地下綜合管廊轉角井結構設計要點

竇 修 剛

(淄博市城市管理服務中心,山東 淄博 255000)

0 引言

綜合管廊(integerated pipe gallery)被稱為“共同溝”也稱為總管道、市政管廊或城市綜合管廊，是指將2種以上的城市管線集中設置于同一人工空間中，形成一種現代化、集約化的城市基礎設施[1]。從1994年在上海建設了第一條長距離，大規模的現代化綜合管廊到今天全國各地的全面展開建設，中國的地下空間開發利用得到了快速發展，綜合管廊快速發展的同時，一些新的設計以及施工方案也隨之出現，節約了大量社會資源。

綜上，當前對于地下綜合管廊的總體設計及運維方面的研究已經比較全面和深入。但是對于一些特殊片區地下綜合管廊設計還應結合地形等各種因素，靈活應用規范以及國內外的研究成果，從而得到一個合理的地下綜合管廊設計成果。

1 工程概況

某地下綜合管廊工程位于雄安新區某城市主干道下方。現場為空地，周邊環境相對簡單。

綜合管廊標準斷面為兩艙斷面，分別為電力艙和綜合艙，電力艙內主要為110 kV高壓電力管線，綜合艙內有配水管DN500、再生水管DN200以及10 kV電纜和通訊電纜。管廊總長約23 km，其中綜合艙中配水管DN500，10 kV電纜等管線需要引出。沿管廊縱向分布的主要節點有轉角井、分變電間、倒虹、管線分支口、人員出入口、吊裝口等。本工程綜合管廊標準斷面覆土深度4.0 m(按照道路設計標高計算)，管廊底標高一般現狀地面下埋深8.0 m。雄安新區處于河北平面地震帶的西緣，自1970年有現代地震監測記錄以來，榮成縣境內沒有發生3級以上地震，據歷史資料統計，榮成縣境內沒有發生過6級以上破壞性地震，基本穩定。標準斷面及在道路下方的位置示意如圖1，圖2所示。

2 地下綜合管廊節點設計原則

根據GB 50838—2015城市綜合管廊工程技術規范，綜合管廊的人員出入口、吊裝口、排風口等露出地面的構筑物應滿足城市防洪要求，并應采取防止地面水倒灌及小動物進入的措施。輻射電力電纜的艙室，逃生口間距不宜大于200 m，輻射熱力管道的艙室，逃生口間距不應大于400 m。當熱力管道采用蒸汽介質時，逃生口間距不應大于100 m。綜合管廊吊裝口的最大間距不宜大于400 m。吊裝口凈尺寸應滿足管線、設備、人員進出的最小限界要求。露出地面的各類孔口蓋板應設置在內部使用時易于人力開啟，且在外部使用時非專業人員難以開啟的安全裝置[2]。

根據規范要求及入廊各管線權屬單位的要求，本項目設置的主要節點有人員疏散口、逃生口、吊裝口、通風口、管線分支口及轉角井等。綜合管廊結構沿縱向間隔30 m設置結構變形縫，在標準段與特殊節點連接段設計變形縫，變形縫的寬度為30 mm，以適應結構縱向剛度的突變以及上覆荷載變化。變形縫設置帶鋼邊橡膠止水帶，不但可以期待止水效果還可以消除不同節點間的不均勻沉降。

3 轉角井方案布置

根據片區管廊規劃，在管廊終點處設置轉角井用來與遠期管廊布局連接。轉角井頂板覆土厚為2.5 m，底板厚550 mm，側壁厚500 mm，外部中部板厚為500 mm，內部中隔板厚為300 mm，內部中隔板開洞處設置邊梁加固洞口，為了減少邊梁對下部管廊凈高的影響，將此邊梁上翻。考慮管線引出要求，轉角井中層結構布置方案擬采用如圖3，圖4的結構布置方案，轉角井在此處兼做管線引出至支廊。方案1與方案2主要區別為在-4.9 m標高方案1布置了300厚結構板，而方案2在該標高為開管線引出洞口。

4 模型的建立及分析方法

4.1 有限元模型建立及網格劃分

根據轉角井的形狀不規則性，選用Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2020進行有限元計算分析，內力顯示時選擇整體平滑結果，消除個別數據異常的應力集中點。在底板施加土彈簧，基床系數為20 000 kN/m，地面堆載按20 kPa考慮，抗浮設計水位位于地面以下2.5 m，方案1與方案2結構計算模型如圖5所示。

4.2 計算分析

經計算得出方案1與方案2抗浮均滿足規范要求，取兩種不同方案中同一塊外壁板為研究對象，分析方案中隔板布置對于外壁板內力(Myy)影響。分析計算結果如圖6，圖7所示。

圖6，圖7表明，轉角井中中隔板的布設對于減小壁板彎矩起到了重要作用。外壁板根部彎矩由328.56 kN·m減小為185.66 kN·m，減小幅度為43.5%，壁板跨中彎矩有所增加，但是相對于壁板厚度500 mm在合理范圍內。所以中隔板的增加對于外壁板結構受力更為合理，但是要與管線權屬單位充分溝通，確定中隔板開洞的尺寸，以滿足管線引出時轉彎半徑的要求。

中隔板開洞處應充分考慮暖通專業的要求，中隔板開洞處覆蓋輕質防火板，穿線后采用防火封堵措施，以確保通風區間的劃分滿足規范要求。輕質蓋板下方可以采用輕型鋼結構作為支撐。在洞口與支廊處設置鋼爬梯，方便人員上下，以便后期對管廊內入廊管線的維護管理。

綜合管廊設計為較為全面綜合的專業，涉及到各種管線的入廊規劃及后期的運輸維護等專業相互協調，統籌考慮。綜合管廊所帶來的社會綜合效益也是顯而易見的，前期投入較大，但后期社會和經濟效益較為顯著，綜合管廊投入運行后應做定期檢測評定，對綜合管廊本體、附屬設施，內部管線設施的運行狀況做安全評估，發現安全隱患要及時處理。

5 其他工程應用

地下綜合管廊設計中，多數為純地下結構，一些特殊節點人員疏散口等，均可以靈活設置中隔板來減小壁板彎矩。

6 結語

該文提出了在地下綜合管廊轉角井結構設計中設置中隔板來減小壁板彎矩的方法和思路，以及討論了地下綜合管廊在總體布局中特殊節點設計的一些注意事項，得出以下結論：

1)管廊特殊節點設計時設置中隔板可以有效優化外壁板結構受力，但是要提前與管線權屬部門充分溝通，確定中隔板開洞大小，確保管線可以在此處正常引出。

2)管廊中人員疏散口、端部井在結構設計時也應充分考慮中隔板的設置，不僅可以優化壁厚節省造價，還可以優化壁板受力。

3)管廊設計中常遇到形狀不規則節點，采用Robot有限元分析程序計算分析，可以準確分析各壁板的受力大小。

4)中隔板開洞處，上覆輕質防火蓋板，蓋板穿線后采取防火封堵措施。

5)縱合管廊節點設計應與片區近期與遠期的規劃充分相結合。