《城市地下综合管廊成本与收入研究》

城市地下综合管廊成本与收入研究

用于地下综合管廊、大型排水、排洪、蓄水池等

新型预制混凝土涵管

曹生龙

北京市市政工程研究院

论文摘要。国内地下市政管线常用现浇法施工，缺点较多。近年大型预制混凝土涵管发展很快，采用现场装配施工。在上海世博会地下综合管廊等工程中应用，具有质量好、工期短、成本低、环保绿色等优点，既可用于开槽法施工，也可用于顶管法施工，对城市地下管线的建设有较大的意义。预制混凝土涵管，除了传统的圆形及矩形外，已开发出各种异形混凝土涵管，有“三圆拱涵、四圆拱涵、圆弧涵、椭圆涵”等各种形式的涵管，可以满足各种管线、各种工况的不同要求。

关键词：地下管线；预制装配化施工与现浇施工对比；大型预混凝土涵管类型

近年来，中国城市化进程突飞猛进，鳞次栉比的高楼大厦成了城市的风景线，但是在高速发展的同时也伴生一系列的“城市病”——市政地下管网建设等城市基础设施建设中，长期以来欠账严重，一直存在总量不足、标准不高等诸多问题，已影响人们的正常工作和生活，加强城市地下基础设施建设迫在眉睫。

2013年2014年二年内国务院下发了三个文件：《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》、《关于加强城市基础设施建设的意见》、《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，

《意见和通知》确定，要从基础设施建设——管网建设和改造领域入手，积极推进新项目开工，改善民生、拉动投资和消费增长。这意味着，一场围绕“城市基建”的投资大幕即将拉开。

《意见和通知》明确当前加快城市基础设施升级改造与地下管线相关的重点任务是：

一是加强城市供水、污水、雨水、燃气、供热、通信等各类地下管网建设和改造。开展城市地下综合管廊试点。用3年左右时间，在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程，中小城市因地制宜建设一批综合管廊项目。新建道路、城市新区和各类园区地下管网应按照综合管廊模式进行开发守建设。

二是加强城市排水防涝防洪设施建设，解决城市积水内涝问题。三是加强城市污水和生活垃圾处理设施建设。

四是加强城市电网建设。推进城市电网智能化，提高电力系统利用率、安全可靠水平和电能质量，通过地下电力管沟，把110kv、220kv，甚至500kv高压输电线路直接引入城市中心区域，解决向繁华城区

1大功率电力输送的难题。

《意见和通知》要求，要保持城市基础设施规划建设管理的整体性、系统性，坚决杜绝“拉链马路”、窨井伤人现象。

《意见和通知》明确提出，要坚持“先地下、后地上”的原则。它一改过去城市建设“重地上，轻地下”的思路，有望使城市建设理念实现重要转变。

“先地下，后地上”是城市基础设施建设坚持民生优先原则的体现。地下管网建设与百姓生活的改善更加密切相关。无论是排水排污还是城市排涝，抑或是居民用水用气，每一样都依托于地下管网的建设。“先地下，后地上”的提出，将有力推动政绩观的改变。城市环境和基础设施建设将被视为衡量地方领导干部政绩的重要组成部分。

加强城市基础设施建设，顺应人民期盼，既可拉动有效投资和消费，又能增强城市综合承载能力、造福广大群众、提高新型城镇化设施质量。

《意见和通知》的发布，对我国市政、电力、水利等规划、设计、制造、施工等诸多单位提出了从未有过的高度的要求。我们应响应国务院所作的决定，做好我们的工作，为加强城市基础设施建设作出应有贡献。

1建设地下管线基础设施工方法的比选1.1预制装配化施工工法与现浇工法的比较

当前地下管线、综合管廊施工方法主要是现浇和预制装配两种，两种工法的差异比较如下：国内采用现场浇筑方法施工的箱形、拱形混凝土涵管，在铁道、交通、水利工程和城市地下市政综合管廊中己多年、得到较多应用，现浇混凝土的缺点是：⑴只能采用开槽法施工，不能适应顶管需求。

⑵施工作业时间长、现场湿作业工作量大、需较长的混凝土养护增强时间，开槽后较长时间不能回填，在城市中不利于道路建设缩短施工工期、满足快速放行交通的要求。

⑶在现场制作中，地下水对施工有较大影响，需将地下水降至底板标高以下，才能浇筑混凝土基础，增加施工成本，也不利于生态环境的保护。

⑷现场制作的混凝土抗渗性能不如工厂内制作的混凝土，容易局部发生渗漏，影响管道的使用功能。⑸现浇混凝土涵管易出现裂缝（涵体侧壁通裂等）。裂缝会引起渗漏，影响结构应力状态；如结构物所处环境具有侵蚀性介质，介质通过裂隙浸入结构，引起钢筋的锈蚀，影响构筑物承载能力和耐久性，缩短地下管道和综合管廊的使用年限。

2⑹现场制作的混凝土涵管按一定长度（约20m）分段，分段间采用橡胶止水带连接，其缺点有：

①橡胶止水带形式接口抗地基不均匀沉降能力差。涵管在顶部复土及附加荷载作用下，引起涵管接口发生上下错位和翘曲变形，造成涵管接口止水带变形，在涵管接口混凝土与橡胶止水带之间产生裂隙，严重时止水带被拉裂。

