某地下綜合管廊結構設計探討

李 健

（山西省城市規劃設計研究院工程設計中心，山西 太原 030001）

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。推進城市地下綜合管廊建設，統籌各類市政管線的規劃、建設和管理，解決反復開挖路面、架空線網密集、管線事故頻發等問題，管道不接觸土壤和地下水因此避免了酸堿物質的腐蝕延長了管道的使用壽命。有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景觀，有利于提高城市綜合承載能力和城鎮化發展質量。代表著城市地下管線建設和發展的方向，是城市市政基礎設施現代化的標志之一。本文對某綜合管廊結構設計過程中要點的總結，為地下綜合管廊工程設計提供了技術依據。

1 工程簡介

該綜合管廊為三艙布置，以滿足給水管線、熱力管線、燃氣管線、污水管道入廊使用要求。管廊建設長度13.5km，布置在道路東側綠化帶、非機動車道、人行道下。管廊基坑深度7.5 米左右。

2 結構設計

依據《城市綜合管廊工程技術規范》，工程結構設計使用年限為100 年。抗震設防按乙類建筑物進行設計。結構安全等級為一級。防水等級標準不低于Ⅱ級。結構構件的裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度限值不大于0.2mm。

2.1 設計方法

綜合管廊結構設計應對承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行計算。(1)承載力極限狀態：包括結構的承載力計算、結構整體穩定性驗算(滑移、抗浮等)。(2)正常使用極限狀態：對結構構件分別按作用效應的標準組合或長期效應的準永久組合進行驗算。

計算模型：結構的截面內力計算模型采用閉合框架模型。

2.2 荷載設計

綜合管廊在進行結構設計中應考慮永久荷載、可變荷載。

(1)永久荷載包括結構自重、土壓力、水壓力、混凝土收縮和徐變產生的荷載等。

(2)可變荷載包括道路人群荷載、車輛荷載、施工荷載等。管廊頂板活荷載按城-A 級汽車車輛荷載設計。

2.3 結構材料

本工程混凝土強度等級選取不低于C35。墊層采用 C15 素混凝土。抗滲等級P6。鋼筋采用HPB300、HRB400。

2.4 標準斷面

綜合管廊的標準斷面選取應根據使用要求、結構類型、受力條件和所處環境來確定，并考慮耐久性、可靠性和經濟性以及施工難度、地基處理等方面因素。本工程為滿足給水管線、熱力管線、燃氣管線、污水管道入廊使用要求，以及規范對天然氣管道應獨立設艙、熱力管道不應與電力電纜同艙敷設的要求，采用混合艙、燃氣艙、電力電信艙三艙布置形式。

根據《城市綜合管廊工程技術規范》，燃氣艙、電力電信艙斷面內部凈高，不小于2.4m 即可滿足規范要求，但為滿足工藝要求，混合艙凈高需達到3.3m。如此出現不等高斷面。盡管不等高斷面混凝土用量少，經濟性好，但存在結構應力集中、剛度突變、施工及防水處理難度大等諸多缺點，因此選取了等高斷面。根據工藝要求，標準斷面三艙跨度分別設為5750mm、1900mm、2600mm。因三艙跨度差異較大，跨度最大的混合艙位置居中或居側布置，各有利弊。如下圖所示，若混合艙居中(方案一)，頂板跨中彎矩和壁板支座彎矩均較小，結構受力較均勻，結構經濟性較好；若混合艙居側(方案二)，管廊的檢查井、通風井、安裝口設置簡單，與地面聯系便捷，管線接入方便，投入使用后維護管理方便。綜合考慮其他相關專業設計、施工需求，以及日后維護管理方便等諸多因素，最終選擇方案二。

