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摘 要： 【摘要】從城市和建筑遺產(chǎn)保護(hù)出發(fā)，研究了適應(yīng)我國歷史街區(qū)狹窄街巷特點(diǎn)的直埋管線綜合技術(shù)，提出了市政管線綜合兼顧保護(hù)與發(fā)展要求的 區(qū)內(nèi)自足、設(shè)施外置、最小干擾、靈活適應(yīng) 原則，指出了區(qū)內(nèi)管線的特點(diǎn)和敷設(shè)優(yōu)先順序，提出了根據(jù)街巷體系靈活確定管線數(shù)量和敷設(shè)
【摘要】從城市和建筑遺產(chǎn)保護(hù)出發(fā)，研究了適應(yīng)我國歷史街區(qū)狹窄街巷特點(diǎn)的直埋管線綜合技術(shù)，提出了市政管線綜合兼顧保護(hù)與發(fā)展要求的 “區(qū)內(nèi)自足、設(shè)施外置、最小干擾、靈活適應(yīng)” 原則，指出了區(qū)內(nèi)管線的特點(diǎn)和敷設(shè)優(yōu)先順序，提出了根據(jù)街巷體系靈活確定管線數(shù)量和敷設(shè)路由的方法，計算、比較并得出了常見管線組合的最經(jīng)濟(jì)排列順序和最小敷設(shè)尺寸，并總結(jié)了縮小直埋水平間距、埋深和垂直間距的適應(yīng)性管線綜合技術(shù)措施。
【關(guān)鍵詞】城市遺產(chǎn)保護(hù);歷史街區(qū);市政直埋管線;管線綜合規(guī)劃;適應(yīng)性技術(shù)
1 前言
歷史街區(qū)是城市中因歷史文化價值而受到保護(hù)的特定區(qū)域。和城市一般居住區(qū)一樣，歷史街區(qū)的管線綜合需要為居民提供各類市政服務(wù)所需的管線。但由于區(qū)內(nèi)狹窄的歷史街巷和兩側(cè)密集的建筑遺產(chǎn)是其歷史格局和文物價值的重要組成部分而受到保護(hù)，如果按照現(xiàn)行《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》[1](以下簡稱《規(guī)范》)的管線間距等要求，歷史街巷內(nèi)能夠安排的管線種類和數(shù)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(qū)的市政技術(shù)規(guī)范[2]。因此，有的歷史街區(qū)為按照《規(guī)范》敷設(shè)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(qiáng)市政設(shè)施的建設(shè)，提高居民的生活條件。埋設(shè)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(qū)因缺乏符合規(guī)范的技術(shù)手段而擱置了市政設(shè)施更新，導(dǎo)致居民生活質(zhì)量低下，甚至有覬覦街區(qū)土地的開發(fā)商藉此鼓吹歷史街區(qū)完全不能適應(yīng)現(xiàn)代生活的謬論，妄圖以改善基礎(chǔ)設(shè)施為名，行大拆大建之實(shí)。
因此，歷史街區(qū)在管線綜合的規(guī)劃設(shè)計和施工方面存在的特殊困難，不但關(guān)系到街區(qū)居民生活質(zhì)量的好壞，更決定著歷史街區(qū)及其建筑文化遺產(chǎn)的去留存亡，應(yīng)該得到深入的研究和妥善的解決。筆者針對歷史街區(qū)街巷狹窄、歷史建筑基礎(chǔ)較淺以及對景觀風(fēng)貌要求較高等特點(diǎn)，研究具有適應(yīng)性的直埋市政管線綜合技術(shù)。
2 歷史街區(qū)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(dān)養(yǎng)家糊口的責(zé)任，而只需獨(dú)善其身，并應(yīng)受到照顧。歷史街區(qū)作為城市中特殊的、見證歷史的古老地區(qū)，也不應(yīng)承擔(dān)提升城市總體經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施水平的重?fù)?dān)，而只需要維持和改善自身的居住、文化和少量旅游商業(yè)功能，并配備相應(yīng)的市政基礎(chǔ)設(shè)施[4]。
因此，歷史街區(qū)市政管線綜合應(yīng)遵循“區(qū)內(nèi)自足、設(shè)施外置、最小干擾[5]、靈活適應(yīng)”的基本原則，即只考慮歷史街區(qū)內(nèi)部市政設(shè)施供應(yīng)的需求，不考慮兼顧街區(qū)以外的周邊地區(qū)。由于歷史街區(qū)內(nèi)部空間狹窄并有保護(hù)要求，為街區(qū)提供接入服務(wù)的城市干管和大中型基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)設(shè)置于街區(qū)保護(hù)范圍以外的道路和地塊內(nèi)。街區(qū)內(nèi)部必要的市政管線、設(shè)施設(shè)備的地下或墻內(nèi)埋設(shè)部分應(yīng)精心設(shè)計施工，地上可見部分應(yīng)適當(dāng)隱蔽和美化，使得建筑遺產(chǎn)安全和傳統(tǒng)風(fēng)貌美觀的干擾降到最低。所以，歷史街區(qū)的市政管線綜合應(yīng)當(dāng)不拘泥于常規(guī)技術(shù)手段和技術(shù)規(guī)范，根據(jù)各街區(qū)的實(shí)際情況，因地制宜地靈活運(yùn)用既有的材料、設(shè)備、設(shè)計、施工和管理措施，并鼓勵符合上述要求的新材料、新設(shè)備、新工藝的研究和應(yīng)用。
3 歷史街區(qū)市政管線綜合的特點(diǎn)
