預(yù)制綜合管廊截面性能研究

羅冰

(廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司 福建廈門 361000)

預(yù)制綜合管廊截面性能研究

羅冰

(廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司 福建廈門 361000)

以單艙矩形和多弧形斷面管廊為例，闡述了城市綜合管廊設(shè)計(jì)中的綜合管廊結(jié)構(gòu)斷面利用率、受力情況及接頭形式。經(jīng)對(duì)比，矩形斷面空間較多、弧形利用率更高;通過Midas軟件建立綜合管廊結(jié)構(gòu)閉合框架模型，分析計(jì)算模型受力情況，結(jié)果表明，多弧形受力更合理，配筋更經(jīng)濟(jì);綜合管廊接頭形式選擇和斷面形式息息相關(guān)，膠接預(yù)應(yīng)力接頭整體性好，承插式接頭安裝便捷。

綜合管廊;斷面利用率;截面性能;接頭形式

0 引言

隨著我國城市快速發(fā)展，地下管線建設(shè)規(guī)模不足、管理水平不高等問題凸顯，各地因地下管線增擴(kuò)容、維護(hù)導(dǎo)致的路面開挖增多及地下管線引起的事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和城市運(yùn)行秩序。

“地下綜合管廊系統(tǒng)”將電信、電力、通訊、熱力、燃?xì)?、給水等各種管線集于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)和統(tǒng)一管理，是市政基礎(chǔ)配套建設(shè)的一種先進(jìn)的模式，能夠有效解決市政管線維修之難，極大方便市民生活，是建設(shè)新型、現(xiàn)代化城市的需要［1］。

本文結(jié)合目前國內(nèi)常用的預(yù)制綜合管廊斷面形式，分析不同綜合管廊結(jié)構(gòu)斷面利用率、受力情況及接頭形式，為類似工程提供參考。

1 綜合管廊結(jié)構(gòu)斷面利用率

預(yù)制綜合管廊宜從空間利用率、結(jié)構(gòu)受力合理性等方面選擇斷面型式，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，本文選用矩形和多弧管廊綜合管廊斷面型式進(jìn)行比較。

矩形斷面空間利用率最高，受力明確，施工方便;多弧斷面空間利用率較高，受力更合理，結(jié)構(gòu)厚度較小，減小自重，有利于運(yùn)輸及拼裝。

2 綜合管廊結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 范例簡介

本文選取單艙矩形和多弧管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行受力分析，凈高3.0m，凈寬3.4m，板厚0.3m。

結(jié)構(gòu)尺寸及受力情況如圖1～圖4所示，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

圖1 單艙矩形橫斷面圖(單位:cm)

圖2 單艙矩形受力簡圖

圖3 單艙多弧形橫斷面圖(單位:cm)

圖4 單艙多弧形受力簡圖

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 有限元模型

文章綜合管廊結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模型采用閉合框架模型，采用Midas Civil有限元分析軟件建立縱向一延米桿系模型，如圖5～圖6所示。

圖5 單艙矩形結(jié)構(gòu)有限元模型

圖6 單艙多弧形結(jié)構(gòu)有限元模型

2.3 荷載計(jì)算

綜合管廊結(jié)構(gòu)上的作用，按性質(zhì)可分類為永久作用和可變作用。

(1)永久作用包括結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)加應(yīng)力、混凝土收縮和徐變產(chǎn)生的荷載、地基的不均勻沉降等。

(2)可變作用包括人群荷載、車輛荷載、水壓力、溫度作用、凍脹力、施工荷載等。

2.3.1 人群荷載

綜合管廊位于人行道或綠化帶下時(shí)，依據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ11－2011)人群荷載采用5kN/m2［2］。

2.3.2 車輛荷載

綜合管廊位于車行道下時(shí)，依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》車輪荷載擴(kuò)散角取30°，管廊頂板根據(jù)汽車荷載按土層擴(kuò)散計(jì)算所得，管廊側(cè)壁汽車荷載為頂板汽車荷載qvk×主動(dòng)土壓力系數(shù)K。

2.3.3 地面堆載

地面堆載取10kN/m2，不與人群荷載或汽車荷載同時(shí)組合，兩者取較大值。

2.3.4 覆土自重

覆土厚度為 h，土重度為 r，頂板覆土壓力為: p=h×r。

2.3.5 側(cè)壁荷載

地下水位距地面高度為s，頂板上覆土厚度為h，綜合管廊結(jié)構(gòu)高度H，主動(dòng)土壓力系數(shù)采用水土分算模型。

2.3.6 底板荷載

由結(jié)構(gòu)受力平衡可知，底板所受反力為頂板所受荷載P1加上結(jié)構(gòu)自重G:P=(G+P1)/B。

2.4 內(nèi)力結(jié)果對(duì)比

在最不利的準(zhǔn)永久組合作用下(1.0恒載+0.7活載)，分析相關(guān)參數(shù)調(diào)整對(duì)綜合管廊結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響，準(zhǔn)永久組合作用下綜合管廊結(jié)構(gòu)彎矩如圖7～圖8所示。

從圖中可見，矩形和多弧形兩種斷面頂?shù)装蹇缰袕澗叵嗖顭o幾;多弧形頂板角隅負(fù)彎矩最大為23.7kN·m，相比矩形頂板角隅負(fù)彎矩74.6kN·m，明顯受力更有利;從整個(gè)彎矩圖的形狀看，多弧形受力更均勻、更合理。

