某綜合管廊結構設計實例

高松

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

地下綜合管廊經過百余年的發展，其建設技術、組成形式已趨于完善。為集約利用城市建設用地，提高城市工程管線建設安全與標準，統籌安排城市工程管線在綜合管廊內的敷設，保證城市綜合管廊工程建設做到安全適用、經濟合理、技術先進、便于施工和圍護[1]，有必要在前期對其建設提供專業技術分析，為后期的工程設計和工程實施提供理論支持。

綜合管廊工程建設應遵循“規劃先行、適度超前、因地制宜、統籌兼顧”的原則，充分發揮綜合管廊的綜合效益[1]。

本文以某綜合管廊結構設計為研究對象，對以下內容進行分析：（1）綜合管廊標準橫斷面設計；（2）標準段總體計算;（3）綜合管廊節點設計及計算;（4）節點抗震驗算分析。提出相關設計方案，為同類工程案例提供參考。

1 項目概況

1.1 項目背景

為積極響應國家、某市關于建設綜合管廊的方針、政策，全面提升新城的基礎設施服務水平，增加區域土地價值，某市決定在其新城建設城市綜合管廊。

前期，由市城市規劃設計研究總院編制的《新區綜合管廊規劃研究》已獲得市城鄉規劃局的批準，對新城片區建設綜合管廊的適宜性進行分析，根據對應功能定位布局、相關管線規劃以及道路建設提出了適宜建設綜合管廊的道路，根據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，橫向為某大街和某州大街綜合管廊，縱向為某大道和某大道綜合管廊。該次為某大道綜合管廊項目。管廊總體布置如圖1所示。

圖1 工程位置圖

1.2 項目位置、設計范圍和工程規模

綜合管廊項目位于某新城，北起宜春大街交叉口，南至現狀鐵路貨運線，綜合管廊全長約2 974.3 m，為干線綜合管廊。主要工程內容包括：管廊主體、消防、排水、污水、通風、電氣、火災報警、監控、結構等內容。

2 綜合管廊橫斷面設計

2.1 橫斷面設計

根據國家相關規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、燃氣和污水管。根據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，燃氣管和污水管各單獨成艙敷設。

（1）三清山大道管廊項目宜春大街至萍鄉大街段采用三艙形式，分別為綜合艙（內設電力、電信和給水管線）、燃氣艙和污水艙，其中艙內凈高2.75 m，綜合艙凈寬4.2 m，燃氣艙凈寬1.7 m，污水艙凈寬3.2 m，如圖2所示。

圖2 三艙標準橫斷面（單位：mm）

3 管廊標準段總體計算

3.1 計算內容

（1）強度驗算：考慮軸力影響，按偏壓構件進行配筋和強度驗算；（2）裂縫驗算：按0.2 mm最大裂縫寬度的控制要求進行驗算；（3）抗剪驗算：驗算最不利截面抗剪強度，按計算結果設置抗剪箍筋；（4）抗浮計算：不考慮圍護結構摩阻力時≥1.05，考慮圍護結構摩阻力時≥1.1；（5）基底承載力驗算：不計浮力，計算全部恒、活載在基底產生的應力，與地基容許承載力進行比較，如不滿足，則需采取地基加固措施提高地基承載力。

3.2 計算荷載及主要技術標準

（1）頂板覆土荷載按地面設計標高計算；

（2）汽車荷載（含沖擊）和地面超載：統一按20 kN/m2考慮；道路綠化荷載：按5.0 kN/m2；

（3）箱內外溫度梯度按±5°考慮；

（4）考慮頂（底）板最后澆筑時，頂（底）板的混凝土收縮按降溫10℃考慮；

（5）結構按地震烈度7度進行抗震設計，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，場地類別：Ⅱ類，特征周期為0.35 s。抗震設防分類為乙類，按提高一度采取抗震構造措施，抗震等級為三級。

