国内外城市综合管廊建设综述

城市地下管线综合管廊是城市建设现代化、科技化、集约化的标志之一,也是城市地下空间充分利用的象征,更是城市公用管线敷设综合化、廊道化的发展新趋势。2015年8月10日,国务院正式发布《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》,地下综合管廊建设上升为国家战略。本文将简略介绍国内外城市综合管廊概况及主要建设模式。

一、综合管廊的基本定义

所谓综合管廊(日本称“共同沟”,台湾称“共同管道”),就是指城市地下的市政管线综合走廊,即在城市地下建造一种隧道空间,将市政、电力、通讯、燃气、给排水、热力、垃圾输送等多种管线集约化地铺设在隧道空间中,并设有专门的人员出入口、管线出入口、检修口、吊装口及防灾监测监控等系统,形成一种新型的市政公用管线综合设施,实施统一规划、统一设计、统一建设、统一管理。

二、综合管廊在国外的发展历程

欧洲是地下空间开发利用的先进地区,特别是在市政设施和公共建筑方面更是如此。共同沟的发源地就在欧洲,早在1833年法国巴黎开始有系统规划排水网络的同时,就兴建共同沟。1861年英国伦敦修造了宽12英尺、高7.6英尺的共同沟。1890年德国也开始在汉堡建造共同沟。瑞典斯德哥尔摩市地下有共同沟30公里。俄罗斯的地下共同沟也相当发达,莫斯科地下有130公里共同沟,除煤气管外,各种管线均有,只是截面较小(2mx2m),内部通风条件也较差。

日本国土狭小,城市用地紧张,因而更加注重地下空间的综合利用,日本于1958年开始兴建共同沟。1963年日本颁布了《共同沟实施法》,并在1991年成立了专门的共同沟管理部门,负责推动共同沟的建设工作。目前日本共同沟的管线种类已突破6种,全国80个城市共建成约1100公里的地下综合管廊。

北美的美国和加拿大虽然国土辽阔,但因城市高度集中,城市公共空间用地矛盾仍十分尖锐。美国纽约市的大型供水系统,完全布置在地下岩层的共同沟中。加拿大的多伦多和蒙特利尔市,也有很发达的地下共同沟系统。

巴黎地下管廊 – 建于1833 德国汉堡地下管廊 – 建于1893

亚洲的新加坡在有效利用城市地下空间方面也走在了世界前列,修建了数十公里的高等级综合管廊。

在国外,铺设地下综合管廊是综合利用地下空间的手段。某些发达国家已实现将市政设施的地下供排水管网发展到地下大型供水系统、地下大型能源供应系统、地下大型排水及污水处理系统、地下生活垃圾的清除、处理和回收系统,与地下轨道交通和地下街、地下城相结合,构成了一个完整的地下空间综合利用系。

三、综合管廊在国内的发展历程

我国地下综合管廊建设起步较晚,1958年在天安门广场附近铺设了第一条1076米的地下管廊。1994年在开发上海浦东新区时修建了总长11公里的地下管廊,标志着综合管廊建设在我国的正式起步。2002年上海在嘉定区建设了5.8公里的管廊;2003年广州大学城建设了总长约17公里的管廊;2006年北京建成了中关村西区的管廊。之后,深圳、苏州、沈阳、青岛、南京、珠海等地陆续开展地下综合管廊建设。

目前国内规模最大、一次性投资最高、建设里程最长、覆盖面积最广、体系最完善的综合管廊座落于珠海市横琴新区,覆盖全岛“三片、十区”,总长度33.4km,总投资约22亿元人民币。

横琴综合管廊设置有远程监控、智能监测(温控及有害气体监测)、自动排水、智能通风、消防等智能化管理设施,确保管廊内安全运行,是国内智能化控制最高的管廊。同时管廊内布置有给水、电力(220KV电缆)、通信、冷凝水、有线电视等5种管线,并预留了中水、垃圾真空管线的布置空间,是目前国内集中市政管线专业最广的综合管廊系统。

2015年7月28日,国务院常务会议对综合管廊建设作出部署。要求在年度建设中优先安排综合管廊,并制定地下管廊建设专项规划。已建管廊区域,所有管线必须入廊,管廊以外区域不得新建管线,同时要加快现有城市电网、通信网络等架空线入地工程。会议还提出要创新投融资机制,鼓励社会资本参与管廊建设和运营管理,完善管廊建设和抗震防灾标准,建立终身责任和永久性标牌制度。

