裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊技術(shù)的研發(fā)與應用

張金文++陳思++王瑀++馬源

摘要：本文從裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)鋼制管廊的國內(nèi)外發(fā)展狀況、比較優(yōu)勢、關(guān)鍵技術(shù)路徑等方面介紹了國內(nèi)首創(chuàng)的裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)鋼制管廊技術(shù)的研發(fā)情況，并介紹了裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊在國內(nèi)的實際應用案例。

關(guān)鍵詞：配式波紋鋼結(jié)構(gòu)；綜合管廊

一、引言

目前市政管廊行業(yè)常用的管廊施工形式為現(xiàn)澆混凝土管廊，但隨著市政管廊建設的項目日益增多，現(xiàn)澆混凝土管廊施工速度慢、工期長、質(zhì)量把控難度大、地基處理費用高等缺點逐漸顯現(xiàn)。與之對比，裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊在這些方面優(yōu)勢明顯。

裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊是一種用波紋鋼管或板片拼裝成的建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設施[1]。裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊最早應用在德國，1945年前東德耶拿市建成一條鋼波紋管管廊，內(nèi)置蒸汽管道和電纜，已使用72年。1991年德國黑森州卡塞爾市的一個工業(yè)園區(qū)建成一條約3公里的單艙鋼波紋管管廊，容納管線包含給水、熱力、電力、通訊、污水管道，已投入使用25年。

二、優(yōu)勢分析

（一）工程造價低。

裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊由于采用了獨特的波紋鋼結(jié)構(gòu)作為主體受力結(jié)構(gòu)，極大地節(jié)省了材料消耗，進而降低了整體造價。經(jīng)過對比測算，該結(jié)構(gòu)形式的管廊整體造價普遍比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)低，管廊殼體造價可節(jié)省20%～30%。

（二）施工簡便周期短

傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土管廊受施工工藝和天氣的制約，施工速度緩慢，對城市交通與生活影響較大。裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊由于采用了工廠制作，現(xiàn)場拼裝的裝配式結(jié)構(gòu)，有效的提高了施工速度，縮短了施工周期。相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土管廊的標準段施工速度提高了近10倍，較好的滿足應急搶修等對工期要求較短的工程需求。

（三）抗震抗變形能力強。

傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土管廊屬于長距離線性結(jié)構(gòu)，沿途需經(jīng)過不均勻沉降，縱向變形協(xié)調(diào)能力較差。裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊結(jié)構(gòu)采用波紋鋼板（管），在公路橋涵應用中已經(jīng)得到成功驗證，具有良好的橫縱向位移補償功能。

（四）批量生產(chǎn)質(zhì)量可靠。

綜合管廊多為大斷面薄壁結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)管廊采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，在狹窄空間內(nèi)振搗壓實較困難，施工質(zhì)量受建設環(huán)境、施工技術(shù)水平及管理水平影響較大，質(zhì)量可靠度難以把控。裝配式鋼制管廊管片由工廠流水線批量制作，產(chǎn)品質(zhì)量易于檢測與控制。

三、關(guān)鍵技術(shù)

（一）工藝

裝配式鋼制管廊工藝關(guān)鍵技術(shù)主要在于斷面、平面及節(jié)點設計。由于鋼制管廊斷面非矩形，常采用管拱型、拱型、梨型等，管線布置應結(jié)合斷面布置形式，盡可能減少斷面面積，將管線功能進行細化、分析，將管線需求與鋼制管廊工藝需求、結(jié)構(gòu)形式充分結(jié)合，盡可能發(fā)揮鋼制管廊的優(yōu)勢。

平面及節(jié)點設計時應將標準段與節(jié)點段分開，標準段采用鋼制結(jié)構(gòu)，節(jié)點采用混凝土結(jié)構(gòu)，并且在工藝設計時將管廊節(jié)點進行合建，延長標準段長度，充分發(fā)揮鋼制管廊實施標準段的優(yōu)勢。[2]

（二）結(jié)構(gòu)

主體結(jié)構(gòu)采用鋼制波紋板片拼裝組成，考慮土壓力、內(nèi)荷載、車荷載水壓力、溫度等因素，運用有限元分析方法對結(jié)構(gòu)整體受力進行驗算，并考慮施工過程中對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的影響，確定波紋板片的材質(zhì)、波形、壁厚等。整體結(jié)構(gòu)與土體共同作用，通過局部有益變形，最終形成環(huán)壓狀態(tài)，保證主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

