歷史街區適應性直埋管線綜合規劃技術研究

發布時間：2022-09-17所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1485次

摘 要： 【摘要】從城市和建筑遺產保護出發，研究了適應我國歷史街區狹窄街巷特點的直埋管線綜合技術，提出了市政管線綜合兼顧保護與發展要求的 區內自足、設施外置、最小干擾、靈活適應 原則，指出了區內管線的特點和敷設優先順序，提出了根據街巷體系靈活確定管線數量和敷設

　　【摘要】從城市和建筑遺產保護出發，研究了適應我國歷史街區狹窄街巷特點的直埋管線綜合技術，提出了市政管線綜合兼顧保護與發展要求的 “區內自足、設施外置、最小干擾、靈活適應” 原則，指出了區內管線的特點和敷設優先順序，提出了根據街巷體系靈活確定管線數量和敷設路由的方法，計算、比較并得出了常見管線組合的最經濟排列順序和最小敷設尺寸，并總結了縮小直埋水平間距、埋深和垂直間距的適應性管線綜合技術措施。

　　【關鍵詞】城市遺產保護;歷史街區;市政直埋管線;管線綜合規劃;適應性技術

　　1 前言

　　歷史街區是城市中因歷史文化價值而受到保護的特定區域。和城市一般居住區一樣，歷史街區的管線綜合需要為居民提供各類市政服務所需的管線。但由于區內狹窄的歷史街巷和兩側密集的建筑遺產是其歷史格局和文物價值的重要組成部分而受到保護，如果按照現行《城市工程管線綜合規劃規范》[1](以下簡稱《規范》)的管線間距等要求，歷史街巷內能夠安排的管線種類和數量將難以滿足居民的生活需求，而我國又一直缺乏針對歷史街區的市政技術規范[2]。因此，有的歷史街區為按照《規范》敷設市政管線而拓寬和破壞了歷史街巷，如北京舊鼓樓大街和鼓樓西大街拓寬“改造的一個重要原因就是加強市政設施的建設，提高居民的生活條件。埋設上水、下水、電信、煤氣等管線則要求拓寬道路”[3]。更多的歷史街區因缺乏符合規范的技術手段而擱置了市政設施更新，導致居民生活質量低下，甚至有覬覦街區土地的開發商藉此鼓吹歷史街區完全不能適應現代生活的謬論，妄圖以改善基礎設施為名，行大拆大建之實。

　　因此，歷史街區在管線綜合的規劃設計和施工方面存在的特殊困難，不但關系到街區居民生活質量的好壞，更決定著歷史街區及其建筑文化遺產的去留存亡，應該得到深入的研究和妥善的解決。筆者針對歷史街區街巷狹窄、歷史建筑基礎較淺以及對景觀風貌要求較高等特點，研究具有適應性的直埋市政管線綜合技術。

　　2 歷史街區市政管線綜合的基本原則

　　眾所周知，家庭中的老人不必承擔養家糊口的責任，而只需獨善其身，并應受到照顧。歷史街區作為城市中特殊的、見證歷史的古老地區，也不應承擔提升城市總體經濟和基礎設施水平的重擔，而只需要維持和改善自身的居住、文化和少量旅游商業功能，并配備相應的市政基礎設施[4]。

　　因此，歷史街區市政管線綜合應遵循“區內自足、設施外置、最小干擾[5]、靈活適應”的基本原則，即只考慮歷史街區內部市政設施供應的需求，不考慮兼顧街區以外的周邊地區。由于歷史街區內部空間狹窄并有保護要求，為街區提供接入服務的城市干管和大中型基礎設施應設置于街區保護范圍以外的道路和地塊內。街區內部必要的市政管線、設施設備的地下或墻內埋設部分應精心設計施工，地上可見部分應適當隱蔽和美化，使得建筑遺產安全和傳統風貌美觀的干擾降到最低。所以，歷史街區的市政管線綜合應當不拘泥于常規技術手段和技術規范，根據各街區的實際情況，因地制宜地靈活運用既有的材料、設備、設計、施工和管理措施，并鼓勵符合上述要求的新材料、新設備、新工藝的研究和應用。

　　3 歷史街區市政管線綜合的特點

　　由于歷史街區的規模一般只有幾公頃到幾十公頃，用地性質以居住和少量的文化展示、旅游商業為主，其市政管線綜合在管線類型、路由數量、管線容量和管材規格上均與居住小區較為接近，具有類型少、容量小、靈活性大的特點，和城市市政管線差異較大[6]。一般而言，歷史街區內部管線在種類上不超過7種，即給水管 (一般生活消防合用)、污水管、雨水管(有時可不設或與污水管合并)、燃氣管(有時可不設)、電力電纜、電信電纜以及采暖地區所需的熱力管線;在路由數量上，除熱力管線為一組雙管外，其余管線均不超過一條路由;在容量和管徑上，均為直接面向用戶的較小的支線，通常給水管管徑不超過200mm，污水管、天然氣、熱力管管徑不超過300mm，雨水管不超過600mm，燃氣管為 0.005MP以下的低壓管，電力電纜為10KV以下的低壓線，電信不超過6孔。