2015年7月31日,住建部宣布我国将全面启动地下综合管廊建设,在10个试点城市3年内建设地下综合管廊389公里,年内开工190公里,总投资351亿元,其中中央财政投入102亿元,地方政府投入56亿元,拉动社会投资约193亿元。

2015年8月10日,国务院发布《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》,提出逐步提高城市道路配建地下综合管廊的比例,全面推动地下综合管廊建设,到2020年建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营。

2015年,财政部、住建部联合下发《关于开展中央财政支持地下综合管廊试点工作的通知》和《关于组织申报2015年地下综合管廊试点城市的通知》,并组织了2015年地下综合管廊试点城市评审工作。根据竞争性评审得分,排名在前10位的城市进入2015年地下综合管廊试点范围。包头、沈阳、哈尔滨、苏州、厦门、十堰、长沙、海口、六盘水、白银等10城市入围。入围试点城市将获得一定额度的财政补助。

目前,各地对城市地下综合管廊建设有很高的积极性,北京、上海、广州、深圳、济南、杭州、嘉兴、厦门、昆明、郑州等城市正在建设或把建设地下综合管廊列入城市规划。

四、综合管廊的特点和基本类型

(一)综合管廊的特点

1、综合性

综合管廊科学合理的开发利用地下空间资源,将市政管线集中综合布置,形成新型的城市地下智能化网络运行管理系统。国内目前已建或拟建的综合管廊内容纳的管线为电信和低压配电电缆管线、再生水、给水管线、热力管线等。国外除上述管线外,在综合管廊内还设置有雨污水管道、空调管线、供冷管线、供热管线、输油管线、生活垃圾的真空运输化收集管线等,综合管廊中的管线较国内种类丰富。

2、长效性

地下管廊土建围护形式采用钢筋混凝土框架结构,可保证“管廊”50年以上使用寿命,并按规划要求预留50年的发展增容空间,做到一次投资,长期有效使用。

3、可维护性

地下管廊内预留巡检和维护保养空间,并设置必需的人员设备出入口和配套保障的设备设施。平均每1000米设一个工作井,同时配备起重吊桩和活动梯车为管线更修管线、检修、使用提供了必要的保障。

4、高科技性

地下管廊内外设置现代化智能化监控管理系统,采用以智能化固定监测与移动监测相结合为主、人工定期现场巡视为辅的多种高科技手段,确保“管廊”内全方位监测、运行信息反馈不间断和低成本、高效率维护管理效果。智能化监测可以在第一时间内发现隐患,使危险被阻止于最小范围内。

5、抗震防灾性

市政管线集中设于地下管廊内,可抵御地震、台风、冰冻、侵蚀等多种自然灾害。在预留适度人员通行空间条件下,兼顾设置人防功能,并与周边人防工程相连接,非常状态下可发挥防空袭、减少人民财产损失的功效。最合理利用不可再生的地下空间资源,并使其从平战结合的思想进行结构设计。

6、环保性

旧模式的重复开挖,不仅浪费人力、物力,同时对环境的破坏也是不言而喻的。市政管线按规划需求一次性集中敷设,可为城市环境保护创造条件,地面与道路可在50年内不会因为更新管线而再度开挖。管廊的地面出入口和风井,可结合维护管理和城市美化需要,建成独具特色的景观小品。

7、低成本性

由于地下管廊采取一次投资,同步建设,各方使用,多方受益的形式,不仅克服了现存模式的多种弊端,而且在综合成本上也得到了降低和控制。旧有模式的单打独斗的多家报批、多头建设、重复开挖以及新工程的施工对地下旧有管道所造成的破坏而造成的损失等最终使成本增高。

8、投资多元性

地下管廊可将过去政府单独投资市政工程的方式,扩展到民营企业、社会力量和政府等多方面共同投资、共同收益的形式,发挥政府主导性和各方面积极性,加快城市现代化进程,有效解决此类市政工程筹资融资难度大的问题。

9、营运可靠性

地下管廊内各专业管线间布局与安全距离均依据国家相关规范要求,并沿管廊走向,结合防火、防爆、管线使用、维护保养等方面的要求,设置分隔区段,并制定相关的营运管理标准、安全监测规章制度和抢修、抢险应急方案,为“管廊”安全使用提供了技术管理保障。

(二)综合管廊的类型

综合管廊主要分为干线综合管廊、支线综合管廊和缆线综合管廊,其断面形状主要有矩形、圆形、马蹄形和城门洞形。

干线综合管廊一般设置于道路中央下方,负责向支线综合管廊提供配送服务,主要收容的管线为通信、有线电视、电力、燃气、自来水等,也有部分干线综合管廊将雨水和污水的管道系统纳入,其特点为结构断面尺寸大、覆土深、系统稳定且输送量大,具有高度的安全性,维修及检测要求高。

