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        珠海城市綜合管廊建設(shè)實踐思考及BIM應(yīng)用

        2017-06-15 15:01:10謝杰英
        城鄉(xiāng)建設(shè) 2017年8期
        關(guān)鍵詞:橫琴管廊管線

        ■ 謝 非 謝杰英 何 健

        珠海城市綜合管廊建設(shè)實踐思考及BIM應(yīng)用

        ■ 謝 非 謝杰英 何 健

        城市綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、給水、排水、熱力、燃氣、污水等市政管線公共隧道,并留有檢修通道的結(jié)構(gòu)。綜合管廊解決了城市發(fā)展過程中各類管線的維修、擴容造成的“拉鏈路”和空中“蜘蛛網(wǎng)”的問題,對提升城市總體形象,創(chuàng)造城市和諧生態(tài)環(huán)境起到了積極推動作用。中冶管廊技術(shù)研究院提供綜合管廊建設(shè)咨詢、規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、投融資、運營管理一站式服務(wù)。

        珠海橫琴新區(qū)綜合管廊是新近建成的國內(nèi)最大規(guī)模的現(xiàn)代化城市綜合管廊,具有規(guī)劃超前,綜合優(yōu)點突出的鮮明特點。按照國務(wù)院批復(fù)《橫琴總體發(fā)展規(guī)劃》要求,將橫琴建設(shè)成為“一國兩制”下探索“粵港澳”合作新模式的示范區(qū)。珠海橫琴規(guī)劃目標定位:要將橫琴建設(shè)成連通港澳、區(qū)域共建的“開放島”,經(jīng)濟繁榮、宜居宜業(yè)的“活力島”,知識密集、信息發(fā)達的“智能島”,資源節(jié)約、環(huán)境友好的“生態(tài)島”(見圖 1)。在這種背景之下,一種高起點、高規(guī)格、能集中容納多種管線共溝布設(shè),具有長遠發(fā)展功能的城市綜合管廊規(guī)劃設(shè)計方案逐步成型,經(jīng)充分討論最終得以全面實施。

        圖1 橫琴島規(guī)劃目標遠景圖

        新建城市地下綜合管廊全長 33.4km,工程建設(shè)投資約22億元,是目前國內(nèi)一次性投入最大、建設(shè)長度最長、輻射面最廣、納入管線種類最多、施工最復(fù)雜的綜合管廊工程。管廊于 2010 年 10 月開工建設(shè),至 2014 年 10 月內(nèi)部電力、給水、通信等電纜、管線納入完畢并投入運營,已逐步實現(xiàn)106 平方公里橫琴新區(qū)城市能源供輔的主動脈功能(見圖 2)。

        圖2 珠海橫琴新區(qū)綜合管廊

        區(qū)域規(guī)劃設(shè)計特色

        綜合管廊主干線采用雙倉、三倉兩種規(guī)格,沿環(huán)島北路、中心北路、中心南路、環(huán)島東路、環(huán)島西路布置,形成三橫兩縱“日”字形管廊網(wǎng)域,如圖 3 所示;支干線總長度約 4.6km,采用單倉、雙倉設(shè)置,沿十字門商務(wù)區(qū)、口岸服務(wù)區(qū)的濱海東路布置。主干線管廊規(guī)劃先期納入電力、給水、通信3種管線,超前規(guī)劃預(yù)留供冷、供熱、中水、垃圾真空管4種管位,能滿足橫琴未來 100 年發(fā)展使用需求。綜合管廊內(nèi)設(shè)置通風(fēng)、排水、消防、監(jiān)控等系統(tǒng),由控制中心集中控制,實現(xiàn)全智能化運行,如圖4所示。

        從成本測算、短期運營實踐及后期運營預(yù)測來看,管廊綜合優(yōu)勢十分明顯 :(1)各類管線納入管廊,分倉布置,由常規(guī)的分散布設(shè)改為集中布設(shè),最大限度節(jié)約城市用地空間,僅將沿路 220kV 架空電纜納入綜合管廊,就為橫琴節(jié)約近40 公頃用地,拓展城市空間約 200 萬立方。(2)綜合管廊內(nèi)各類管線安裝、檢修、擴容、監(jiān)控管理變得極為方便,避免了道路的重復(fù)開挖,降低成本,提升民生質(zhì)量。(3)入廊管線徹底避免了地下高鹽分水體侵蝕,且在管廊內(nèi)相對恒定的溫度、濕度條件下,預(yù)測會將管線延長 2~3 個生命周期。(4)納入綜合管廊的各類管線得到了很好的保護,基本不受周邊地塊開發(fā)建設(shè)的影響,杜絕人為破壞因素,減少管線搶修工作,同時綜合管廊占地上方能很好地進行綠化景觀造型,減少埋地管線標識,提升市容質(zhì)量。

