供公共服务的重要载体，地下管线在城市经济社会发展和市民生活中发挥的作用越来越大。而施工外力破坏仍是地下管线安全运行的重大隐患，因此对沿地下设施基坑纵向布置的管线均需改移，垂直地下设施基坑方向的管线，混凝土，砖砌材质的原则上需要改移，对埋深大、压力等级高、危险程度高的重要管线，还需要管线主管部门会同专业规划、设计单位提出针对性的切改方案，以保障地下设施的顺利实施及管线的安全运行。种类繁多的不同管线均需切改时，大管径的管线拆改尽可能做到一步到位；小管径的管线尽可能按照复位考虑；管线的拆改，作到小管让大管，支管让主干管。（3）管线穿越站体或通道时的保护方案对不同管线应根据管线种类、运行状况、对地下设施影响程度和危险性分别采取不同的处理方案。对钢(铁)质等抗变形能力强、影响地下设施范围较小、通信电力等柔性材质的管线，可按照市政管线管理部门规定要求，并结合施工实际情况，采取悬吊、特殊支撑等措施进行保护。当有特殊情况时，须由工程施工方、管线管理单位等各方协商处理。（4）工程难点技术手段的采用雨污水管线在市政管网规划属重要管线，也是对地下设施施工影响最大的管线。雨污水管线为重力自流管线，管线控制高程是改移过程难点，大型的雨污水管线多为混凝土材质并有较厚的管基，所以这种自重大、抗变形能力差的管线处理方法不宜选择悬吊保护，即使在跨出入口通道或风道等短距离悬吊时，也要按照管径流量匹配原则将混凝土材质置换为钢(铁)材质。（5）现状架空线处理原则在城市重点地区建设地下设施，通常情况下还需要对项目周边的现状建筑及景观环境进行提升改造，现状通信电力等架空线若能随着地下设施的建设改造为入地敷设，不仅能提升项目周边的环境品质，还能为项目建设和管线切改提供一些空间位置。（6）后期配套实施的道路设计原则城市道路下的地下设施完工后，需要对原道路进行恢复。管线切改位置还要考虑恢复道路的实施断面，不仅要适应地下设施的覆土深度，还要尽量满足《管线综合规划规范》中提出的常规道路断面下各类管线的相应位置要求，同时恢复道路需要规划实施现状管线以外的其它管线时，还要为新实施管线安排位置。（7）其它界外工程的原则对于由于地下设施覆土浅、切改位置紧张而改移困难的雨污水及其它管线，可考虑从其它道路上迂回——即做界外工程。从天津地铁的实际情况来看，也有多座车站存在界外工程，这也是切改方案的一种选择。3.案例分析（1）地铁车站管线切改案例地铁车站分布范围广，涉及面大，且普遍位于城市中心地区的道路下，实施时须进行大量的管线切改工作。以下就地铁5号线围堤道车站管线切改作简要的分析：天津地铁5号线为天津市南北方向的主骨架线路，北起北辰双街，南至西青梨园头，正线全长35公里，共设28座车站。围堤道站为地下站，坐落在河西区广东路与围堤道交口处，站体沿广东路方向顺行，主站体覆土4.2米左右，主站体与盾构段连接处覆土为2.7-3.3米不等。地铁车站共设出入口4个，风亭2处（围堤道南北各1处）。因该地区交通流量大，施工期间各条相关道路均不能断交，故站体施工和导行分为四期：一期实施围堤道以南的部分，共分两步：先将前进道向南侧导行，待前进道北侧50米范围内的盖板和地连墙完成后，再将前进道向北侧导行，以实施前进道以南部分的站体；一期工程完工后开始二期工程的施工，二期工程主要实施围堤道以北的部分，是自新桃园酒店至爱国道附近的站体；三期工程实施围堤道下的部分，三期工程实施完毕后，主站体完成连接；最后一期实施4个出入口（ABCD）、2个风亭（EF）等附属结构。一、二、三期的整个站体施工过程中，沿前进道、围堤道、广东路道路两侧设置导行路。该站主要的管线切改工程包括沿广东路方向的220KV电缆、Φ1200雨水管道、Φ500热力管道，沿前进道敷设的Φ1000自来水管道，沿围堤道敷设的Φ800自来水管道，以及煤气、通信、电力等其它配水、低压和弱电管线。因站体的施工采用明开方式，为保证站体的实施，分析后认为对待站体上方的现状管线有两种处理方式，一种是将其临时迁至导行路或地铁拆迁范围内敷设，主体完工后复位，另一种是在施工开挖期间对其进行保护。后一种方式由于不做切改，显然成本更低，是应该优先采用的方式，但根据地铁1、2、3号线的实施经验，必须确保管线在实施期间的安全。经过评估和专家论证，一致认为大型刚性管道较难保护，一旦出现事故影响面较大，故将输水管、燃气等按站体实施顺序分阶段切改至图中临时切改位置，主要切改线路包括沿前进道、围堤道上的Φ800、Φ1000输水管道、广东路上的Φ500热力管道以及其它配水、燃气管道等，待地铁车站主体分期完工后再将其分阶段切改回站体上复位；还有部分管线由于其高程与站体顶板发生冲突，故将其切改至导行路上，不再复位，如沿广东路方向的雨水和污水管道等，以上均采用的是第一种处理方式。