　　4 歷史街區不同管線類型的優先順序

　　不論是按照現有的管線綜合規范，還是采取一定的適應性技術措施，歷史街區都有可能因街巷過于狹窄而難以容納上述7種管線，因此需要根據區內居民的實際需求和街巷條件進行取舍，通過合并或取消部分管道減少管線綜合所需的地下空間。

　　一般而言，歷史街區在空間狹窄的情況下，應優先敷設居民生活所必需的、且無法采用其他替代方式提供服務的、占用空間較小、無危險性的市政管線，當有條件時才考慮非必需的、有其他替代方式的、占用空間較大的、可能造成一定危險的管線。優先性最高的管線有給水、電力、污水三類，所有歷史街區中都必須優先敷設;取消或合并可能性最大的是雨水和供熱管道;燃氣、電信管線在特定情況下也可以取消(表1)。

　　5 管線數量、敷設路由與街巷體系的關系

　　歷史街區內管線敷設的具體數量和敷設路由受到歷史街區內部道路寬度等級、現狀地下管線、地形等多重影響，應該在實際工程中根據當地街巷體系的情況具體研究確定。一般來說，主要街巷需要提供的管線類型多、服務范圍廣，而支巷的管線數量相對較少，主要為入戶管線。

　　如北京舊城歷史文化保護區市政基礎設施工程綜合布置和技術標準研究中，按照居民最基本生活要求的順序，按不同寬度胡同斷面，制定出一系列不同寬度的胡同市政管線布置的橫斷面方案。胡同寬度10m及10m以上的，7種管線 (雨、污、氣、水、路燈、電信、電力)一次埋設到位;胡同寬5～7m，優先安排供水、污水、雨水、燃氣、供電、電信等6種管線;胡同寬3～4米，優先布置給水、污水管線;胡同寬2m及以下的，僅布置給水管線。按照該方案，能夠基本滿足國家規范的間距要求，但這是建立在北京歷史文化保護區中5m以上胡同占52%，3m以下胡同只占14%的前提之上的，即大部分胡同可以提供6種以上的生活管線，已經可以滿足居民的基本生活需求[7]。

　　當歷史街區的街巷寬度較窄，而所需敷設管線數量較多時，常見的做法是突破現行規范的最小管線間距要求，如蘇州平江歷史街區在4m寬街巷內敷設了多達7種管線(圖1)[7]，深圳大鵬所城最窄1.6m的巷道內敷設了4種管線(圖2)，但前提是必須采取下文論述的適應性技術措施，以保證安全。

　　另外一種更為巧妙的方法，是利用歷史街區雖然狹窄，但十分密集的街巷體系巧妙設計管線路由，通過多條、多方向的街巷分別敷設不同專業的市政管線，由不同的方向分別接入院落，共同為院內居民提供全面的市政管線服務。換言之，即通過減少單條巷道內的管線種類和數量，滿足管線綜合規范的間距要求(圖3)[8]。這種管線交錯敷設敷設方式尤其適用于街巷寬度普遍在 4m以下，但呈平行或網格狀密集分布(一般兩條平行街巷間為一組或兩組院落)的南方地區的歷史街區。

　　6 直埋管線的排列順序和最小敷設尺寸

　　我國現行《城市工程管線綜合規劃規范》和《城市居住區規劃設計規范》[9]都對工程管線的敷設排列順序作出了一定的規定。歷史街區的特殊性在于街巷狹窄，應在理解市政各專業規范和管線綜合規范原理的基礎上，根據實際的街巷寬度，充分利用管線之間的最小間距，尤其是管線和建筑基礎之間的最小間距進行敷設，并進行多方案比較，應進行多方案比較，最終選擇敷設空間最小的方案。

　　圖4示例了歷史街區常用的5種管線(≤10KV 電力電纜、電信電纜、給水管、雨污合流管、低壓燃氣管)，比較符合《規范》間距的3種不同順序排列方式，所需敷設總凈距(不考慮管徑和基礎)分別為4.5m、4.2m和4.0m。

　　以此方式，按照規范間距和常見管徑進行管線排列方式的多方案比較，可以得到敷設5種、4 種和3種管線的最經濟排列順序和最小敷設寬度 (外墻間距)(圖5)。其中，即便是只敷設3種小管徑的管線，按照《規范》也至少需要3.75m的街巷寬度(外墻間距)。由此可見，我國大部分歷史街區的街巷寬度都難以滿足該要求，因此需要進一步探討可以縮小管線敷設凈距的適應性措施。