支线综合管廊为干线综合管廊和终端用户之间相连接的通道,一般设于道路两旁的人行道下,主要收容的管线为通信、有线电视、电力、燃气、自来水等直接服务的管线,结构断面以矩形居多。其特点为有效断面较小,施工费用较少,系统稳定性和安全性较高。

缆线综合管廊一般埋设在人行道下,其纳入的管线有电力、通信、有线电视等,管线直接供应各终端用户。其特点是空间断面较小,埋深浅,建设施工费用较少,不设有通风、监控等设备,在维护及管理上较为简单。

五、综合管廊的设计标准

1、设计原则

综合管廊的设计宗旨是:“安全、合理、经济、简单、并为远期发展留有余地”。

1)综合管廊的平面线型应基本与所在道路的平面线形平行,但综合管沟平面线形的转折角必须符合各类管线平面弯折的曲折角要求。

2)综合管廊的纵纹应考虑综合管沟内部自流排水的需要,其最小纵坡应不小于2‰;其最大纵坡应符合各类管线敷设方便,一般控制值为20%,特殊情况例外。

3)综合管廊的最小埋设深度应根据路面结构厚度,必要的覆土厚度以及横向埋管的安全空间等因素确定。

4)综合管廊断面空间应能满足各类管线的敷设空间、维修空间以及扩容空间的需要;断面型式与各类管线的布置应满足综合管沟安全运行的要求。

5)综合管廊特殊断面的空间应满足各类管线的支接口、分支口、通风口、人员出入口、材料投入口等孔口以及集水井的断面尺寸的要求。

6)综合管廊内的缆线一般布置在支架上,支架的宽度与纵向净空应能满足缆线敷设及维修需要,支架的跨距应根据计算及实际施工经验确定;大口径的管道一般安置在支墩或基座上,文墩或基座的跨距也应根据计算确定。

2、综合管廊容纳管线规定

信息电(光)缆、电力电缆、给水管道、热力管道等市政公用管线宜纳入综合管廊内;地势平坦建设场地的重力流管道不宜纳入综合管廊;综合管廊内相互无干扰的工程管线可设置在管廊的同一个舱,相互有干扰的工程管线应分别设在管廊的不同空间;信息电缆与高压电缆应分开设置;给水管道与排水管道可在综合管廊同侧布置,排水管道应布置在综合管廊的底部;热力管道、燃气管道不得同电力电缆同舱敷设。

3、综合管廊的标准断面规定

综合管廊的标准断面应根据容纳的管线种类、数量、施工方法综合确定。采用明挖现浇施工时宜采用矩形断面,采用明挖预制装配施工时宜采用矩形断面或圆形断面,采用非开挖技术时宜采用圆形断面、马蹄形断面。

矩形断面综合管廊

盾构圆形断面

六、综合管廊的施工方法

(一)综合管廊的常见施工方法

综合管廊常用的施工方法有明挖法、矿山法、顶管法和暗挖法。

1、明挖法施工的特点

明挖法是指先由上而下开挖地面土石方至设计标高后,再自基底由下而上顺作进行管廊主体结构施工,最后回填基坑恢复地面的施工方法。

明挖法是各国市政管廊施工的首选方法,适用于场地地势平坦,没有需保护的建筑物且具备大面积开挖条件的地段,在地面交通和环境条件允许的情况下进行,具有施工技术简单、快捷、经济、安全的优点,通常用于城市的新建区,结合道路新建工程同步实施管廊时采用。

