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小型综合管廊:老旧城区的“短平快”案例实践

2022-09-13 09:02来源:给水排水作者:崔宇等关键词:小型综合管廊基础设施市政管线收藏点赞

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补强基础设施短板、提高市政基础设施承载力和可靠性是当前城市更新工作中重要一环。更加经济集约的小型综合管廊作为一种市政管线空间载体,更易于实现架空线入地,同时融合给排水、热力等其他地下市政管线,集约道路地下空间,促进城市环境美化,并有一定冗余可适应未来城市发展迭代更新需求。以北京市近年的相关工程应用实践经验出发,分析并总结城市更新背景下小型综合管廊的适建性与技术发展方向。

1 老旧城区市政管线系统现状分析

1.1 市政管线系统的发展

市政管线系统是城市市政基础设施的重要组成部分,是城市能源输送命脉。随着城市空间不断拓展、新型能源需求增加、专业技术手段进步,市政管线系统由最初简单的供水、排水系统,逐步发展为包括供水、排水、再生水、供电、通信、燃气、供热等多种类复杂的系统。

1.2 市政管线系统存在的问题

1.2.1 架空线无序建设

改革开放后,随着经济社会高速发展,城市用电及通信需求急剧增加。架空敷设在一定经济、技术条件下是解决需求的最快方案,因此,城市中大规模搭建架空线路。随着经济水平提升、人居环境要求提高,无序建设架空线的弊端凸显:①视觉景观差;②多布置在人行道,存在杆柱倾倒、缆线坠落风险;③缆线外露,与树木密接,存在雷击、火灾等风险;④通信管线外露存在信息安全风险;⑤电力架空输送电力效率降低的问题。

1.2.2 道路下空间不足

随着街道环境整治、架空线入地推进,在狭窄街巷下敷设多种管线的需求更加迫切。而老旧城区道路狭窄,房屋基础较浅,地上施工面窄小,按照常规管线安全间距要求,宽度不足以满足多种管线直埋需求;同时影响合流制排水沟分流改造,不利于城市水环境的彻底改善。

1.2.3 直埋市政管线安全隐患

市政管线的敷设方式包括架空、直埋、廊化等。目前直埋仍是市政管线主要的敷设方式。很多管线存在着建设标准偏低,超期服役,道路内井盖较多等问题。直埋管线易产生因自身结构性缺陷、外力破坏等引发的安全事故。研究表明,引起给水管、排水管、热力管、工业管事故和井盖类事故最多的原因为自身结构性隐患;引起燃气管、电力电缆和电信电缆事故最多的原因为外力破坏。

1.2.4 道路破复影响交通

市政管线更新增容,导致道路反复开挖,影响交通,使人民正常的生活秩序受到严重干扰。在老旧城区,这个问题更为突出,市政管线更新增容难度极大,事故隐患陡增。

1.3 城市更新中的新需求

市政管线系统随着生活方式的发展,在经济能力、需求标准、技术水平相互作用下不断发展。提高市政管线系统承载力和韧性,促进人民生活水平提升,也是城市更新的目标之一。

随着信息业务的发展,电信网络及安全监控需求增大了电信线缆的需求;新能源充电需求也带来电力规模大幅增加,可能造成已架空线入地区域将再次出现新的架空线。目前常规架空线入地做法存在再次增容困难的缺陷。

直埋市政管线附属设施位置随意,同时出现井盖较多的现象,可能影响行人通行和城市景观。胡同内合流制排水管道也亟需道路下空间进行分流改造。

2 解决思路

市政管线系统改造应统筹分阶段进行,充分集约地下空间,附属设施避让盲道、人行空间,尽量减少井盖,使环境更美好、功能更人性、效率更高效,满足城市高质量发展的要求。为应对城市高质量发展的需要,解决“空中蜘蛛网”“马路拉链”等城市发展中出现的问题,自2015年起,我国大力推动城市地下综合管廊建设,取得了良好的成效。目前综合管廊已覆盖252座城市,涉及1 350个项目,形成廊体约6 000km。其中北京市规划到2035年将建成综合管廊450km,到目前已完成200km左右。