        圖3 珠海橫琴綜合管廊規(guī)劃

        圖4 綜合管廊智能化運行控制系統(tǒng)

        建設(shè)實踐與創(chuàng)新

        珠海橫琴原始場地遍布自然河渠、魚塘、香蕉地(見圖5),大部分是深達 30m 的高含水率流塑淤泥,塑性指數(shù)高,滲透性差,強度極低,部分地區(qū)下臥花崗巖層,巖面淺,起伏變化大,局部地區(qū)分布較厚亂石層,地質(zhì)差,建設(shè)條件復(fù)雜。地下綜合管廊建設(shè)難點在于:基坑開挖深度5~17m支護、開挖難度較大;超長地下混凝土結(jié)構(gòu)防滲漏要求嚴,總體質(zhì)量要求高;管廊內(nèi)部半密閉受限空間,大直徑管道運輸、安裝比較困難;工程總體量大,有效工期短。

        (一)軟土地基處理

        采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為主要軟基處理方法,如圖6所示。

        通過不同處理深度的現(xiàn)場真空預(yù)壓試驗、設(shè)計計算反分析以及工程實踐,確定了欠固結(jié)淤泥真空預(yù)壓的合理處理深度,總結(jié)出欠固結(jié)淤泥計算參數(shù)的選擇方法和珠海橫琴淤泥的經(jīng)驗值,形成了合理、有效的欠固結(jié)淤泥路基地基處理方法。

        同時,研發(fā)了深厚高壓縮性軟土夾拋石層地基沉樁引孔施工機械裝置,確保順利、有效地實現(xiàn)含塊石層淤泥區(qū)域沉樁施工。

        (二)深基坑施工

        珠海綜合管廊位于擬建道路一側(cè) 20m 寬管廊帶內(nèi),深基坑采用先隨道路同步進行軟基處理,后支護明挖方式。施工過程中根據(jù)不同的地質(zhì)條件,因地制宜分布采用灌注樁、鋼板樁、護壁錨桿等不同支護方法;針對難度地區(qū),展開系列課題技術(shù)攻關(guān),經(jīng)過應(yīng)用堆載沙井后注漿加固技術(shù)、水泥攪拌樁空間優(yōu)化加固技術(shù),階梯式組合支護開挖技術(shù)、穿巖基坑吊腳樁支護靜力破碎開挖技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù),深基坑在開挖過程未出現(xiàn)安全質(zhì)量事故,非常好地保護了原有重要煤氣管線及國防光纜的正常運行。

        圖5 橫琴原始地形地貌

        圖6 采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓進行軟基處理

        (三)管廊結(jié)構(gòu)施工

        綜合管廊本體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量把控關(guān)鍵點在于:確保樁基基礎(chǔ)質(zhì)量,最大限度提高管廊混凝土結(jié)構(gòu)的自防水性能。施工過程中通過嚴格質(zhì)量管控及應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù),效果明顯,基本做到不滲不漏 :(1)運用 BIM 技術(shù)對工程樁樁端持力層進行可視化交底,制定管控措施,確保樁基穩(wěn)定,杜絕差異沉降。(2)優(yōu)化混凝土配合比,改進養(yǎng)護方法減少混凝土收縮裂縫。(3)采用分段跳倉施工技術(shù),先期減少變形縫縱向拉力。(4)利用自主創(chuàng)新專利技術(shù)改進變形縫節(jié)點構(gòu)造,提高變形縫側(cè)向抗力,延長橡膠止水帶使用壽命。

        (四)創(chuàng)新管線安裝

        綜合管廊內(nèi)一般按 200m 設(shè)置防火分區(qū)單元,每個防火分區(qū)頂部設(shè)置進、排風(fēng)口,每 2個分區(qū)設(shè)置吊裝孔,每 4~5個分區(qū)設(shè)置檢修口或人行出入通道。綜合管廊內(nèi)管線安裝基本在一個超長的半密閉受限空間內(nèi)進行,總體安裝順序是先照明(正式電源或臨時電源)、排水、通風(fēng),然后開始管線安裝,管線安裝順序原則是按直徑先大后小,按材質(zhì)先硬后軟,按部位先底部后上部。管廊內(nèi)直徑 800~1400m 給水管道入廊、運輸安裝難度最大。項目組采用“開、閉結(jié)合”的吊裝入廊、運輸方式:對少量安裝位置遠離吊裝孔且體量較大的管道或成套設(shè)備,采用先吊裝就位后澆筑管廊頂板的“開口”方式;其它管道、管線采用從吊裝孔分批入廊,長距離縱向運輸?shù)摹伴]口”方式。對給水鋼管、打捆后的PVC管,利用自主研發(fā)的頂升、平移運輸裝置,實現(xiàn)了超長受限空間內(nèi)管道的高效運輸及安裝。