（6）抗浮安全系數取1.05；

（7）地基承載力安全系數取1.1。

3.3 模型計算

采用Robot Structural Analysis軟件，建立了三艙標準段分析模型。模型板件尺寸、厚度等參數均嚴格按設計圖模擬。考慮自重，鋪裝，地面超載、土側壓力，底板約束為土彈簧。

三艙標準段單孔凈距分別為3.2 m，1.7 m，4.2 m。覆土深度為3.5 m，計算結果如圖3所示。

圖3 彎矩包絡圖（單位：kN·m）

對結構內力進行計算分析，給出內力較大的單元，如表1～2所示。

表1 截面強度驗算表

表2 截面裂縫驗算表

由表1和表2可知承載力及裂縫滿足設計要求。

標準段考慮結構自重，二期荷載，計入浮力，覆土容重按20 kN/m3計算。頂板不計入汽車荷載或超載20 kN/m2，計算結果見表3。

表3 抗浮驗算表

由表3可知，三艙標準段抗浮及基地應力滿足設計要求。

4 綜合管廊節點設計

4.1 節點平面布置

綜合管廊設計是否合理或能否成功，控制點設計非常關鍵。

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

綜合分析各控制要素的平面位置和豎向標高管線，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，以實現兩個管廊對應艙室管線的連通需求和人員在管廊內作業和通行需求，節點布置圖如圖4所示。

圖4 控制節點布置圖

4.2 節點常規計算分析

采用盈建科1.9.1軟件，建立了管廊節點處三維分析模型。荷載及設計標準按3.3節相關內容計算，模型板件尺寸、厚度等參數均嚴格按設計圖模擬。計算結果如圖8所示。

裂縫控制驗算結果如圖6～圖7所示。

由以上分析結果可知節點承載力及裂縫滿足設計要求。

4.3 節點截面抗震驗算分析

圖5 節點應力圖（單位：MPa）

圖6 一層板裂縫（單位：mm）

圖7 二層板裂縫（單位：mm）

結構按地震烈度7度進行抗震設計，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，場地類別：Ⅱ類，特征周期為0.35 s。抗震設防分類為乙類，按提高一度采取抗震構造措施，抗震等級為四級。根據《地下結構抗震設計標準》（GBT 51336—2018）的3.1.4規定，設防目標為Ⅰ級，規定見表4。

結構抗震計算方法按地下結構規范3.4.1采用反應位移法建模，規定見表5。

計算采用盈建科1.9.1軟件。場地設計地震動峰值位移Umax(m)Ⅱ及場地地震動峰值位移調

表5 地下結構抗震計算方法

整系數Γ根據《城市軌道交通結構抗震設計規范》（BG 50909—2014）取值。該項目Umax取0.02 m。軟件對一層、二層多遇抗震作用下單工況X地震反應位移的內力分析，分析內容如圖8～9所示。

圖9 二層單工況X地震反應位移正向Mmax（單位：kN·m）

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

地下結構構件地震作用效應和其他荷載效應基本組合值按《地下結構抗震設計標準》（GBT 51336—2018）（6.8.1-2）計算：

地震作用分項系數按表6選取。

表6 地震作用分項系數

由上式進行地震作用效應和其他荷載效應基本組合：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。

結論：通過以上節點截面抗震驗算分析可以看出在該工程中地震作用效應及其他荷載基本組合不是控制工況。在規范規定的地震作用下，原結構設計安全可靠。

5 結 語

綜合管廊是21世紀新型城市市政基礎設施建設現代化的重要標志之一，它避免了由于埋設或維修管線而導致道路重復開挖的麻煩，避免了土壤對管線的腐蝕，延長了管線的使用壽命，為城市的發展預留了寶貴的地下空間[2]。綜合管廊的技術研究和建設的思路和脈絡應是一個循序漸進、環環相扣的過程。本文以某綜合管廊設計為背景，通過標準橫斷面及控制節點設計分析及內力計算，提出相關設計方案，為同類工程案例提供參考。