由于歷史街區(qū)的規(guī)模一般只有幾公頃到幾十公頃，用地性質(zhì)以居住和少量的文化展示、旅游商業(yè)為主，其市政管線綜合在管線類型、路由數(shù)量、管線容量和管材規(guī)格上均與居住小區(qū)較為接近，具有類型少、容量小、靈活性大的特點(diǎn)，和城市市政管線差異較大[6]。一般而言，歷史街區(qū)內(nèi)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(shè)或與污水管合并)、燃?xì)夤?有時可不設(shè))、電力電纜、電信電纜以及采暖地區(qū)所需的熱力管線;在路由數(shù)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?xì)夤転?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(qū)不同管線類型的優(yōu)先順序
不論是按照現(xiàn)有的管線綜合規(guī)范，還是采取一定的適應(yīng)性技術(shù)措施，歷史街區(qū)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(jù)區(qū)內(nèi)居民的實(shí)際需求和街巷條件進(jìn)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(qū)在空間狹窄的情況下，應(yīng)優(yōu)先敷設(shè)居民生活所必需的、且無法采用其他替代方式提供服務(wù)的、占用空間較小、無危險性的市政管線，當(dāng)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(yōu)先性最高的管線有給水、電力、污水三類，所有歷史街區(qū)中都必須優(yōu)先敷設(shè);取消或合并可能性最大的是雨水和供熱管道;燃?xì)狻㈦娦殴芫�在特定情況下也可以取消(表1)。
5 管線數(shù)量、敷設(shè)路由與街巷體系的關(guān)系
歷史街區(qū)內(nèi)管線敷設(shè)的具體數(shù)量和敷設(shè)路由受到歷史街區(qū)內(nèi)部道路寬度等級、現(xiàn)狀地下管線、地形等多重影響，應(yīng)該在實(shí)際工程中根據(jù)當(dāng)?shù)亟窒矬w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(wù)范圍廣，而支巷的管線數(shù)量相對較少，主要為入戶管線。
如北京舊城歷史文化保護(hù)區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施工程綜合布置和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)到位;胡同寬5～7m，優(yōu)先安排供水、污水、雨水、燃?xì)狻⒐╇姟㈦娦诺?種管線;胡同寬3～4米，優(yōu)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(guī)范的間距要求，但這是建立在北京歷史文化保護(hù)區(qū)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(jīng)可以滿足居民的基本生活需求[7]。
當(dāng)歷史街區(qū)的街巷寬度較窄，而所需敷設(shè)管線數(shù)量較多時，常見的做法是突破現(xiàn)行規(guī)范的最小管線間距要求，如蘇州平江歷史街區(qū)在4m寬街巷內(nèi)敷設(shè)了多達(dá)7種管線(圖1)[7]，深圳大鵬所城最窄1.6m的巷道內(nèi)敷設(shè)了4種管線(圖2)，但前提是必須采取下文論述的適應(yīng)性技術(shù)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(qū)雖然狹窄，但十分密集的街巷體系巧妙設(shè)計管線路由，通過多條、多方向的街巷分別敷設(shè)不同專業(yè)的市政管線，由不同的方向分別接入院落，共同為院內(nèi)居民提供全面的市政管線服務(wù)。換言之，即通過減少單條巷道內(nèi)的管線種類和數(shù)量，滿足管線綜合規(guī)范的間距要求(圖3)[8]。這種管線交錯敷設(shè)敷設(shè)方式尤其適用于街巷寬度普遍在 4m以下，但呈平行或網(wǎng)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(qū)的歷史街區(qū)。
6 直埋管線的排列順序和最小敷設(shè)尺寸
我國現(xiàn)行《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》和《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》[9]都對工程管線的敷設(shè)排列順序作出了一定的規(guī)定。歷史街區(qū)的特殊性在于街巷狹窄，應(yīng)在理解市政各專業(yè)規(guī)范和管線綜合規(guī)范原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)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(chǔ)之間的最小間距進(jìn)行敷設(shè)，并進(jìn)行多方案比較，應(yīng)進(jìn)行多方案比較，最終選擇敷設(shè)空間最小的方案。
圖4示例了歷史街區(qū)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?xì)夤?，比較符合《規(guī)范》間距的3種不同順序排列方式，所需敷設(shè)總凈距(不考慮管徑和基礎(chǔ))分別為4.5m、4.2m和4.0m。
