某綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

高松

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

地下綜合管廊經(jīng)過百余年的發(fā)展，其建設(shè)技術(shù)、組成形式已趨于完善。為集約利用城市建設(shè)用地，提高城市工程管線建設(shè)安全與標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)籌安排城市工程管線在綜合管廊內(nèi)的敷設(shè)，保證城市綜合管廊工程建設(shè)做到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、便于施工和圍護(hù)[1]，有必要在前期對(duì)其建設(shè)提供專業(yè)技術(shù)分析，為后期的工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)施提供理論支持。

綜合管廊工程建設(shè)應(yīng)遵循“規(guī)劃先行、適度超前、因地制宜、統(tǒng)籌兼顧”的原則，充分發(fā)揮綜合管廊的綜合效益[1]。

本文以某綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行分析：（1）綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)；（2）標(biāo)準(zhǔn)段總體計(jì)算;（3）綜合管廊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及計(jì)算;（4）節(jié)點(diǎn)抗震驗(yàn)算分析。提出相關(guān)設(shè)計(jì)方案，為同類工程案例提供參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目背景

為積極響應(yīng)國家、某市關(guān)于建設(shè)綜合管廊的方針、政策，全面提升新城的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)水平，增加區(qū)域土地價(jià)值，某市決定在其新城建設(shè)城市綜合管廊。

前期，由市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院編制的《新區(qū)綜合管廊規(guī)劃研究》已獲得市城鄉(xiāng)規(guī)劃局的批準(zhǔn)，對(duì)新城片區(qū)建設(shè)綜合管廊的適宜性進(jìn)行分析，根據(jù)對(duì)應(yīng)功能定位布局、相關(guān)管線規(guī)劃以及道路建設(shè)提出了適宜建設(shè)綜合管廊的道路，根據(jù)管線需求初步確定綜合管廊斷面。工程包含兩橫兩縱四條管廊，橫向?yàn)槟炒蠼趾湍持荽蠼志C合管廊，縱向?yàn)槟炒蟮篮湍炒蟮谰C合管廊。該次為某大道綜合管廊項(xiàng)目。管廊總體布置如圖1所示。

圖1 工程位置圖

1.2 項(xiàng)目位置、設(shè)計(jì)范圍和工程規(guī)模

綜合管廊項(xiàng)目位于某新城，北起宜春大街交叉口，南至現(xiàn)狀鐵路貨運(yùn)線，綜合管廊全長(zhǎng)約2 974.3 m，為干線綜合管廊。主要工程內(nèi)容包括：管廊主體、消防、排水、污水、通風(fēng)、電氣、火災(zāi)報(bào)警、監(jiān)控、結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

2 綜合管廊橫斷面設(shè)計(jì)

2.1 橫斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范管線入廊種類原則，該次入廊管線的種類：電力、弱電（通信）、給水、燃?xì)夂臀鬯堋８鶕?jù)前文斷面選型布置原則，該工程給水管、電力管、弱電管合并成綜合艙，燃?xì)夤芎臀鬯芨鲉为?dú)成艙敷設(shè)。

（1）三清山大道管廊項(xiàng)目宜春大街至萍鄉(xiāng)大街段采用三艙形式，分別為綜合艙（內(nèi)設(shè)電力、電信和給水管線）、燃?xì)馀摵臀鬯摚渲信搩?nèi)凈高2.75 m，綜合艙凈寬4.2 m，燃?xì)馀搩魧?.7 m，污水艙凈寬3.2 m，如圖2所示。

圖2 三艙標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

3 管廊標(biāo)準(zhǔn)段總體計(jì)算

3.1 計(jì)算內(nèi)容

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：考慮軸力影響，按偏壓構(gòu)件進(jìn)行配筋和強(qiáng)度驗(yàn)算；（2）裂縫驗(yàn)算：按0.2 mm最大裂縫寬度的控制要求進(jìn)行驗(yàn)算；（3）抗剪驗(yàn)算：驗(yàn)算最不利截面抗剪強(qiáng)度，按計(jì)算結(jié)果設(shè)置抗剪箍筋；（4）抗浮計(jì)算：不考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)摩阻力時(shí)≥1.05，考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)摩阻力時(shí)≥1.1；（5）基底承載力驗(yàn)算：不計(jì)浮力，計(jì)算全部恒、活載在基底產(chǎn)生的應(yīng)力，與地基容許承載力進(jìn)行比較，如不滿足，則需采取地基加固措施提高地基承載力。

3.2 計(jì)算荷載及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）頂板覆土荷載按地面設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算；

（2）汽車荷載（含沖擊）和地面超載：統(tǒng)一按20 kN/m2考慮；道路綠化荷載：按5.0 kN/m2；

（3）箱內(nèi)外溫度梯度按±5°考慮；

（4）考慮頂（底）板最后澆筑時(shí)，頂（底）板的混凝土收縮按降溫10℃考慮；

（5）結(jié)構(gòu)按地震烈度7度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別：Ⅱ類，特征周期為0.35 s。抗震設(shè)防分類為乙類，按提高一度采取抗震構(gòu)造措施，抗震等級(jí)為三級(jí)。

（6）抗浮安全系數(shù)取1.05；

（7）地基承載力安全系數(shù)取1.1。

3.3 模型計(jì)算

采用Robot Structural Analysis軟件，建立了三艙標(biāo)準(zhǔn)段分析模型。模型板件尺寸、厚度等參數(shù)均嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖模擬。考慮自重，鋪裝，地面超載、土側(cè)壓力，底板約束為土彈簧。