        (五)BIM技術(shù)綜合運用

        以綜合管廊及地上、地下 BIM 大數(shù)據(jù)為核心,BIM 模型作為信息的載體,滿足不同階段的應(yīng)用與管理需要。將BIM 技術(shù)全面應(yīng)用于綜合管廊的設(shè)計、施工全程,通過方案模擬、深化設(shè)計、管線綜合、資源配置、進度優(yōu)化等應(yīng)用,避免了的設(shè)計錯誤及施工返工。

        圖7 BIM 技術(shù)綜合應(yīng)用

        設(shè)計階段 :(1)利用 BIM 技術(shù)對管廊節(jié)點、監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)、裝飾等進行建模,仿真分析,提前模擬設(shè)計效果,對比分析,優(yōu)化設(shè)計方案。(2)設(shè)計檢查,多專業(yè)模型在平臺中進行合模與綜合碰撞檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時與設(shè)計單位溝通修正,減少施工過程中的變更。(3)將模型導(dǎo)入到Navisworks軟件,采用第三人行走模式,進行凈空檢查。通過 BIM 檢查深化設(shè)計,可將大部分問題解決在施工之前。

        施工階段 :(1)結(jié)合勘查資料、設(shè)計圖紙利用 BIM 技術(shù)建模,厘清樁端持力層、巖面等關(guān)鍵隱蔽節(jié)點,提前制定施工管控措施。(2)利用建筑、結(jié)構(gòu)、管線的綜合 3D 模型及 Navisworks軟件虛擬漫游,進行可視化交底,并在管線安裝過程中實時對安裝工況及效果進行評估,及時糾偏。(3)利用 BIM 參數(shù)化、可視化模型等特點,集中物資、價格、形象進度等信息,方便施工資源調(diào)配及進度優(yōu)化控制。

        運維階段:監(jiān)控與報警,與運維管理系統(tǒng)連接,當(dāng)運行狀態(tài)達到預(yù)設(shè)警戒閾值或監(jiān)控設(shè)備發(fā)現(xiàn)異常時,可以自動進行報警通知,便于管理單位統(tǒng)一協(xié)調(diào)與應(yīng)急指揮。

        圖8 BIM 技術(shù)指導(dǎo)設(shè)計和施工

        問題與思考

        (一)規(guī)劃先行、區(qū)域統(tǒng)籌考慮

        提前編制各城市針對性地綜合管廊專項規(guī)劃,因地制宜的分區(qū)域、分系統(tǒng)確定入溝管線時序,需明確綜合管廊的走向、現(xiàn)有系統(tǒng)管網(wǎng)接口和用地規(guī)劃。

        綜合管廊專項規(guī)劃應(yīng)與其他管線規(guī)劃、城市地下空間規(guī)劃等相互協(xié)調(diào)、綜合考慮,建議盡可能形成系統(tǒng)、區(qū)域性管廊網(wǎng),更好地發(fā)揮綜合管廊區(qū)域綜合優(yōu)勢。

        (二)規(guī)避復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件風(fēng)險

        綜合管廊建設(shè)是百年基業(yè),深埋地下,受地質(zhì)、環(huán)境條件情況影響很大。沿海地區(qū)或老城區(qū)綜合管廊建設(shè)經(jīng)常會碰到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件,如何對深厚軟土地基進行有效處理、確保管廊深基坑建設(shè)期安全和后續(xù)地塊開發(fā)運維安全、以及如何規(guī)避、預(yù)防綜合管廊不均勻沉降或滲漏的情況,是巖土工程界需要共同面對的一大難題。

        建議設(shè)計、規(guī)劃盡可能優(yōu)化綜合管線的線路,復(fù)雜地段地下地下空間統(tǒng)籌規(guī)劃、設(shè)計,同時,加強第三方信息化全過程監(jiān)控。

        (三)融資建造及運營管理

        建議 :(1)針對綜合管廊盡快建立相關(guān)法規(guī),明確管線強制入廊標準,解決規(guī)劃設(shè)計、投資建設(shè)、營運管理及費用分擔(dān)等關(guān)鍵問題,以吸引更多的資金更多的機構(gòu)投入到綜合管廊的建設(shè)及運維管中。(2)加速城市管線產(chǎn)權(quán)或主管部門現(xiàn)有建設(shè)、營運體制或機制改革,與綜合管廊集中建設(shè)集中維護相接軌。(3)加快推進對管線埋地、管線入廊全壽命成本的比較研究,制定綜合管廊技術(shù)規(guī)范,按地域區(qū)分,建立成本定額數(shù)據(jù)庫,為綜合管廊建設(shè)及運營維護成本分擔(dān)提供指導(dǎo)。(4)充分利用新的技術(shù)手段,如 BIM、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù),完善運維模式,提高運維效率,形成實時監(jiān)控、開放的市政管網(wǎng)平臺。

        (作者單位:中國二十冶集團有限公司)

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