以此方式，按照規(guī)范間距和常見管徑進(jìn)行管線排列方式的多方案比較，可以得到敷設(shè)5種、4 種和3種管線的最經(jīng)濟(jì)排列順序和最小敷設(shè)寬度 (外墻間距)(圖5)。其中，即便是只敷設(shè)3種小管徑的管線，按照《規(guī)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(qū)的街巷寬度都難以滿足該要求，因此需要進(jìn)一步探討可以縮小管線敷設(shè)凈距的適應(yīng)性措施。
7 縮小直埋水平凈距的適應(yīng)性措施
在管線綜合規(guī)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(gòu)筑物的尺寸，三是施工和維修操作空間。歷史街區(qū)在敷設(shè)空間不足的特殊情況下，可以針對這3個方面采取適應(yīng)性的工程技術(shù)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(chǔ)保持一定的距離，以保證其管線及管內(nèi)介質(zhì)的安全，并避免對其他管線和管內(nèi)介質(zhì)以及建筑物基礎(chǔ)的安全造成影響。就歷史街區(qū)內(nèi)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(diǎn)。在正常輸送狀態(tài)下可能產(chǎn)生相互干擾的只有電力和電信管線，主要表現(xiàn)為電力線纜的電流對電信線纜內(nèi)的通信數(shù)據(jù)產(chǎn)生的電磁干擾。根據(jù)《規(guī)范》要求，二者最小水平和垂直凈距均為0.5m[1]。縮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(shè)屏蔽線，或在通信電纜外套裝金屬管道的方法進(jìn)行電磁屏蔽保護(hù);(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(qū)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?xì)夤堋！兑?guī)范》規(guī)定的水平和垂直凈距已經(jīng)考慮了在管線泄漏狀態(tài)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(guān)施工工藝發(fā)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?xì)夤懿牡?a href='http://www.lovetv5.com/qikan/lixue/' target='_blank'>力學(xué)性能和防腐、防水能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1999年《規(guī)范》編制時普遍采用的鍍鋅鋼管給水管、燃?xì)夤芎突炷僚潘埽涔懿拈L度增加，接頭數(shù)量大大減少，加之管線連接、密封等施工工藝有了長足的進(jìn)步，所以不但可以減少各類檢查井的數(shù)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(hù)區(qū)試點(diǎn)片市政工程的綜合設(shè)計中，采用了防水性能較好的HDPE 雨水管和淺埋深技術(shù)，將雨水管與建筑基礎(chǔ)的凈距由《規(guī)范》規(guī)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?xì)夤懿捎酶叻栏燃壍匿摴芑蚓垡蚁┕?PE管)，將燃?xì)夂碗娦殴芫�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(nèi)敷設(shè)了7條市政管線(圖6)。在此類實(shí)踐研究的基 礎(chǔ)上，北京市規(guī)劃委員會和各市政專業(yè)管理部門還共同制定了適用于北京歷史文化保護(hù)區(qū)的市政管線最小水平間距表[7]。
7.2 采用新設(shè)備和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的井閘等構(gòu)筑物
《規(guī)范》規(guī)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(rèn)為，這一數(shù)值可能是基于各類井、閘等管線構(gòu)筑物尺寸確定的，因?yàn)橐话愠Ｒ姷娜肴耸骄l的最小內(nèi)徑為700mm，加上兩側(cè)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(dá)490mm，基本等于《規(guī)范》中管線凈距的最小值——500mm(圖7)。所以歷史街區(qū)中要將管線凈距減少到500mm以下，一般首先考慮減少井、閘構(gòu)筑物的尺寸，或者取消部分井閘，減少其數(shù)量。
減少井閘數(shù)量的方法主要有：(1)開發(fā)新型管材、管件和施工工藝，通過降低管材的摩阻系數(shù)，提高管材防腐防水和保溫性能，增加管材長度，開發(fā)各類異型彎頭構(gòu)件，提高接頭質(zhì)量等方法，減少管網(wǎng)所需檢查井、補(bǔ)償小室等的數(shù)量。 (2)應(yīng)用各類無需砌筑井室的免維護(hù)地埋閥門[10]、閘管、遠(yuǎn)傳水表等新型設(shè)備，減少井室的數(shù)量。
減小井閘尺寸的主要措施有：(1)采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的小內(nèi)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(qiáng)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(shè)中節(jié)約管位的措施