广东路方向的220KV电缆、前进道围堤道方向的10KV电缆和通信电缆属柔性管道，经安全评估，采用了第二种处理方式，不再切改。此外，方案中还考虑了复位管线对地铁的附属设施的避让，如盾构加固区和出于抗浮需要所设计的反梁。（2）地下综合体切改案例该项目位于天津市红桥区大胡同地区，为平战结合人防工程，战时作为地下人防，平时作为商业开发使用。项目涉及北门外大街、南运河南路、金钟桥大街、北马路四条道路，规划在该四条道路下开挖地下人防工程，该人防工程主体部分位于现状道路人行道侧石以内的机动车道部分，整体地下2层，局部地下3层，总深度约12米，并与规划地铁加密线车站相连。该人防工程采用逆作法施工，即断交后进行现状管线的切改，随后进行地连墙施工，然后沿道路侧石线开挖至人防顶板深度（约路面下3米处）后进行顶板的浇铸，顶板完工后部分管线回迁并覆土，恢复路面交通。最后分别在道路两侧规划人防出入口处（位于人行道下）向下开挖，完成地下二层及地下三层部分的工程作业。管线切改规划是实施该地下人防工程的首要任务，该地下人防工程实施过程中，须保证大胡同地块内用户的供水、排水、电力、燃气设施正常使用，不受施工影响，就需要对每一条管线切改的临时位置、用户支管的接入方式，施工期供水、调水方案等进行反复研究和推敲。以往在管线切改方案中不涉及管线的施工顺序，管线施工一般按照先深后浅的原则进行作业,由施工单位进行组织，但由于大胡同地区地下管线非常复杂，且必须保证项目施工期间周边用户的正常使用,因此规划对管线的施工顺序进行统筹安排。例如对于南运河南路施工顺序为：敷设南运河北路雨污水干管（界外工程）——施工地下连续墙及围幕——施工南运河南路规划配水管道、电力电缆及污水临时管——用户支管接入——支撑保护南运河南路现状输水管、燃气及通信管道——废除现状配水、电力及雨污水管道——施工桩基——施工顶板——复位雨污水管道、电力排管、中水管道——用户支管接入——回填覆土、恢复路面交通。施工顺序确定后为下一步施工组织提供了重要的指导。针对现状管线复杂、切改空间狭小、工期要求短的特点，在经过充分调研和专家论证的基础上，我们决定对部分既有管线采用支护的方式进行保护，避免管线的二次拆改。最终确定北门外大街和北马路15孔电力排管，南运河南路和北马路Ф600输水管道等，每1-2米等距离设置支架，部分重要管段采用加强支撑，控制管线的位移。其次，对于季节性使用的管道采用“先拆离后复位”的方式，目的腾出桩基和顶板的作业空间，如金钟桥大街、北马路Ф300-600供热管道，在非采暖季时将其拆离现场，待桩基和顶板施工完毕后对其进行复位；北马路、北门外大街Ф400-600的雨水管道，在非汛期将其拆离，待桩基和顶板施工完毕后对其进行复位。大胡同人防工程的排水切改较以往地铁工程、轻轨切改工程不同，是同时切改四条道路上相互连通的排水管道，因此排水切改工程的难度也就更大、情况也更复杂。如何使切改后的排水管道既能够满足服务范围内的雨、污水正常水量的要求，同时还能够在人防有限的覆土范围内正常铺设复位管道是首要解决的问题。根据现场实地勘察，大胡同人防工程所处的地区地势呈由南向北降落的趋势，且南、北两端的地面落差接近1.5米，因此结合地势情况，将复位的排水管道的流向进行调整，尽可能使排水管道的流向与地势的坡降一致，四条道路上的排水管道进一步分流，将南运河南路上的排水干管调整至南运河北路。这样，工程范围内的大部分雨、污水均可以通过复位的管道正常排放，另外一部分上游来水则通过扩建其他路段雨、污水管道进行排放，这样作既可以保证在人防工程施工期间，上游雨、污水可以正常排放，同时还可以减少汇入本工程范围内管道的水量。因此，在编制管线切改的过程中对部分专业方案进行调整是必要的。4.管线切改的经验总结地下管线工程与其它地上工程不同，涵盖方面多、工程难度大、投资高、隐蔽性强，涉及多工种全方位的配合。根据多年来对各种地下设施管线切改方案编制的实际经验，我们总结出以下几项内容：（1）大型管线或重要管线尽可能采取可靠的保护措施或一次切改到位，因二次切改所花费的时间和成本过高。（2）北方用于采暖的热力管道和雨水管道属季节性利用管道，在编制切改方案时可考虑在非雨季或非采暖季实施，这样可将其临时废除，一方面切省投资，另一方面减小切改的复杂性。（3）高程关系的处理在管线切改工作中贯穿始终，地下工程的顶板、路面结构厚、管线交叉所带来的问题都需考虑在方案中，高程上无冲突才能保证方案既合理又具可操作性。（4）柔性管道（电力、通信）较刚性管道容易调整位置，实际操作中对其保护也较易实施，故柔性管道穿越地铁通道时通常不采用切改方式，而采取其它保护措施；相反，刚性（煤气、自来水、热力）管道在大跨度（＞10米）穿越时通常难以保护，故经常采用直接切改的方式。（5）在编制管线切改方案的过程中，遇到现状管线与拟建设施冲突等较