城市轨道交通车辆基地室外综合管沟的应用研究

魏 胜，秦 祎

（1. 北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082；2. 北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037）

车辆段或停车场(以下统称车辆基地)是城市轨道交通系统的重要组成部分，是车辆停修和后勤保障基地，承担车辆的运用管理、整备保养、检查等重要功能，通常还包括综合维修中心、物资总库、培训中心以及相关人员的生活和管理用房[1-2]。室外管线是车辆基地基础设施的重要组成部分，担负着能源输送、信息传输以及污废水排放等重要功能，涉及专业和系统多，相关管线种类及数量多，管线走向复杂，建成后对车辆基地甚至整条线路的运营及维护有重要影响。因此，室外综合管线的设计是城市轨道交通车辆基地设计中的重点和难点[3]。

1 车辆基地设置综合管沟的意义

目前，在车辆基地中，室外管线通常多以直埋的形式敷设于地下(道路或股道下)，部分电力管线以电缆沟的形式敷设，但由于城市轨道交通及车辆基地的特殊性，所涉专业较多，管线条件复杂，在设计、施工、运营维护各阶段均存在一些问题[4-5]，主要表现在：

1) 管线综合布置是与车辆基地总平面布置统一进行设计的。室外管线种类多、数量多，不同类管线之间、管线与建(构)筑物之间以及同类管线间均需要满足规范要求的水平净距及检修间距的要求[6-8]。同时还应考虑到远期管线的预留，管线在平面位置上的排布会占据较大空间，车辆基地的用地规模会受到管线排布的影响，从而对工程整体投资产生影响[9]。

2) 由于各类管线标高要求不同，车辆基地内单体建筑，尤其是停车列检库、联合检修库等大型建筑的出入户管线多、接口位置多，同时又存在雨污废水等重力流管线。因此在管线的竖向设计中，虽然考虑到各类管线间的垂直净距要求，但不可避免地存在衔接、交叉、过渡表达不清晰的情况，导致施工时出现管线碰撞、衔接不当等问题，甚至引发大量返工[10]。

3) 在当今土地资源日益紧缺、城市轨道交通融资困难的形势下，地铁车辆基地上盖开发利用已成为一种趋势。上盖开发主要利用车辆基地库区及咽喉区上部空间进行开发利用，由于设计的需求，上盖开发的部分柱网基础会在车辆基地场区内设置承台、地下连梁等结构。这些结构与场区管线不可避免地会产生相互影响，有些部位因为管线的关系，要以调整结构形式、增加投资的方式满足管线的敷设要求。

4) 根据城市轨道交通设备设施使用寿命要求，给排水管道、采暖管道、电力管线、控制管线等的使用年限均在30年左右，管线到达使用年限后，需要更换管线。同时，直埋管线尽管在敷设前做了相应的防腐防锈措施，但是在管线接口位置仍然存在破坏、破损等现象，影响管道和电缆的使用安全。这些都需要重新开挖，在路面下的管线，还需开挖路面，存在维护、更换成本较高的问题。

5) 室外管线涉及专业多，往往各专业有各专业的施工单位，先期施工的管线需要严格按照综合管线图纸进行施工，预留出后续施工管线的安装及操作空间，不可随意占用空间；后续施工的管线需要严格把控施工要求，防止破坏先期施工完的管线。否则容易造成管线碰撞、管线破坏、交叉作业、施工反复等问题。

综合管沟是指设置于地面下，用于容纳两种以上管线的构筑物及其附属设施[11]。针对车辆基地综合管线存在的上述问题，综合管沟在综合性、长效性、可维护性、环保性、运营可靠性、可扩展更新性上有着显著的优势，在车辆基地内设置综合管沟有着重要的现实意义。区别于城市综合管廊，车辆基地内的管线有着自身的特点，不能完全套用城市综合管廊的模式进行应用，应做到因地制宜、因时制宜，设置与车辆基地自身相适应的综合管沟。