　　7 縮小直埋水平凈距的適應性措施

　　在管線綜合規劃中，影響直埋管線水平凈距的主要因素是3個方面，一是管線之間的安全距離，二是井、閘等管線構筑物的尺寸，三是施工和維修操作空間。歷史街區在敷設空間不足的特殊情況下，可以針對這3個方面采取適應性的工程技術和管理措施。

　　7.1 采用新材料、新工藝減少管線之間的安全距離

　　管線之間的安全距離，是指某管線需和其他管線及建筑物基礎保持一定的距離，以保證其管線及管內介質的安全，并避免對其他管線和管內介質以及建筑物基礎的安全造成影響。就歷史街區內部的直埋管線而言，一般沒有高壓和有毒有害管線，且具有容量小、管徑小的特點。在正常輸送狀態下可能產生相互干擾的只有電力和電信管線，主要表現為電力線纜的電流對電信線纜內的通信數據產生的電磁干擾。根據《規范》要求，二者最小水平和垂直凈距均為0.5m[1]�？s小二者凈距的方法主要有3方面：(1)在通信電纜附近平行敷設屏蔽線，或在通信電纜外套裝金屬管道的方法進行電磁屏蔽保護;(2)使用電磁屏蔽電纜、電磁屏蔽塑料多孔管等新材料; (3)通信線纜采用完全不受電力線電磁場干擾的光纜[8]。

　　在歷史街區中，可能因泄漏造成安全影響的管線主要是給水管、排水管和燃氣管。《規范》規定的水平和垂直凈距已經考慮了在管線泄漏狀態下，減少管線間相互影響的安全距離。近10年來，高性能塑料管材和相關施工工藝發展迅速，如高密度聚乙烯(HDPE)等新型高分子塑料給水、排水與燃氣管材的力學性能和防腐、防水能力已經遠遠超過1999年《規范》編制時普遍采用的鍍鋅鋼管給水管、燃氣管和混凝土排水管，其管材長度增加，接頭數量大大減少，加之管線連接、密封等施工工藝有了長足的進步，所以不但可以減少各類檢查井的數量，更可以大幅縮小管線之間的水平與垂直凈距。

　　如北京市南池子歷史文化保護區試點片市政工程的綜合設計中，采用了防水性能較好的HDPE 雨水管和淺埋深技術，將雨水管與建筑基礎的凈距由《規范》規定的2.5m減少到0.2m，雨水管與電力電纜凈距由0.5m減少到0.4m;采用HDPE 污水管，將污水管與給水管的凈距由1.0m減少到0.55m;燃氣管采用高防腐等級的鋼管或聚乙烯管(PE管)，將燃氣和電信管線凈距由1.0m減少到0.5m，因此得以在5.8m寬的后普渡寺巷內敷設了7條市政管線(圖6)。在此類實踐研究的基 礎上，北京市規劃委員會和各市政專業管理部門還共同制定了適用于北京歷史文化保護區的市政管線最小水平間距表[7]。

　　7.2 采用新設備和非標準設計的井閘等構筑物

　　《規范》規定的所有管線間最小水平凈距為 500mm，并未作出任何解釋。筆者分析認為，這一數值可能是基于各類井、閘等管線構筑物尺寸確定的，因為一般常見的入人式井閘的最小內徑為700mm，加上兩側井壁磚墻厚度240mm，按管徑200mm計算，則從管壁到檢查井外壁的距離已達490mm，基本等于《規范》中管線凈距的最小值——500mm(圖7)。所以歷史街區中要將管線凈距減少到500mm以下，一般首先考慮減少井、閘構筑物的尺寸，或者取消部分井閘，減少其數量。

　　減少井閘數量的方法主要有：(1)開發新型管材、管件和施工工藝，通過降低管材的摩阻系數，提高管材防腐防水和保溫性能，增加管材長度，開發各類異型彎頭構件，提高接頭質量等方法，減少管網所需檢查井、補償小室等的數量。 (2)應用各類無需砌筑井室的免維護地埋閥門[10]、閘管、遠傳水表等新型設備，減少井室的數量。

　　減小井閘尺寸的主要措施有：(1)采用非標準設計的小內徑長方形、橢圓形井室;(2)采用鋼筋混凝土、鋼等薄型井壁;(3)采用塑膠、玻璃鋼等整體型井室;(4)采用小型的耐水不燃高強度人孔、手孔[7];(5)采用無需下井操作的新型塑料檢查井[11](圖8～圖10)。