②橡胶止水带耐压力差，如输送液体介质，只能在低压状态下工作，一般只用于无压管道，有压管道中易被击穿。

③混凝土涵管止水带接口施工质量不易保证，往往由于止水带部位混凝土捣固不密实而留下暗渗漏通道，引起涵管接口渗漏。

⑺现场制作的管道分段间隔长度大，地基如有不均匀沉降、或受外荷载（如地震）作用，易发行折断，因此要求提高管道纵向基础承载力，涵管纵向配筋量也需加大。

⑻现场制作生产条件差（图片

1、图片2），影响质量，结构计算中要加大安全度，增加材料用量。

图片1现浇施工

图片2预制装配施工⑼现浇施工需留支模空间，土方量增大。

⑽现浇工法总体造价与预制装配式施工工法大致相当。

1.2有关预制装配化施工工法与现浇工法比较的国内报导

⑴上海世博会地下综合管廊现浇工法与预制装配工法工程实例，工期与经济分析

上海世博会地下综合管廊选用两种施工工法——现浇和预制装配化施工，工程中详细比较了不同工法的施工工期和工程费用，列举如下。

整体式现浇段总长6.2km，预制混凝土管廊作为试点选取了总长200m，施工工期与施工费用以一个标准段25m长度作为标准施工段工期与成本的分析，研究预制混凝土管廊的经济性。

①工期分析

预制混凝土综合管廊可以分为场（现场）内、场外施工两部分，现浇混凝土整体式综合管廊的所有施

3工作业均为场内施工。两者场内相同施工部分为基坑开挖与支护体系成型（包括素混凝土垫层施工）、地下综合管廊主体结构施工以及回填土方与支护体系拆除等主要环节。在基坑开挖与支护体系成型以及回填土方与支护体系拆除环节中，预制混凝土综合管廊与现浇混凝土整体式综合管廊的施工工艺和技术要求基本相同，没有明显的工期差别。而在地下综合管廊主体结构的施工环节中，两者的施工工艺截然不同，工期差别明显。预制混凝土综合管廊的主体结构施工大部分在场外完成，管节的吊装、拼装等工序施工效率高，所需工期较短。而现浇混凝土整体式综合管廊的主体结构施工则全部在场内完成，占用了大量现场工期，是总工期的重要组成部分。施工中一个标准段对比，预制混凝土综合管廊的施工工期比现浇混凝土整体式综合管廊缩短18d左右，缩短近45%工期。

②施工成本分析

基坑开挖与支护成本，其中土方费用为一次性费用，不随工期长短发生变化，而钢板桩及其围檩与内支撑的租赁费用一般按租期计算，受施工工期影响较大，且单价相对较贵。一个标准段相比，预制混凝土综合管施工工期约为22d，现浇混凝土整体式综合管廊约为40d，预制混凝土综合管廊的开挖土方与支护费用为4.5万元，现浇混凝土整体式综合管廊为7.0万元，降低2.5万元。

主体结构成本一个标准段，预制混凝土综合管廊为25万元，现浇混凝土整体式综合管廊为23.9万元，增加了1.1万元。

土建总成本预制混凝土综合管廓为29.5万元，现浇混凝土整体式综合管廊为30.9万元，相比节约1.4万元/25m，低4%左右。

③环保对比

预制混凝土综合管廊在现场为干作业，施工机械作业噪声低、基本不造成环境污染，施工现场文明、有序而整洁，具有良好的节能环保效益。现浇混凝土整体式综合管廊现场包括大量湿作业，混凝土浇筑与振捣工序噪声污染严重，对周围环境影响较大。

④预制混凝土综合管廊施工工期缩短的社会效益更是不可估量。

从上述对比，地下综合管廊施工工法现浇与预制相比，预制混凝土涵管装配化施工更具缩短工期、降低成本、节能环保等较为显著的优势。⑵上海浦江上游一期引水工程等工程

上海浦江上游一期引水工程建于1987年。上海水环境建设有限公司韩显明工程师于2001年8月25日发表于《中国市政工程》的“钢筋混凝土箱涵接口的渗漏通病及设计优化的应用研究”文章中报导：

「1995年1月上海原水公司对白莲泾附近100余米倒虹吸段箱涵作停水检查，发现三分之二以上箱涵接头有2.5-5cm的接口错位，并有三处（75%）漏水；在一期为二期工程预建的长约1km箱涵的检查中，

4箱涵还未投入使用，已在40条变形缝中发现8条漏水（20%）。在国内其他输水钢筋混凝土箱涵中亦存在上述问题。」

「天津引滦工程长约12.6km，曾对4.4km一段箱涵进行停水检修，在185条变形缝中渗漏水的有90条，约占48.6%。」

「金山石化12.8km暗渠于1980年建成并投入使用，1986-1989年先后检修8次，1992年停水检查，发现各种渗漏47处。」

⑶南水北调北京段永定河倒虹吸箱涵工程

南水北调工程为国家级工程，设计使用年限100年。北京段为了2008年的奥运会先期建设，过永定河倒虹吸设计为双排三孔箱涵（见图片3），内孔宽与高均为3.6m，顶板、底板厚1000mm、外侧墙厚800mm、内侧墙厚600mm。2014年夏为迎接秋季全线通水，停水检查，发现在0.2mpa低压（北京段管道设计输水压力为0.8mpa）作用下，通水5年即有三处止水带被击穿，橡胶止水带接口的使用年限远不能达到南水北调使用寿命一百年的指标。