北京地铁7号线东延工程在张家湾车辆基地内设置了室外综合管沟，现以该工程为例来介绍室外综合管沟在城市轨道交通车辆基地的应用情况。

2 综合管沟管线种类分析

张家湾车辆基地的室外管线主要有给水管、中水管、消防水管、雨水管、污水管、废水管、采暖管、燃气管、供电电缆(10 kV、1 500 V、400 V及控制电缆)、动力照明电缆、通信电缆、信号电缆以及综合监控电缆等多种管线。

综合国内外综合管沟的先进经验，结合张家湾车辆基地的具体情况，对各类管线入沟情况进行分析。

1) 重力流排水管线，其特点为管径大，埋设深度随水流方向逐渐加深，车辆基地整体地势较为平坦，标高无明显差异，且重力流管线所要求的纵坡很难与综合管沟的纵坡协调。如果重力流管线入沟，将加大综合管沟的埋深或断面尺寸，引起综合管沟造价的增加。此外，污、废水会产生硫化氢及甲烷等有毒有害、易燃易爆气体，影响综合管沟内空气质量及运营人员生命安全。

2) 虽然国内外有燃气管道纳入综合管沟的先例，但是其前提是必须采取足够的安全措施，并且燃气采用单独舱布置。燃气管道纳入综合管沟的不利因素比较明显：①由于燃气易燃、易爆，相对液体更易泄漏，监测泄露的技术措施并不能完全保证可靠，燃气舱室的危险性风险极高；②燃气管道接头及阀门、配件的质量要求严格；③需采取监控、通风措施，防止燃气集聚，且监控、通风设施需安全可靠；④燃气管道管径较小，燃气舱室的空间利用率较低；⑤燃气管道的产权不归属于车辆基地，后期运营管理上也存在诸多问题。因此燃气管道纳入综合管沟大大增加了运行风险，也大大提高了综合沟运行中的安全管理与维护费用。

3) 供电电缆在多数情况下本身以电缆沟的形式在场区敷设，可直接考虑入综合管沟敷设，通信信号等弱电电缆布置灵活，在满足与强电电缆布置间距要求，避免电磁干扰的情况下，也可在综合管沟内敷设。

4) 给水类、采暖等压力管道纳入综合管沟中敷设，能给运营维护带来便利的条件，容易确定管道爆裂、漏水点，而且可以避免大型车辆等外界因素对管道带来的挤压，也避免了反复开挖的影响，而且压力管道受综合管沟横纵断面的影响很低。

经以上技术经济比较，同时考虑安全、维护管理等因素，确定除雨污废水与燃气管线不纳入综合管沟外，其他管线均可收纳入综合管沟的设计中。

3 综合管沟设计

3.1 设计原则及标准

针对是否完全执行城市综合管廊的相关规范的问题，业主及设计总体单位组织专家会议，最终确定：本工程为车辆基地内部的综合管沟，设计标准不执行城市综合管廊的相关规范(但可参考部分内容)；本综合管沟在符合功能定位、确保运营安全稳妥可靠的基础上，力求经济合理、技术先进、高效节能、管理维护方便，重要组成部分高标准建设，使之为车辆基地全面协调可持续发展提供支撑和保障；最大限度地发挥工程的经济效益、社会效益和环境效益。

基于此，根据张家湾车辆基地室外管线的分布、入沟管线的种类及数量，借鉴GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》中要求，并遵循以下原则；

1) 热力管道不应与电力电缆同舱敷设；

2) 为避免相互间电磁干扰，供电电缆不与通信电缆同侧布置；

3) 给水管道与热力管道同侧布置时，给水管道宜布置在热力管道下方。

按上述原则，在车辆基地内设计了两类(单舱布置、双舱布置)共4种规格的标准断面，同时在管沟交叉等位置还有相应的特殊节点断面形式。图1是车辆基地综合管沟平面布置图，可体现不同形式断面在场区的分布情况。

图1 车辆基地综合管沟平面布置图Figure 1 Plane layout of the utility tunnel in base for the vehicle of urban rail transit

标准断面考虑头戴安全帽的工作人员在管沟内检修作业的需求，确定净高按2.0 m设计，检修通道宽度按不小于1.0 m设计，各类管线敷设间距均按现行相关国家标准、行业标准的要求设置。