而对于老旧城区来说,一方面市政管线系统更新需求尤为迫切,另一方面受道路狭窄、拆迁难、施工扰民等条件限制,大型综合管廊难以大范围建设,两个方面的矛盾亟待解决。轻量化的小型管廊是对市政管线廊化建设体系的有益补充,特别针对以老旧城区为主的城市更新项目,在道路狭窄、工期紧、投资紧张的条件下,可实现短平快的效果。这方面国内外已有大量成功的案例实践。

2.1 国内外案例

2.1.1 国外案例

日本东京是超大国际城市,其长期城市建设实践证明,建设地下综合管廊可在城市发展中最大程度的减少对交通影响,满足高标准抗震需求,实现能源供给的高水平。日本有完善的综合管廊法规,明确建设流程、资金筹措、费用分摊、运营管理等要求,具有较强推动力。近十几年来日本东京等历史文化城市,在老旧城区大规模推行小断面缆线共同沟(管廊)建设,满足老城区架空线入地、风貌提升等需求。目前日本全国范围内缆线共同沟长度已超过9 000km。

捷克布拉格是世界文化遗产城市,在其历史街区更新中采取综合管廊方式敷设市政管线,可最大程度避免古罗马时期的道路受到严重破坏。综合管廊系统由约深20m的干线和约深5~6m的支线综合管廊组成,总长约90km。其将水、电、气、热等共舱敷设,同时建设完备的监控、巡检等运维系统。

旅游经济是西班牙历史城市潘普洛纳的重要支柱,提升生活品质及保护风貌是古城更新的重点要求。为实现缆线入地、雨污分流,避免管线检修增容等对旅游业的影响,同时适应道路狭窄、工期紧张等限制条件,其采用单舱小型管廊很好的实现了市政管线的更新。实践中大量采用预制结构及适宜工法,减小施工影响并保证了工期。

2.1.2 国内案例

南京小西湖项目是历史文化街区基础设施改造项目。该项目设计、施工及管线迁改过程中的灵活性值得借鉴。其历史街巷道路宽度仅约3~7m,采用集成度较高的小型管廊,实现了市政管线增容,同时大量减少井盖,提高了城市整体风貌。该项目位于南方,小型管廊可浅埋;部分燃气、雨污水管采用耳舱型式,综合效益显著。

海口临空经济区建设中,首次实践将给水、再生水、电力、通信纳入小型管廊,附属设施轻量化、管线空间集约化,实施效果很好。

雄安新区雄东片区建设中,采用电力电信共舱的小型管廊形式,布设于机动车道下,步道下留给燃气、热力、雨污水管线,可实现机动车道下无井盖,城市风貌品质更高。

国内其他省市如深圳市、成都市、苏州市等城市在老城区内尝试建设了一批小型的管廊或管沟,起到了较好的示范作用。

2.1.3 经验借鉴

市政管线廊道化建设,可提升管线系统的安全性,集约整合地下空间资源,成为提升环境风貌重要的手段。上述实践案例,是在综合考虑更新条件、建设成本等因素的基础上,使用小型管廊技术促进城市更新的应用场景。

通过对北京市部分小型管廊建设案例建设成本的分析,综合考虑全生命周期内城市管线系统敷设、增容、改造及相应的道路破复、加固导改和交通影响等成本,小型综合管廊比直埋管线工程一次投资高65%左右,但如果考虑全生命周期(含100年)、直埋管道进行3次更换,小型管廊综合效益约为直埋管线的2.5倍,体现出了较大的经济优势。

2.2 相关技术规范

小型管廊属于综合管廊的一类,是目前《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838-2015)中缆线管廊的延伸与发展。北京市综合管廊地方规范修编时,首次提出将综合管廊分为干线综合管廊、干支结合综合管廊、支线综合管廊、小型综合管廊四大类。小型综合管廊为用于容纳小规模电力电缆、信息线缆、给水配水管道、再生水配水管道等,主要服务末端用户。其内部空间可不考虑人员正常通行,可不设置常规电气、机械通风等设施的综合管廊。