2.5 配筋結(jié)果對(duì)比

假定混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，鋼筋凈保護(hù)層4cm，按照純彎構(gòu)件計(jì)算，控制Wmax≤0.2mm裂縫寬度。

根據(jù)2.4節(jié)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，通過計(jì)算得到表2數(shù)據(jù)。

圖7 準(zhǔn)永久組合作用下單艙矩形結(jié)構(gòu)彎矩圖

圖8 準(zhǔn)永久組合作用下單艙多弧形結(jié)構(gòu)彎矩圖

表2 配筋結(jié)果對(duì)比表

由表2可以看出，相較于矩形斷面，多弧形配筋更加經(jīng)濟(jì)，特別對(duì)于預(yù)制綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，節(jié)約了大量成本，更有利于繼續(xù)推廣預(yù)制拼裝技術(shù)。

3 接頭形式

3.1 膠接預(yù)應(yīng)力接頭

膠接預(yù)應(yīng)力接頭借鑒了橋梁預(yù)制拼裝方法，結(jié)構(gòu)整體性好，結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)箱涵并無差別，可靠性強(qiáng)，更適用于矩形斷面，如圖9所示。

圖9 膠接預(yù)應(yīng)力接頭細(xì)節(jié)大樣

膠接預(yù)應(yīng)力接頭現(xiàn)場安裝施工工序:開挖基坑→懸拼各節(jié)段→刷涂結(jié)構(gòu)膠→張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力→形成大節(jié)段→永久預(yù)應(yīng)力張拉→底部壓漿→大節(jié)段之間設(shè)濕澆帶。膠接預(yù)應(yīng)力接頭式綜合管廊現(xiàn)場安裝照片如圖10所示。

圖10 膠接預(yù)應(yīng)力接頭式綜合管廊現(xiàn)場安裝照片

3.2 承插式接頭

承插式拼裝工藝與傳統(tǒng)給排水管道施工工藝相似，具有適應(yīng)變形、便于工廠化生產(chǎn)、施工方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，更適用于多弧形斷面，如圖11所示。

圖11 柔性承插式接頭

承插式接頭現(xiàn)場安裝施工工序:開挖基坑→攤鋪砂墊層→吊裝預(yù)制節(jié)段→安裝橡膠圈→閉水試驗(yàn)，如圖12所示。

圖12 柔性承插式接頭綜合管廊現(xiàn)場安裝

3.3 接頭形式對(duì)比

膠接預(yù)應(yīng)力接頭對(duì)橡膠止水帶質(zhì)量和耐久性要求相對(duì)較低，全生命周期保障度較好，對(duì)小半徑平、豎曲線段實(shí)施難度較大，安裝工序較復(fù)雜;對(duì)于大斷面、復(fù)雜斷面形式預(yù)制管廊可優(yōu)先考慮采用。

承插式接頭安裝方便，設(shè)置雙橡膠圈，兩道橡膠圈之間設(shè)有注漿孔，安裝后可進(jìn)行接口抗?jié)B檢驗(yàn)，后期若有滲漏可進(jìn)行注漿補(bǔ)救，但對(duì)接口處橡膠質(zhì)量要求較高;柔性接口對(duì)于大斷面和復(fù)雜斷面管廊存在局限性。

綜上，接頭形式選擇和斷面形式息息相關(guān)，各有利弊，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選用，承插式接頭安裝較膠接預(yù)應(yīng)力接頭更為簡單。

4 結(jié)論

(1)矩形斷面空間較多弧形利用率更高。

(2)從內(nèi)力計(jì)算結(jié)果分析，圓弧形斷面綜合管廊相較于矩形受力更合理些。

(3)綜合管廊接頭形式選擇和斷面形式息息相關(guān)，膠接預(yù)應(yīng)力接頭整體性好，承插式接頭安裝便捷。

(4)預(yù)制拼裝技術(shù)是廈門綜合管廊的主要特色，繼續(xù)推廣預(yù)制拼裝技術(shù)可以更好地實(shí)現(xiàn)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

［1］ 薛偉辰，胡翔，王恒棟．綜合管溝的應(yīng)用與研究進(jìn)展［J］．特種結(jié)構(gòu)，2007，24(1):96－97．

［2］ CJJ11－2011城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011．

Study on section properties of prefabricated utility tunnel

LUO Bing
(Xiamen Municipal Engineering Design Institute Co.，Ltd.，Xiamen 361000)

Take rectangular and multi arc section of single compartment utility tunnel for instance，this paper expounds the utilization ratio of cross section，the stress situation and the joint form of the utility tunnel structure in the design of urban utility tunnel.By comparison，the space utilization ratio of rectangular section is higher than that of multi arc section.After using the Midas software to establish the closure framework model of the utility tunnel structure，analyzing the calculation model of the stress situation and comparing to the model of the rectangular section，we find that the multi arc section is more reasonable and economical.The joint forms of the utility tunnel are closely related to the section forms.The bonding prestressed joint has good integrality，but the installation of the socket and spigot joint is more convenient.

Utility tunnel;Utilization ratio of cross section;Section properties;Joint form

TU990．3

A

1004－6135(2017)02－0095－04

羅冰(1985．6－ )，女，工程師。

E-mail:260085617@qq．com

2016－11－16