采用明挖法施工的缺点是中断交通的时间长,施工噪声与渣土粉尘等对环境有一定的影响,除需要进行大范围的管线迁改或建筑物拆除时,对城市交通影响较大。

明挖法一般有明挖现浇施工法和明挖预制拼装施工法。

①明挖现浇法施工法

明挖现浇施工法为最常用的施工方法,可将整个工程分割为多个施工标段,施工难度、技术要求、工程造价较低,但对施工环境有一定要求。

明挖现浇法的施工工艺为:降低地下水位→土方开挖→基底处理→支模→绑扎钢筋→浇筑混凝土→回填土方→恢复地面。

②明挖预制拼装施工法

明挖预制拼装施工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。

明挖预制拼装法的施工工艺为:管片预制→降低地下水位→土方开挖→基底处理→管片拼装砌筑→管廊防水→回填土方→恢复地面。

明挖现浇施工方法

明挖预制悬拼法施工方法

2、矿山法

主要适用于地下水匮乏的粉质黏土地层和基岩地层中,施工作业主要依靠人工作业,施工环境条件较差、地表沉降不易控制。

3、顶管法

主要用于软土地区的小直径隧道施工,由于其工艺的特殊性,长距离施工时需要分段进行,工作井较多,主城区共同管沟干管施工时不宜推荐采用。

4、暗挖施工法适用于城市交通繁忙,景观要求高,无法实施开挖作业的地区,也适用于松散地层、含水松散地层及坚硬土层和岩石层。一般有盾构法、浅埋暗挖法和盖挖法。

①浅埋暗挖法

是在距离地表较近的地下进行洞室暗挖施工的一种方法。其施工基本原理是在洞室土体开挖中,采用多种辅助措施加固洞室周围土体,以充分发挥其自承能力,开挖后或开挖过程中及时支护并封闭成环,使支护与洞室周围土体共同作用形成联合支撑体系,从而有效地控制洞室周围土体过大变形的一种综合施工技术。

该法施工的优点是:地下洞室暗挖成型,初期支护和衬砌均在地下洞室内完成,不必中断城市交通,施工机械化程度低,对地下管线影响较小,管廊断面结构可做成圆形、马蹄形、矩形、多跨联拱等形状,而且易于进行不同断面的转化衔接,对工程的适应性强,可根据不同的地质条件及时调整施工工艺和设计参数,施工噪声低,对环境的干扰小。

施工工艺步骤:工作坑修建--地层土体加固--管廊洞室开挖(全断面开挖法、台阶开挖法、正台阶环形开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、中隔壁法和交叉中隔壁法)--初次支护--管廊主体结构施工。

初次支护的方法:采用喷锚支护。

喷锚支护是采用锚杆和喷射混凝土支护围岩的施工措施。锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成一个承载结构,可以有效地限制围岩变形的自由发展,调整围岩的应力分布,防止岩石土体松散坠落。它既可用作施工过程中的临时支护,也可作为永久支护。根据围岩的地质条件,可以单独采用锚杆支护或喷射混凝土支护,也可采用锚杆与喷射混凝土相结合进行支护。一般对洞室的拱部和边墙而言,采用锚杆预喷射混凝土相结合的支护方式较多。有时为了提高支护能力,可在锚杆和喷射混凝土相结合的基础上,加设单层或双层钢筋网,以提高喷层混凝土的抗拉强度和抗裂能力,特殊条件下可在锚喷加金属网的同时,在喷层内加设工字钢等型钢作为肋形支撑。

施工时,先在围岩上喷射混凝土,在其上钻孔安装锚杆,锚杆的孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求,锚杆杆体露出岩面长度不应大于喷层的厚度。锚杆一般有中空注浆锚杆、树脂锚杆、自钻式锚杆、砂浆锚杆和摩擦型锚杆等类型,应根据地质条件、使用要求及锚固特性进行选择,常用的中空注浆锚杆。

②盖挖法

是由地面向下开挖土方至一定深度后修筑管廊顶板,在顶板的保护作用下进行管廊下部结构施工的作业方法。一般有盖挖顺作法和盖挖逆作法两种作业方式。

盖挖顺作法是自地表向下开挖一定深度的土方后浇筑管廊顶板,在顶板的保护下再自上而下开挖土方,达到坑底设计高程后再由下而上进行管廊主体结构施工的方法。

盖挖逆作法是自地表向下开挖一定深度的土方后浇筑顶板,在顶板的保护下再自上而下进行土方开挖和管廊主体结构施工直至底板的作业方法。

(二)盾构法

盾构机是不开槽施工时用于地下掘进和拼装衬砌的施工设备。使用盾构机开挖隧道的方法就是盾构法。盾构法源于法国,由工程师Mare Isambrard Brunel布鲁诺尔发明,并于1834年用盾构法建成了第一条过江隧道。我国在20世纪五十年代开始引进盾构法,并在北京和上海等地进行小型盾构法施工试验,至今已有50多年的施工历史。盾构法具有以下优点:

-—因施工中顶进的是盾构机本身,故在同一土层中所需的顶力为一常数。

-—盾构断面可以为任意形状,可成直线或曲线走向。

-—在盾构设备的掩护下进行土层开挖和衬砌,使施工操作安全。

-—施工噪声小,不影响城市地面交通。

-—盾构法进行水底施工时不影响航道通航。

-—施工中如严格控制正面超挖,加强衬砌背面空隙的填充,可有效地控制地表沉降。

盾构法施工是目前地下施工领域最为先进的工法,广泛用于城市建筑密集、交通繁忙、地下管线集中地段的地下管廊施工。根据综合管廊的最终设计,此工法能广泛适应不同埋深、各类复杂地层,安全高效施工,其圆形断面也可以灵活地扩挖成为其它断面形式,抗压强度高,环境影响小。由于是完全地下作业,占道施工面积小,对社会交通和日常生活影响最小。盾构法施工对地面沉降的控制以及洞内防渗止漏等规范要求都有成熟的技术措施,已成为地下隧道施工的主流工法。对于穿越主城区干管或次干管或穿越江、河、海共同管沟建议采用盾构法施工。

盾构法最突出的缺点是工程造价偏高,这主要因为国外厂商掌握此类产品核心技术,国内企业研制时间短,技术不成熟,产品类型和技术指标难以满足要求。目前市场上的大部分盾构机都用来修建城市地铁,导致修建地下管廊的工程土建造价和修建同样数量的地铁相当,因此如何降低土建造价是盾构法施工必须面对和解决的问题。

1、盾构法施工原理

盾构法施工时,先在需施工地段的两端各修建一个工作坑,又称竖井,然后将盾构从地面下放到起点工作坑中,首先借助外部千斤顶将盾构顶入土中,然后再借助盾构壳体内设置的千斤顶的推力,在地层中使盾构沿着管道的设计中心线向管道另一端的接收坑中推进。同时,将盾构切下的土方外运,边出土边将砌块运进盾构内,当盾构每向前推进1-2环砌块的距离后,就可在盾尾衬砌环的掩护下将砌块拼成管道。在千斤顶的推进过程中,其后座力传至盾构尾部已拼装好的砌块上,继而再传至起点井的后背上。当管廊拼砌一定长度后就可作为千斤顶的后背,如此反复循环操作,即可修建任意长度的管廊或管道。在拼装衬砌过程中,应随即在砌块外围与土层之间形成的空隙中压注足够的浆液,以防地面下沉。

2、盾构机的分类

盾构的分类方法很多,按挖掘方式可分为手工挖掘式、半机械式、机械式三大类;按工作面挡土方式可分为敞开式、部分敞开式、密闭式;按气压和泥水加压方式可分为气压式、泥水加压式、土压平衡式、加水式、高浓度泥水加压式、加泥式等。

3、盾构机施工

①盾构施工的准备工作

为了安全、迅速、经济地进行盾构施工,在施工前应根据图纸和有关资料进行详细的勘察工作。勘察的内容主要有:用地条件的勘察、障碍物勘察、地形及地质勘察。

用地条件的勘察主要是了解施工地区的情况,工作坑、仓库、料场的占地可能性,道路条件和运输情况,水、电供应条件等。

障碍物勘察包括地上和地下障碍物的调查。

地形及地质勘察包括地形、地层柱状图、土质、地下水等。

根据勘察结果编制盾构施工方案。盾构施工准备工作主要有盾构工作坑的修建、盾构的拼装检查、附属设施的准备等。

②施工工艺要点

盾构法施工工艺主要包括:施工准备→设备组装调试→试掘进→正常掘进→出渣与管片拼装→注浆→排水除尘等辅助工作→拆除掘进机。

③盾构施工质量标准

在市政管道工程施工中,盾构法施工大部分用于穿越市区的建筑群及城市道路,地层中有交叉的各类地下管线,为使盾构推进施工中不影响临近建筑物及地下管线的正常使用,规定了如下标准:

地表沉降及隆起量:30mm-20mm;

隧道轴线平面高程偏差允许值:±100mm,施工阶段控制在±50mm;

隧道管片水平内径与垂直直径的差值25mm,拱底块定位偏差3mm,管片相邻环高差≤4mm;

防水标准:不允许有滴漏、线漏;

渗水量:0.1kg/m2d20L/100m2d。

七、综合管廊建设的问题

综合管廊建设在国内依然存在某些挑战,主要表现在:

1、整体规划问题

在进行综合管廊建设前必须先做好规划工作,进行综合管廊的网络规划,而且必须与该地区道路网络规划和交通网络规划协调统一。由于城市道路下的地下空间资源有限,使得管线敷设的空间容量日趋饱和,管线扩容、增设的难度与管线间的相互干扰也越来越大,提高城市管线建设的集约化已成为当务之急。因此,中心城市有条件的地区应规划考虑设置综合管廊。城市在编制《城市总体规划》时,要考虑创建由干线、支线、缆线组成的城市综合管廊网络体系,考虑与城市未来地下道路、地铁、地下物流等设施整合共建,制定长远的建设发展目标。