图片3南水北调永定河倒虹吸箱涵

⑷部分有关箱涵施工质量事故的报导

①上述南水北调永定河倒虹吸箱涵施工初期，每隔3m-7m出现贯穿性裂缝，外侧壁竖向由下至上长3m左右的通裂，缝宽0.5mm-0.9mm，起始于底板与侧墙接缝处，终止于侧墙与顶板相交处。

②施工质量缺陷报导的有关工程实例：

辽宁省交通勘测设计院朱朝东发表于《东北公路》“箱涵开裂及补强措旆”；

中铁十七局孙江民等发表于《施工技术》“钢筋混凝土框架箱涵施工裂缝的分析与控制”广东茂名城建设计院李勇等发表于《建筑安全》“浅谈箱涵裂缝问题及控制”；中铁二十二局曲世安发表于《建筑工程》“谈混凝土箱涵施工裂缝原因的分析”；

5徐培利发表于《山西建筑》“压力箱涵的裂缝控制及防渗措施”。

这样的文章很多，不一一列举。据业内人士反映，现浇混凝土箱涵80%-90%都存在质量缺陷、运行隐患。箱涵管道工程投资很大，如果使用几年后就需不断维修，应该是难以接受的。

1.3采用预制装配化涵管建设管道的优点

⑴预制装配化施工涵管，既可采用开槽施工，也可采用顶管施工，在城市中施工地下管道极其重要。⑵管道主体结构在专业工厂内完成，产品质量有保证。⑶在有水的条件下也能施工（图片4），不需降水。

图片4正在水中施工的箱涵

⑷管道主体结构在施工场地外完成，现场装配速度快，一般工程可不作混凝土底板基础，前面安装涵管，后面即可还土、恢复交通，因而可实施城市系列快速施工工法。

⑸接口采用预应力混凝土输水管的接口形式，接口能满足2mpa水压要求，闭水性能好。⑹带胶圈的接口是柔性接口，如地基发生一定量的不均匀沉降，接口仍具备闭水性能。

上述对比可知，地下混凝土管道施工工法现浇与预制装配相比，预制混凝土涵管装配化施工具保证质量、缩短工期、降低成本、节能环保等较为显著的优势，应作为建设地下管道的首选施工工法。2用于地下管道预制装配化混凝土涵管的类型2.1预制装配化混凝土管类型

国外用于地下综合管廊的管型如图片5所示多种多样，他们多是按管道的功能选定涵管的断面形状，而且常以预制构件在现场装配的方法施工。

用于地下综合管廊的预制混凝土涵管的管型对建设综合管廊的工期、建设费用等有重大的影响，应设计、选用适宜用于综合管廊的预制混凝土涵管。

国内用于大型地下管道的预制混凝土涵管断面形式如图片6～图片10所示有多种型式，分别为圆形（圆

6管或管片）、矩形（箱涵）、三圆拱形（三圆拱涵）、四圆拱形（四圆拱涵）、弧线组合形（弧涵）、椭圆形（椭涵）等。可以按要求分割为单仓、双仓或三仓。

图片5国外用于地下综合管廊的断面形状

（a）（b）

图片6圆形断面地下综合管廊

（a）—圆管；（b）—盾构

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图片7矩形断面地下综合管廊图片8三圆拱断面地下综合管廊

图片9多弧组合断面地下综合管廊图片10四圆拱断面地下综合管廊

2.2大型地下管道用预制混凝土涵管管型比选⑴断面形状比选

①圆形涵管

圆形混凝土涵管制造工艺成熟，生产方便，结构受力有利，材料使用量较少，成本较为低廉，因而广泛用于输水管中。然而在地下综合管廊中应用的缺点是，圆形断面中布置管道不尽方便，不能有效利用空间，空间利用率低，至使在管廊内布置相同数量管线时圆管的直径需加大，增加工程成本，也增加了对地下空间断面的占用。为此一些大城市开始开发异形混凝土涵管作为电力、热力等管线的套管和地下综合管廊的管材。

②矩形涵管

矩形混凝土涵管（称为箱涵或方涵）因其形状简单，空间大，可以按地下空间要求改变宽和高的尺寸，布置管线面积利用充分，因而至今是用得最多的一种管型。缺点是结构受力不利，相同内部空间的涵管，用钢量和混凝土材料用量较多，成本加大；同时大尺寸箱涵难于应用顶进工法施工，只适用于开槽施工工

8法，限制了其使用范围。当前地下综合管廊大多需建在城市主干道下，大开槽施工对城市和居民生活影响太大，箱涵顶进施工难度大、费用高，限制了箱涵在地下综合管廊中的应用。

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