以标准断面形式在场区敷设的综合管沟总长度为2 678.9 m，总投资约为5 672.7万元。

3.2 双舱标准断面

给水管、中水管、消防管等在整个场区大部分道路下均有敷设需求，因此在供电电缆、动力照明电缆的敷设路径需求上，设置电舱和给水舱，双舱共构设置，并且结合采暖管线的敷设路径，按有无采暖管线将给水舱分为Ⅰ型和Ⅱ型两种规格。

3.2.1 A 型标准断面

电舱净尺寸 1.8 m(宽)×2.0 m(高)，供电电缆(10 kV、1 500 V、400 V及控制电缆)、动力照明电缆与通信电缆、信号电缆以及综合监控电缆按检修通道分两侧以支架形式敷设，以避免相互间电磁干扰。

给水舱(Ⅰ)净尺寸 2.2 m(宽)×2.0 m(高)，采暖管以吊架的形式吊装于管沟上部，并预留热水管的敷设空间；管径较大的给水管、自喷管以地埋支架的形式敷设于底部；其余的加压给水管、中水管、消火栓管等以侧墙支架的形式敷设于管沟中部。断面形式及具体布置如图2所示。

图2 A型标准断面布置图Figure 2 Standard section layout of Type A

共有3段管沟以A型标准断面在场区布置，长度共计1 075 m，投资约为2 865.5万元。

3.2.2 B 型标准断面

B型标准断面电舱净尺寸1.8 m(宽)×2.0 m(高)，管线类型及敷设形式与A型标准断面电舱一致。给水舱(Ⅱ)净尺寸 1.8 m(宽)×2.0 m(高)，区别于 A 型标准断面给水舱，此断面无采暖管，上部空间可供其他管线敷设，为优化管沟规模，将给水管调整至中部侧墙支架上敷设。断面形式及具体布置如图3所示。

图3 B型标准断面布置图Figure 3 Standard section layout of Type B

以B型标准断面在场区布置的管沟为一段250.7 m的连续管沟，投资约为618.1万元。

3.3 单舱标准断面

在场区内除供电电缆、动力照明电缆的敷设路径外的区域，管线集中的区域，设置单舱——水信舱，同样，按有无采暖管线将水信舱分为Ⅰ型和Ⅱ型两种规格。

3.3.1 C 型标准断面

C型标准断面即水信舱(Ⅰ)净尺寸2.8 m(宽)×2.0 m(高)，按检修通道分为两侧，一侧布置采暖管、给水管等水管，管线类型及敷设形式与A型标准断面给水舱(Ⅰ)一致；另一侧以支架形式敷设通信电缆、信号电缆以及综合监控电缆。断面形式及具体布置如图 4所示。

图4 C型标准断面布置图Figure 4 Standard section layout of Type C

共有3段管沟以C型标准断面在场区布置，长度共计723.2 m，投资约为1 349.4万元。

3.3.2 D 型标准断面

D型标准断面即水信舱(Ⅱ)净尺寸1.8 m(宽)×2.0 m(高)，此断面无采暖管，上部空间可供其他管线敷设，管线均在检修通道一侧布置，上部以支架形式敷设通信电缆、信号电缆以及综合监控电缆；在下部分别以侧墙支架、地埋支架的形式敷设给水、中水、消防水管等管道。断面形式及具体布置如图5所示。

图5 D型标准断面布置图Figure 5 Standard section layout of Type D

以D型标准断面在场区布置的管沟为一段630.0 m的连续管沟，投资约为839.7万元。

3.4 特殊节点断面

根据场区道路的形式以及管线敷设的走向，管沟在场区内存在交叉节点，按交叉节点处具体管线情况，设计相应的特殊节点断面形式。原则为：当电舱需要穿越给水舱(水信舱)时，电舱以上跨的方式完成避让，即在给水舱(水信舱)上部增加一层局部电舱夹层，满足电缆敷设需求。断面形式及具体布置如图6所示。