（三）防腐

波紋板廣泛應用于橋涵，波紋板不僅受到外部土壤的腐蝕，同時也受到內(nèi)部水流的侵蝕。國外規(guī)范對土和水的腐蝕性都給出了相應的措施，針對裝配式鋼制管廊重點在于土壤侵蝕作用。經(jīng)過系統(tǒng)的分析、比較，最終選用熱浸鍍鋅與瀝青的防腐形式，由于國內(nèi)缺少相關(guān)的理論研究，防腐研究主要參考美國鋼鐵協(xié)會20世紀70年代理論研究，根據(jù)調(diào)查美國上百個鋼波紋雨水管和涵洞，形成了一整套防腐計算理論體系。該體系經(jīng)有效的現(xiàn)場實驗得到了驗證，可以作為防腐年限計算方法。

（四） 防水

防水是綜合管廊作用的一環(huán)，也是已建綜合管廊中弊病最多的一環(huán)。裝配式鋼制管廊采用專有密封帶進行密封，在相鄰波紋板間及螺栓處滿貼密封材料。密封材料性能指標應符合現(xiàn)行標準的有關(guān)規(guī)定。密封材料還有考慮便于后期修補，與管廊主體結(jié)構(gòu)年限相協(xié)調(diào)。

（五）防火

國外現(xiàn)有鋼制管廊中無防火涂層，但《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定綜合管廊內(nèi)部同艙室之間應采用耐火極限不低于3.0h的不燃性結(jié)構(gòu)，并且不同艙室之間應采用耐火極限不低于3.0h的不燃性結(jié)構(gòu)進行分隔。因此，裝配式鋼制管廊防火也是關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，可采用的防火形式包括噴涂防火涂料、貼防火板等。經(jīng)過經(jīng)濟、技術(shù)對比，最終選用防火涂料的形式對鋼制管廊進行防火處理。耐火極限應考慮人員逃生所需時間、消防措施滅火需要的時間、消防人員消防時間等，保證鋼制管廊消防全過程中的安全。

四、工程應用案例

河北衡水市正在實施國內(nèi)第一條裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊的示范項目。該管廊全長1.8km，內(nèi)部凈高4.8m，凈寬6.5m，采用雙艙形式，入廊管線包括：電力、通訊、熱力、污水、給水、中水等管道，已完成裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊50米試驗示范段，實施過程中進行全流程應力監(jiān)測，施工過程中監(jiān)測最大應力約為42.0MPa，并且示范段管廊成型后開展了重載試驗，進行39種工況的管廊靜載加載試驗，監(jiān)測最大應力為63.3MPa，所測應力值均遠小于設計值，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示管廊已形成環(huán)壓狀態(tài)。經(jīng)過專家論證，裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊完全符合《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》、《波紋鋼綜合管廊工程技術(shù)規(guī)程》及相關(guān)規(guī)范的要求。通過對參觀段鋼制管廊性能檢測及建設過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析，進一步驗證了鋼制管廊有限元結(jié)構(gòu)計算的合理性，并為后續(xù)優(yōu)化、改進提供了堅實依據(jù)。

五、結(jié)語

通過對裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊關(guān)鍵技術(shù)的研究，充分結(jié)合吸納波紋鋼制公路橋涵的經(jīng)驗，成功地解決了鋼制波紋管在地下管廊行業(yè)應用中的工藝、結(jié)構(gòu)、防腐、防水、管線安裝等技術(shù)難題，確定了適用的波紋板種類及技術(shù)參數(shù)，總結(jié)并優(yōu)化了艙室斷面形式及安裝方案，最終形成結(jié)構(gòu)安全可靠、建設成本低廉、施工快速便捷、無污染、低耗能的裝配式波紋鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊技術(shù)，可以滿足越來越多的市政綜合管廊建設的差異化需求。

參考文獻

[1] DB 13（J）/T225—2017 波紋鋼綜合管廊工程技術(shù)規(guī)程

[2] GB 50838—2015. 城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范，北京：中國計劃出版社，2015

作者簡介：

張金文，性別：男，出生年月：1978年5月，籍貫：遼寧省遼陽市，學歷：大學本科，職稱：高級工程師，多年從事工程技術(shù)及項目管理工作，現(xiàn)任中冶京誠公司管線與管廊工程技術(shù)所部門項目主管。