3 北京市小型管廊的应用实践

近年,北京市在城市更新中,以保证市政供给安全、提高服务水平为基本原则,借鉴国内外建设经验,对适宜市政管线系统更新的小型管廊进行了探索与实践。

3.1 海淀区香山地区小型管廊

3.1.1 工程概况

海淀区香山地区属于三山五园重点功能区,是传统历史文化与新兴文化交融的复合地区。为确保香山革命纪念馆如期建成使用,在周边市政配套工程(香泉南路及杰王府西路)中第一次建设小型管廊,主要纳入10 kV电力电缆及通信线缆,全长约0.8km。该项目于2019年5月开工建设,当年8月便建成投入使用(见图1)。

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小型管廊浅埋于步道下,考虑防冻及绿化种植要求覆土深度约为1.2m。廊内不设置消防、照明、监控等设施,设置自然通风口并与人员出入、逃生口、吊装口等结合,尽量减少道路空间占用及井盖数量。根据运行安全和维护管理基本需要,设置接地、集水坑、防火封堵等设施。

工程施工时为香山地区旅游旺季,为不影响旅游人员通行,采用夜间施工、白天恢复作业面方法。为加快施工进度、降低施工难度,节约项目投资,小型管廊主要采用钢筋混凝土预制矩形结构。预制矩形断面内尺寸为B×H=1.7m×1.8m,节段长度为2m(见图2~图4)。

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图2 小型管廊

3.1.2 主要特点

(1)该项目是北京市小型管廊的首次实践,是历史文化风景区市政管线由传统架空/直埋升级到小型廊化的探索,其附属轻量化、标准化及快速施工经验,为类似区域架空线入地和市政设施提级改造提供了较好的实践经验。

(2)小型管廊布局紧凑、节约空间、保障管线安全性,非常有利于区域市政需求保障、街道品质提升,满足历史文化街区更新改造的需求。

(3)统筹地上地下空间利用及相关设施(灯杆、标志标牌、城市家具等)。小型管廊地上附属设施(风亭、井盖等)与周边环境相协调,地下构筑物的设计与其它市政设施空间协调。

(4)打破管理模式,将常规敷设在道路下方的路灯、交通监控、安防监控等缆线入廊,提高空间资源利用价值。

(5)预制拼装施工工法:采用预制工法,缩短工期,降低对周边旅游的影响。

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图5 香山小型管廊做法

3.2 东城区西草市街小型管廊方案研究

西草市街位于北京市东城区天坛街道(珠市口东大街-天坛路),位于南中轴线东侧,长度约500m,胡同宽度约4~6.5m。梳理现况管线,研究提出小型管廊方案,将电力通信架空线、路灯照明、给水管纳入的同时分析现况合流管道竖向,巧妙的将路面雨水管也纳入小型管廊内,以实现雨污分流目标。

该方案将给水、雨水等给排水管道纳入小型管廊中,充分体现了小型管廊广泛的适建性。当老旧城区内胡同雨水汇水面积较小、污水排水量可控的情况下,在上下游高程不会造成小型管廊覆土过深(一般不大于2m)时,雨水、污水均可以管道方式纳入小型管廊内,实现老旧城排水分流。日本东京和德国法兰克福等城市均有排水管道入廊的成功案例。

3.3 其他小型管廊项目的研究

3.3.1 随路小型管廊研究

自2020年,北京市已在首都功能核心区等老旧城区开展了一系列小型管廊实施的研究及推进工作。配合“北京中轴线申遗”—西草市街改造、永定门外街道宝华里片区危改、石景山衙门口地区老旧城区更新、长辛店老镇历史文化街区更新等项目中,均开展了随路小型管廊实施方案的研究,为小型管廊发展进行了有益探索。