图6 局部电舱夹层断面布置图Figure 6 Sectional layout of the cable tank

3.5 管沟埋深及与管沟外管线位置关系

本工程设置有上盖开发，场区及上盖开发在结构形式上采用筏板基础，筏板基础的底板标高为–3.2 m(以场区路面高程为基准)。

场区管线种类、数量多，虽大部分管线的主管已纳入综合管沟敷设，但仍有一定数量的支管、入户管单独在沟外敷设，而且，还存在不入沟的燃气管线与重力流的雨污废水管等。为保证管沟与这些管线在平面位置交叉时，相互间不产生影响，需分析各类管线交叉情形，特别是与重力流管线交叉节点处的管线标高情况，同时，应场区结构的需求，尽可能将管沟结构与场区的筏板基础充分结合。最终，经场区管线综合排布确定，大部分地段管沟的顶板与筏板基础的底板相结合，即按–3.2 m设置，支管、重力流管线在此3.2 m的范围内，在管沟上方敷设、穿越，位置关系示意如图7所示(以A型标准断面为例，其他类型断面情况略)。

图7 管沟与管沟外管线位置关系图Figure 7 Position relationship between the utility tunnel and external pipelines

在场区局部小范围内，管沟的周边管线较少，且无与重力流管线交叉的情况。这类区域的管沟应尽可能减少埋深，降低造价，但同时考虑管沟结构稳定性等因素，确定管沟顶板按–1.9 m设置。

4 综合管沟附属工程设计

车辆基地室外综合管沟附属工程的设计也是重点内容，包括投料口、人员出入口、通风系统、排水系统以及灭火器配置等。

在车辆基地综合管沟平面布置图中，可见投料口、人员出入口、风井等附属工程的具体设置位置、数量等的详细情况。

4.1 投料口、人员出入口

结合道路、绿化景观设计，按最大间距不宜超过400 m的要求，在综合管沟设置投料口，保证每个直线段(转角位置能保证管线转弯半径要求的，计入直线段)均设置有投料口。给水舱(水信舱)投料口平面尺寸6.0 m×1.8 m，共设置8处；电舱电力检查孔兼投料口平面尺寸1.8 m× 1.8 m，共设置6处。

整个场区设置2处人员出入口，可供日常管沟的巡检使用。此外，本工程设置事故紧急人员出入口，事故紧急人员出入口结合投料口设置，在投料口内设有爬梯，紧急情况下，人员可以由此出入口进出。

4.2 通风系统

电舱设置3座排风井(1#、2#、4#)，2座进风井(3#、6#)，实现机械排风、自然进风。水信舱及给水舱共设置1座排风井(5#)，进风通过1号、2号人员出入口地面亭外墙处的进风百叶实现机械排风、自然进风。各舱室平时及事故通风换气次数均按6次/h计算。

4.3 排水系统

为排出综合管沟内管道维修放空、管道破裂、管沟清洗时的排水以及管沟结构的渗漏水，在管沟内设置了排水沟和集水坑。

管沟结构底板不设坡度，利用垫层设置单侧排水明沟，宽度0.4 m，终点处沟深0.1 m。排水沟以不小于0.2%的坡度，将积水汇入集水坑。在局部有夹层处设地漏、穿墙管和排水立管，将夹层排水引至下层管沟排水沟内。

结合管沟局部低点，并按照每个排水区间长度不宜大于200 m的原则，在排水沟终点处设置集水坑，集水坑内设置潜水泵，通过超声波水位控制器实现泵的自动启停，超声波水位控制器还可输出液位信号给车辆基地综控室，可在综控室远程控制水泵启停，以及紧急启停。

4.4 灭火器配置

给水舱火灾危险等级为轻危险级，电舱内能够燃烧的物质为电力缆线，电力缆线能够燃烧物质为电力缆线外包材质，该材质量少且多为阻燃物质，不易燃烧及蔓延，因此确定本工程按轻危险级配置灭火器。灭火器选用可扑救A类火灾和带电火灾的磷酸铵盐干粉灭火器。

5 结语

车辆基地室外管线工程涉及的管线种类多、数量多、接口关系复杂，通过设置室外综合管沟的形式，可以在一定程度上有效减少管线间的冲突、降低施工单位间的协调难度。设置综合管沟，可避免检修管线对路面、地面等的反复开挖及开挖时的相互影响，为运营检修提供了更好的条件，并且综合管沟可以更合理地利用车辆基地的纵向空间，从室外管线的角度减小车辆基地平面占地范围，可起到控制工程规模的作用。