除了材料和設(shè)備本身的措施外，在管線敷設(shè)中根據(jù)街巷特點(diǎn)，采取靈活的技術(shù)措施節(jié)約水平管位也是在歷史街區(qū)管線綜合的適應(yīng)性措施之一。如歷史街區(qū)街巷斷面往往變化較多，因此在管網(wǎng)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(shè)檢修井閘。對可以不在路中布置的消火栓井、水表井、各類預(yù)留接戶管等應(yīng)盡量在路外空地上設(shè)置，不占用路內(nèi)空間。對必須在路內(nèi)部布置的檢查井，則應(yīng)相互錯開。
對于平面上有沖突的管線設(shè)施，應(yīng)充分發(fā)揮電力、電信纜線、燃?xì)夤芫�、給水管線等小管徑、易彎折的管線，在遭遇其他管井時進(jìn)行繞避。當(dāng)井位排布緊張時，相鄰市政管線間可以穿井敷設(shè)，并在穿入其他市政管井中的管段外增加防護(hù)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(shè)，實(shí)現(xiàn)同路由敷設(shè)(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(guī)劃規(guī)范》2.2.12條規(guī)定，“工程管線在交叉點(diǎn)的高程應(yīng)根據(jù)排水管線的高程確定”[1]。由于歷史街區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)的改造往往滯后于周邊城市道路的改造，街區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)的雨污排水、造價和建筑基礎(chǔ)安全考慮，地勢平坦的歷史街區(qū)應(yīng)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(shù)小的塑料管材、設(shè)截留池法減小排水坡度，以及設(shè)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(qū)內(nèi)機(jī)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(guī)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(guī)范》規(guī)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(qū)等地下現(xiàn)狀管線復(fù)雜、空間狹窄地區(qū)的管線敷設(shè)中實(shí)際很難做到。根據(jù)一些地區(qū)的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，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(chǎn)生的管道間疊壓帶來的應(yīng)力、金屬管電極氧化等問題，宜對管道進(jìn)行保護(hù)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(chǔ)厚度的情況下，可采用管道混凝土方包加固。電力管線同燃?xì)夤芙徊鏁r可能發(fā)生泄漏爆炸事故，故最小垂直凈距應(yīng)爭取控制在0.5m以上，當(dāng)無法滿足時，應(yīng)在燃?xì)夤芫�外用鋼套管或 PE套管進(jìn)行保護(hù)[13]。
8.3 管線沖突的避讓措施
在管線敷設(shè)順序上，由于歷史街區(qū)地下敷設(shè)空間緊張，加之各類現(xiàn)狀管道錯綜復(fù)雜，在實(shí)際工程設(shè)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(xiàn)狀管線以及無害管線讓有害管線的原則，進(jìn)行特殊處理[14]。
如雨水管道與燃?xì)狻⑽鬯裙芫�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(yīng)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(shè)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(hù)鋼套管以免管線破損時水質(zhì)被污染(圖15)[13]。
9 結(jié)論
本文給出了符合歷史街區(qū)遺產(chǎn)保護(hù)要求的市政管線綜合“區(qū)內(nèi)自足、設(shè)施外置、最小干擾、靈活適應(yīng)”的原則，指出了針對歷史街區(qū)街巷空間、功能特性的直埋管線綜合特點(diǎn)和敷設(shè)優(yōu)先順序，提出了根據(jù)街巷體系確定管線數(shù)量和敷設(shè)路由的方法，計算、比較并得出了常見管線的最經(jīng)濟(jì)排列順序和最小敷設(shè)尺寸，并總結(jié)了縮小直埋水平間距、埋深和垂直間距的適應(yīng)性管線綜合技術(shù)措施，以期為歷史街區(qū)(村鎮(zhèn))的市政管線綜合規(guī)劃設(shè)計提供指導(dǎo)，從而為遺產(chǎn)保護(hù)提供適用的市政技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)保護(hù)與發(fā)展的雙贏。此外，相關(guān)技術(shù)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(qū)的市政建設(shè)提供參考。——論文作者：李新建
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