2入廊意愿问题

对于管线单位来说,由于成本的关系,天然缺乏入廊的意愿。如果管线不入廊,将直接影响到地下管廊的实际效用和成本回收。强制入廊、平衡收费,这是众多地下空间工程师和规划专家从实践中得出的结论。在今年地下管廊试点城市的申报要求中,是否制定强制入廊政策、建设费用和运营费用合理分担政策、运营管理办法等成为重点评审内容之一。为了加强入廊管理,凡在地下综合管廊以外的位置新建管线的,规划部门应不予许可审批,建设部门不予施工许可审批,市政道路部门不予掘路许可审批。

3运营安全问题

地下空间防灾是个大问题。建设和运营中的灾难类型和发生机理与防御对策都不同,要研究制定预案及配套技术措施。地下空间存在的致灾风险有火灾、水灾、恐怖袭击、地下空间犯罪、地下空间疏散难、污染及有毒化学品泄漏、供电故障、地下空间车祸等。地下防灾考验三种能力:抗灾恢复保障力、灾害损失评估力和灾后恢复重建能力。

八、综合管廊的成本效益

根据测算,地下综合管廊在廊体单位公里造价约在0.56-1.31亿元之间。地下综合管廊分为廊体和管线,在这里仅考虑廊体的建造成本,而廊体造价又与断面面积和舱位数量有关,按照投资标准估算,断面面积10-20平米、1舱位的廊体1公里造价约为0.56亿元;断面面积35-45平米、4舱位的廊体1公里造价约为1.31亿元,断面面积越大、舱位数量越多,造价越高。此外,在廊体建造成本中,施工成本占一半,材料成本占比超过1/3。以断面面积20-35平米、2舱的廊体为计算标准,1公里施工成本约为0.40亿元,占比约为49.83%,1公里材料费用约为0.28亿元,占比约为35.06%,其余为设备购置费与基本预备费,其中基本预备费是指在投资估算阶段不可预见的工程费用。

尽管综合管廊的初期建设成本相对较高,但由于所有管线被布置在同一管廊内,各类管线原权属机构可以分摊此费用,其实际单独铺管的建设成本可以降低,在充分保障市政各项设施服务效率和质量的前提下,项目的整体投资反而下降。在其整个生命周期内,运行维护费用大大低于直埋铺设管线方案。

根据德国专家多年对综合管廊跟踪调研的结果,维护良好的综合管廊使用寿命可超过100年(如英国伦敦),铺设在管廊内部的各类管线的使用寿命也大大长于直接埋在地下的情况,交通越是繁忙的地段,直埋于地下管线的使用寿命也越短。综合管廊上部的道路和路面仅受交通和气候的影响,其寿命可达下部铺设有直埋管线情况的2倍。2012年,根据对德国WACHAU市综合管廊上部的道路情况监测,在使用了20年之后,路面的状况良好如新。

此外,根据对德国7个城市的调研,在建设有综合管廊的地区,其每年每延米的维护成本均低于传统直埋式管道(见下图)。而且,有综合管廊的区域,其商业地产的市场开发价值普遍高于没有综合管廊的区域,经济效益明显。

在比照综合管廊和直埋管线方案时,一个比较容易忽略的因素就是社会和环境成本,即外部成本,而且不易量化。在不同地区根据对社会影响干扰程度的高低进行分析,直埋管线的方式所带来的社会成本可能会达到项目总体成本的80-400%。这种社会成本来自于市政设施服务的中断、可用空间收益的损失、长期影响带来的商业和就业流失。环境成本则来自于环境清理及居民健康所受到的负面影响。不难看出,综合管廊的外部成本要远低于直埋管线方案。

九、综合管廊的运营模式

《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》对综合管廊的建设、运行模式进行了宏观的描述:

1、实施主体问题。鼓励由企业投资建设和运营管理地下综合管廊,推广运用政府和社会资本合作(PPP)模式,通过特许经营、投资补贴、贷款贴息等形式,鼓励社会资本组建项目公司参与城市地下综合管廊建设和运营管理,确保项目合理稳定回报。综合管廊建设投资额大,单靠财政支出无法完成,地方政府建设综合管廊主要考虑资金来源问题,大多采用PPP(政府企业联合出资方式融资)模式。政府一般通过招标,选择企业作为合作方,也作为资金提供方。央企在融资成本上较低,有经验积累,加之社会责任感较强,在优选之列,特别是具备规划、设计、施工、运营维护等综合实力和产业链优势的国企,在综合管廊建设中更具优势。