三艙標(biāo)準(zhǔn)段單孔凈距分別為3.2 m，1.7 m，4.2 m。覆土深度為3.5 m，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 彎矩包絡(luò)圖（單位：kN·m）

對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算分析，給出內(nèi)力較大的單元，如表1～2所示。

表1 截面強(qiáng)度驗(yàn)算表

表2 截面裂縫驗(yàn)算表

由表1和表2可知承載力及裂縫滿足設(shè)計(jì)要求。

標(biāo)準(zhǔn)段考慮結(jié)構(gòu)自重，二期荷載，計(jì)入浮力，覆土容重按20 kN/m3計(jì)算。頂板不計(jì)入汽車荷載或超載20 kN/m2，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 抗浮驗(yàn)算表

由表3可知，三艙標(biāo)準(zhǔn)段抗浮及基地應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

4 綜合管廊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

4.1 節(jié)點(diǎn)平面布置

綜合管廊設(shè)計(jì)是否合理或能否成功，控制點(diǎn)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

正在建設(shè)的地鐵2號(hào)線及地鐵南站（即吉安街站）、南路村站（即某大街站），規(guī)劃相交道路的排水管道、綠道箱涵為該次綜合管廊設(shè)計(jì)的核心控制因素，它們的平面位置、豎向標(biāo)高直接影響到該項(xiàng)目的平面布置和豎向設(shè)計(jì)。

綜合分析各控制要素的平面位置和豎向標(biāo)高管線，確定三清山大道綜合管廊在下，新余街綜合管廊在上，形成雙層互通，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)管廊對(duì)應(yīng)艙室管線的連通需求和人員在管廊內(nèi)作業(yè)和通行需求，節(jié)點(diǎn)布置圖如圖4所示。

圖4 控制節(jié)點(diǎn)布置圖

4.2 節(jié)點(diǎn)常規(guī)計(jì)算分析

采用盈建科1.9.1軟件，建立了管廊節(jié)點(diǎn)處三維分析模型。荷載及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按3.3節(jié)相關(guān)內(nèi)容計(jì)算，模型板件尺寸、厚度等參數(shù)均嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖模擬。計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

裂縫控制驗(yàn)算結(jié)果如圖6～圖7所示。

由以上分析結(jié)果可知節(jié)點(diǎn)承載力及裂縫滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 節(jié)點(diǎn)截面抗震驗(yàn)算分析

圖5 節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖6 一層板裂縫（單位：mm）

圖7 二層板裂縫（單位：mm）

結(jié)構(gòu)按地震烈度7度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別：Ⅱ類，特征周期為0.35 s。抗震設(shè)防分類為乙類，按提高一度采取抗震構(gòu)造措施，抗震等級(jí)為四級(jí)。根據(jù)《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 51336—2018）的3.1.4規(guī)定，設(shè)防目標(biāo)為Ⅰ級(jí)，規(guī)定見表4。

結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法按地下結(jié)構(gòu)規(guī)范3.4.1采用反應(yīng)位移法建模，規(guī)定見表5。

計(jì)算采用盈建科1.9.1軟件。場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值位移Umax(m)Ⅱ及場(chǎng)地地震動(dòng)峰值位移調(diào)

表5 地下結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法

整系數(shù)Γ根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（BG 50909—2014）取值。該項(xiàng)目Umax取0.02 m。軟件對(duì)一層、二層多遇抗震作用下單工況X地震反應(yīng)位移的內(nèi)力分析，分析內(nèi)容如圖8～9所示。

圖9 二層單工況X地震反應(yīng)位移正向Mmax（單位：kN·m）

由圖可見，多遇抗震作用下單工況X地震反應(yīng)位移Mmax最大內(nèi)力值：一層在截面變寬外墻墻跨中處，彎矩值為43 kN·m，二層為在通風(fēng)井外墻跨中處，彎矩值為46 kN·m。

地下結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)基本組合值按《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 51336—2018）（6.8.1-2）計(jì)算：

地震作用分項(xiàng)系數(shù)按表6選取。

表6 地震作用分項(xiàng)系數(shù)

由上式進(jìn)行地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)基本組合：一層組合值為58 kN·m；二層組合值為52 kN·m。

通過計(jì)算分析，同部位恒活荷載工況基本組合值分別為一層101 kN·m；二層152 kN·m。

結(jié)論：通過以上節(jié)點(diǎn)截面抗震驗(yàn)算分析可以看出在該工程中地震作用效應(yīng)及其他荷載基本組合不是控制工況。在規(guī)范規(guī)定的地震作用下，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠。

5 結(jié) 語

綜合管廊是21世紀(jì)新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，它避免了由于埋設(shè)或維修管線而導(dǎo)致道路重復(fù)開挖的麻煩，避免了土壤對(duì)管線的腐蝕，延長(zhǎng)了管線的使用壽命，為城市的發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間[2]。綜合管廊的技術(shù)研究和建設(shè)的思路和脈絡(luò)應(yīng)是一個(gè)循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的過程。本文以某綜合管廊設(shè)計(jì)為背景，通過標(biāo)準(zhǔn)橫斷面及控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)分析及內(nèi)力計(jì)算，提出相關(guān)設(shè)計(jì)方案，為同類工程案例提供參考。