3.3.2 节点型管廊研究

新建市政管线穿跨越现状道路、河道、地铁、铁路等重要设施,往往需要对涉及的设施保护进行繁复的技术论证,大大拉长了建设周期;各种安全措施或绕行方案都大大增加工程投资,也影响市政管线系统的完整性。在此情况下,以节点型管廊形式集中穿越,并在适合的条件下采用小型管廊,会具有更高的技术经济优势。

4 技术特点及发展方向

4.1 技术特点

4.1.1 附属设施轻量化

小型管廊附属设施可根据建设条件进行轻量化配置,一般可不设置机械通风、消防、照明、监控等设备,节约投资和运行费用。为保证运维基本功能与安全,可采用移动式、低功耗、低维护、临时的设施配置方式:①小型管廊应设置接地系统;②电缆应为阻燃电缆,间隔100m设置防火分隔(如阻火包)。不需设火灾自动报警系统及自动灭火设施;③无供热管道时,可采用自然通风;通风间距、百叶面积通过电缆发热量及环境温度来确定;④可设置智能井盖监控系统;⑤可选配照明、环境监控和自动排水功能;⑥通风、吊装、人员出入口、地块出线等节点集约、标准化设置;⑦纳入小型管廊的排水管道检查井宜直通地面,应采用密闭性强的一体化检查井。

4.1.2 运维管理智能化

小型管廊运维管理应创新模式、精细化管理。可利用机器人检测代替人工巡检,大数据代替人工分析,快速修复代替管线成段更新。当人员有进入需求时,配备齐全的安全生产辅助设备,严格执行有限空间作业安全要求。

4.1.3 施工工法快速化

小型管廊设计需要紧密结合现场情况,充分考虑小空间作业等问题。在保证安全质量的前提下,施工工法快速化可有效降低成本,缩短人员、物资、机械等资源的占用周期,同时,最大程度减小对居民生活的影响。小型管廊施工有明挖(现浇与预制),非开挖(顶管、盾构、暗挖)等。目前快速施工法有盖挖支护一体、预制装配式、小型U型盾构等工法。小型管廊内部空间较小,可采用小空间焊接、电缆辅助敷设、空压机吹送光缆等辅助方法安装。

4.1.4 空间利用发展

随着科技不断进步,5G时代的到来,智慧城市新基建大发展。小型管廊具有一定的冗余空间,在满足管线增扩容需求的同时,可作为新型能源供应载体,为充电、自动驾驶、智慧交通、安防信息等提供助力,降低综合建设成本,进而实现提质增效。

4.2 发展及展望

(1)在老旧城区更新项目中,小型管廊可结合历史文化街区道路改造建设,结合居住区地下空间利用(如地下车库)建设,结合重点商业区地下空间综合利用建设,结合既有轨道交通升级改造建设,结合新建轨道交通建设,应用场景广泛。

(2)充分坚持规划先行原则,在更新改造区根据街道宽度、管线种类等对小型管廊适建性进行分析,统筹考虑建设空间、实施难易、经济性、更新时序等因素,将小型管廊以引导性指标纳入街区建设指引或控制图则,作为示范推广使用。

(3)近年颁布的地方指导意见、设计规范等,明确了小型管廊的定义和应用场景。但小型管廊建设费用及运行成本的收取,尚未完全明确清晰,因此明确小型管廊入廊费用、运维管理机制是促进小型管廊发展,确保城市更新取得更大效果的保障。

5 结 论

目前,历史文化街区更新、老旧城区整改、商业区更新改造是北京城市更新重要内容,市政管线系统不应成为市政基础设施的短板。小型管廊作为一种安全可靠的地下市政管线承载体,集约、经济、易于实施,较适宜于城市更新项目建设。小型管廊将架空线入地的同时,为雨污分流建设、多种类管线用户提供可利用空间,置换出道路下线位空间也可作为其他城市功能使用,具有很高的技术经济优势,推广前景十分显著。


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