2、收费问题。入廊管线单位应向地下综合管廊建设运营单位交纳入廊费和日常维护费,具体收费标准要统筹考虑建设和运营、成本和收益的关系,由地下综合管廊建设运营单位与入廊管线单位根据市场化原则共同协商确定。入廊费主要根据地下综合管廊本体及附属设施建设成本,以及各入廊管线单独敷设和更新改造成本确定。日常维护费主要根据地下综合管廊本体及附属设施维修、更新等维护成本,以及管线占用地下综合管廊空间比例、对附属设施使用强度等因素合理确定。后期管廊内管线费用可以参照架空线路原来投资和维护费用计算。在地下综合管廊运营初期不能通过收费弥补成本的,地方人民政府视情况给予必要的财政补贴。
   3、资金来源问题。

首先,积极争取中央现有政策性资金渠道支持,同时持续关注中央新的专项资金政策;其次,地方政府可以设立基建专项资金,或发行政府一般债券或专项债券融资,管线单位配合落实部分资金,加快城市综合管廊工程建设;再次,加快城市建设投融资体制改革,积极开展城市基础设施和综合管廊建设等政府和社会资本合作机制(PPP),建设运营移交(BOT)等新试点,鼓励社会资本参与城市基础设施投资和运营;第四,支持银行业金融机构在有效控制风险的基础上,加大信贷投放力度,积极开展特许经营权、收费权和购买服务协议预期收益等担保创新类贷款业务,支持城市基础设施建设。

综合管廊的后期服务是一个大市场。地下综合管廊建成后由平台公司运行,约定期限内,政府回购至完全所有。但地下管廊涉及到不同的管线维护,专业性要求高,运营维护可以作为独立的业务开展。目前,综合管廊的收入包括入廊费、补贴和维护保养费。推广阶段,入廊费的收入并不容易,未来要发展维护保养的市场,比如广州大学城的维护保养就是交给一家运营公司,综合管廊要慢慢成为依靠入廊费和维护费为主。

十、合作单位——辽宁三三工业有限公司及其成功工程案例

辽宁三三工业有限公司(简称三三工业)是国家级高新技术企业,拥有国家级盾构机/TBM隧道掘进机工程技术中心和2个省级工程研发中心,是国内唯一能够独立实现设计、研发、制造、总装,独立生产全断面隧道掘进机(TBM)并拥有自主知识产权的企业,产品包括土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、硬岩TBM和异形盾构机,直径从3m—18m。

2014年三三工业全资收购了卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司(CTCC)的全部资产和知识产权。CTCC是世界500强美国卡特彼勒公司的全资子公司,前身是成立于1972年的加拿大罗浮特公司(Lovat),是世界顶尖的盾构机/TBM隧道掘进机(TBM)制造商,全球唯一能提供从盾构机的全面设计、制造、检测和试验的公司,在国际盾构机制造行业享有极高声誉。

通过并购,三三工业获得了全球领先的盾构机/TBM隧道掘进机(TBM)核心技术、知识产权及国际营销渠道、海外生产基地,跃升为国际隧道掘进机行业的重要一员。为了做好跨国经营,三三工业在加拿大成立了其全资控股公司——LOVSUNS公司,作为海外研发中心、核心部件制造中心、销售及售后服务中心。

需要特别指出,卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司是国际隧道施工领域公认的复杂地层机械化施工技术的领导者,生产的盾构机集多种掘进模式于一体,特别适应复杂复合地质条件要求,很早就开发出用于城市地下管廊工程的盾构机,并在欧美城市地下综合管廊项目中得到广泛应用。盾构开挖直径最小0.75米,最大17米,具有高精技术和更可靠的施工安全性的质量特点,在全球各地运用并得到广泛认可。

三三工业在成功收购卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司后,全力布局全球隧道掘进机市场,国内已经布局广州、深圳、成都、南京、武汉、北京、重庆和长春等主要城市轨道交通市场,国际已经布局英国、美国、意大利、西班牙、保加利亚和土耳其等欧美国家轨道交通和城市综合管廊市场。同时,三三工业积极发挥自身优势,充分发挥国内国际市场运作优势,国内已经与中铁、中建、中交和中电建等国内施工龙头企业形成战略合作联盟,国际利用原有卡特彼勒销售网络在24个重点国家设有办事处或代理商,在海外进行隧道掘进机销售的同时积极带领国内知名施工企业联合走出去,利用三三工业国际隧道领域市场资源将国内隧道施工企业带入国际市场。