2.5 施工工藝

目前，國內投入使用的管廊分現澆混凝土綜合管廊和預制拼裝混凝土綜合管廊。

現澆結構是綜合管廊的主要結構形式，其優點包括：(1)截面變化靈活，可以根據管廊設計進行現場支模澆筑生產；(2)原地施工，減掉了預制工法需要運輸和安裝的步驟；(3)施工方法成熟，對于異形段和分支段處理靈活。但是現場制作的管廊伸縮縫采用橡膠止水帶連接，抗地基不均勻沉降能力差，接口易發生上下錯位和變形；同時現澆施工需留支模空間，土方量增大，對周邊環境破壞也大，不利于生態環境的保護。

預制綜合管廊結構在我國起步較晚，但也在多個大型工程中得到應用，其優點包括：(1)將現場支模澆筑工程放在了工廠進行統一生產，施工人員工作環境較好，施工安全系數提高，減掉了現場多次支模、多次澆筑的麻煩，大大縮短施工周期；(2)工業化批量生產，質量可控性強，保證了產品規格質量的統一，提高了綜合管廊的生產效率；(3)工程開挖量小，提高了施工速度，降低了對周圍環境的影響。

綜合比較，預制管廊優于現澆管廊。但在山西境內無預制綜合管廊生產基地，如果選用預制管廊，需要從外省進行長途運輸，造成工程造價的提高。綜合分析考慮，本工程采用現澆混凝土綜合管廊結構。

2.6 防水防滲

根據《城市綜合管廊工程技術規范》，沿線每隔20m 左右應設置一道伸縮縫，伸縮縫中間設置橡膠止水帶，并用低發泡塑料板和雙組份聚硫密封膏嵌縫處理。處理好伸縮縫兩側地基，避免在變形縫處產生不均勻沉降。另外還采取在變形縫處加設墊塊等構造措施減小管廊接縫處沉降差。

2.7 地基方案

(1)地基處理：本工程場地深度范圍內地基土自上而下可分為5 層，分別為雜填土和素填土、濕陷性粉土、粉土、中砂、圓礫。其中從北向南約10.5km 的長度區間內，管廊的基礎持力層為第2 層濕陷性粉土，濕陷性等級為非自重Ⅰ級(輕微)和自重濕陷Ⅱ級(中等)，由于《城市綜合管廊工程技術規范》未涉及地基處理，根據《濕陷性黃土地區建筑規范》可選擇灰土換填或灰土擠密樁地基處理方案。采用灰土換填處理需擴出基礎外緣寬度為2.0m，需要有較寬的施工場地，而本工程緊鄰既有國道，難以外擴；同時換填厚度為2.0m，使得基坑支護深度超過鋼板樁長度，支護難度明顯加大，反而增加工程造價；采用灰土擠密樁，雖然工程周期長，但對施工場地要求小，支護難度小，故選用此法處理地基。

(2)邊坡支護：本工程地下管廊分為標準段和下穿箱構段兩部分，標準段基底埋深在6.5-10 米之間，下穿箱構段基底呈梯形狀，埋深在10-15 米之間，且基坑深度范圍內為新近堆積土、砂類土和砂卵石層，土質穩定性較差，為保證施工安全、可靠，采取相應支擋措施。標準段基坑范圍內采用鋼板樁或者拉森鋼板樁加內支撐，樁長12 米，鋼板樁和拉森鋼板樁支護結束后均可拔出重復利用。下穿段采用鋼筋混凝土灌注樁加內支撐的支護方案，采用灌注樁支護時開挖遇到地下水的情況，在灌注樁之間采用高壓旋噴樁止水，樁徑500mm，樁長為開挖深度加5 米。要求在正式打樁前應進行試樁，驗算其在卵石層中打樁的可能性。

3 結語

當前，我國正處于城鎮化與現代化的快速發展時期，城市對地下管線需求將越來越大，傳統的管線敷設方法已不能滿足使用要求，城市綜合管廊將是未來的發展方向，但綜合管廊在我國仍處于起步階段，相關的規范及理論還不成熟，這就需要我們相關人員共同努力，早日形成完善的關于綜合管廊設計及施工的理論體系。