　　7.3 管線敷設中節約管位的措施

　　除了材料和設備本身的措施外，在管線敷設中根據街巷特點，采取靈活的技術措施節約水平管位也是在歷史街區管線綜合的適應性措施之一。如歷史街區街巷斷面往往變化較多，因此在管網井閘、消防栓等的布置上，可以充分利用街巷斷面較大或有臨街局部空地的路段，而在空間狹窄的路段盡量少設檢修井閘。對可以不在路中布置的消火栓井、水表井、各類預留接戶管等應盡量在路外空地上設置，不占用路內空間。對必須在路內部布置的檢查井，則應相互錯開。

　　對于平面上有沖突的管線設施，應充分發揮電力、電信纜線、燃氣管線、給水管線等小管徑、易彎折的管線，在遭遇其他管井時進行繞避。當井位排布緊張時，相鄰市政管線間可以穿井敷設，并在穿入其他市政管井中的管段外增加防護套管，以免管線泄漏等原因造成的相互影響，如雨水管和污水管可通過穿井敷設，實現同路由敷設(圖11)[7]。

　　8 縮小埋深和交叉垂直凈距的措施

　　8.1 減小管線埋深

　　《城市工程管線綜合規劃規范》2.2.12條規定，“工程管線在交叉點的高程應根據排水管線的高程確定”[1]。由于歷史街區內部管網的改造往往滯后于周邊城市道路的改造，街區內雨水、污水等重力管的最大埋深受到城市道路干管埋深的限制，為利于區內的雨污排水、造價和建筑基礎安全考慮，地勢平坦的歷史街區應盡量減小排水管道的埋深。減少排水管道埋深的措施主要包括采用摩阻系數小的塑料管材、設截留池法減小排水坡度，以及設置溢流井等方法(圖12)[12]。此外，相較于一般城市道路，歷史街區內機動車道的交通以小汽車和摩托車、自行車為主，一般沒有大型車輛通行，所以其下各類管線最小覆土深度的取值可以介于《規范》中車行道和人行道的覆土深度值的中間值，即最上層的直埋電力管線的埋深可取0.5～0.7m之間。

　　8.2 減小管線交叉垂直凈距

　　《規范》規定,一般市政管線之間的最小垂直凈距為0.15m，個別管線如電力管溝與其他管線最小垂直凈距為0.5m。但在歷史街區等地下現狀管線復雜、空間狹窄地區的管線敷設中實際很難做到。根據一些地區的實際施工經驗，一般管線間只要保持交叉垂直凈距>0時即可施工。為防止管線凈距過小時管道變形、下垂而產生的管道間疊壓帶來的應力、金屬管電極氧化等問題，宜對管道進行保護性加固，如《上海市排水管道通用圖》在排水管道之間凈距大于零且小于管道基礎厚度的情況下，可采用管道混凝土方包加固。電力管線同燃氣管交叉時可能發生泄漏爆炸事故，故最小垂直凈距應爭取控制在0.5m以上，當無法滿足時，應在燃氣管線外用鋼套管或 PE套管進行保護[13]。

　　8.3 管線沖突的避讓措施

　　在管線敷設順序上，由于歷史街區地下敷設空間緊張，加之各類現狀管道錯綜復雜，在實際工程設計或施工時，有些管線很難做到在豎向上完全避開，此時需要按照壓力管線讓重力自流管線，可彎曲管線讓不易彎曲管線，分支管線讓主干管線，小管徑管線讓大管徑管線，新鋪管線讓現狀管線以及無害管線讓有害管線的原則，進行特殊處理[14]。

　　如雨水管道與燃氣、污水等管線受各因素制約而無法相互錯開時，可做成交叉井，或稱過渡井的形式，將污水等管線直接穿過交叉井，而雨水管線在井中斷開(圖13)[15]。

　　交叉井的另一種形式是在電纜井池中過渡污水、雨水等不可彎曲管(硬管)，為避免雨污水泄漏對電纜不利，電纜一般應從液體管道上方繞行 (圖14)[15]。

　　對于小管徑壓力管線與重力管線交叉無法避開時，可不設井，而采用4個45°彎頭繞開。若該壓力管為給水管且從重力管上方走行而覆土不夠時，可從排水管下方走，但給水管須加護鋼套管以免管線破損時水質被污染(圖15)[13]。

　　9 結論

　　本文給出了符合歷史街區遺產保護要求的市政管線綜合“區內自足、設施外置、最小干擾、靈活適應”的原則，指出了針對歷史街區街巷空間、功能特性的直埋管線綜合特點和敷設優先順序，提出了根據街巷體系確定管線數量和敷設路由的方法，計算、比較并得出了常見管線的最經濟排列順序和最小敷設尺寸，并總結了縮小直埋水平間距、埋深和垂直間距的適應性管線綜合技術措施，以期為歷史街區(村鎮)的市政管線綜合規劃設計提供指導，從而為遺產保護提供適用的市政技術支撐，實現保護與發展的雙贏。此外，相關技術措施也可為用地特別緊張或有特別景觀要求的城市其他地區的市政建設提供參考。——論文作者：李新建

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