综上所述,选择三三工业作为合作单位具有如下几大突出优势:

  1. 技术优势

三三工业盾构机技术被称之为复杂地质之王,具有广泛的适应性,可适应国内所有极端地质条件,其技术受到业界一致认可和好评。

  1. 技术服务优势

三三工业建设有完备的售后服务队伍,拥有大量行业内的顶尖人才,目前售后服务队伍多达300人,不仅可以进行设备本身的技术服务,同时可以进行全方位的施工外包服务。

  1. 施工服务优势

三三工业目前与中铁、中建和中交建立了长期战略合作伙伴关系。因目前国内轨道交通市场急剧膨胀,导致中铁、中建和中交等企业施工人才和力量急剧短缺,三三工业抓住市场时机,聚集行业内顶尖人才组建了自己的售后服务加施工队伍,为客户提供全方位的解决方案,目前已经承接多个城市的大量轨道交通施工工程。

  1. 国内市场资源优势

三三工业在发展壮大过程中,与多个城市地铁公司及政府结下深厚友谊,同时联合多地龙头企业引进施工方共同开展轨道交通总承包工程,目前正在洽谈有包头、西安、杭州、沈阳和大连等多个城市多条轨道交通线路及其他项目。

  1. 国际市场资源优势

三三工业在海外24个重点国家拥有办事处或代理商,当地代理商均为极具影响力家族企业同时具有很深的政治背景,无论从政府关系及市场资源均具有根深蒂固的人脉资源和巨大的影响力,三三工业将利用代理商网络积极推介和带领国内施工企业走向国际轨道交通总承包市场,为合作伙伴带来巨大市场资源和利润。

目前,三三工业已经掌握了应用于城市地下管廊工程的盾构机的核心技术,并拥有完全自主知识产权,同时在欧美国家拥有丰富的地下综合管廊施工经验,这不仅摆脱了国外厂商对我国企业的技术挟持,而且可以为我国城市地下综合管廊建设提供性能可靠的隧道掘进设备和丰富的施工经验,为我国城市地下管廊建设推行盾构法施工提供了有利条件和可靠保障。

辽宁三三工业有限公司成功工程案例

1.多伦多排污管隧道

  • 工程地点:加拿大多伦多市

  • 隧道长度:35公里

  • 隧道内径:3.2米

  • 建造年份:2006年

  • 施工方法:盾构法,四台3.6m 土压平衡盾构机

  • 施工单位:加拿大LOVAT公司(已被三三工业收购)

2.悉尼电缆管廊隧道

  • 工程地点:澳大利亚悉尼市

  • 隧道长度:32公里

  • 隧道内径:3.75米

  • 建造年份:2007年

  • 施工方法:TBM,六台4.1m 单护盾硬岩掘进机

  • 施工单位:加拿大LOVAT公司(已被三三工业收购)

3.伦敦2012奥运会综合管廊隧道

  1. 隧道总长:56公里

  2. 隧道直径:4.6米

  3. 隧道埋深:13-33米

  4. 纳入管线:电力、通讯

  5. 建造年份:2006年

  6. 施工法:TBM,8台 4.7m土压平衡盾构机

  7. 施工单位:加拿大LOVAT公司(已被三三工业收购)

4.英国电力公司电缆隧道

  1. 隧道总长:24公里米

  2. 隧道直径:2.6米

  3. 隧道用途:电缆管道

  4. 建造年份:2013年

  5. 施工方法:五台2.6m 土压平衡盾构机

  6. 施工单位:卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司(已被三三工业收购)

5.美国光明水排污隧道工程

  1. 隧道总长:21.7公里

  2. 隧道直径:4.7米

  3. 隧道用途:污水管道

  4. 建造年份:2011年

  5. 施工方法:三台4.7m TBM

  6. 施工单位:卡特彼勒加拿大隧道设备有限公司(已被三三工业收购)

十一、结论

综上所述,综合管廊的生命周期是最长的,毫无疑义是最可持续发展、最具发展潜力的城市市政管线建设方式。

2015年7月,住建部宣布了我国将全面启动地下综合管廊建设,首批10个试点城市已确定,计划3年内建设389公里综合管廊,总投资351亿元,到2020年建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营。

综合管廊的建设从技术角度而言,从国内外大量的工程实例来看,并无重大难点,非主要矛盾。只要在国家政策支持、投融资渠道畅通、相关配套法律法规到位、运营机制健全的条件下,综合管廊的建设必将成为推动中国经济进一步迅猛发展的万亿级产业。

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