李 健

（山西省城市規(guī)劃設(shè)計研究院工程設(shè)計中心，山西 太原 030001）

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。推進城市地下綜合管廊建設(shè)，統(tǒng)籌各類市政管線的規(guī)劃、建設(shè)和管理，解決反復(fù)開挖路面、架空線網(wǎng)密集、管線事故頻發(fā)等問題，管道不接觸土壤和地下水因此避免了酸堿物質(zhì)的腐蝕延長了管道的使用壽命。有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景觀，有利于提高城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量。代表著城市地下管線建設(shè)和發(fā)展的方向，是城市市政基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。本文對某綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要點的總結(jié)，為地下綜合管廊工程設(shè)計提供了技術(shù)依據(jù)。

1 工程簡介

該綜合管廊為三艙布置，以滿足給水管線、熱力管線、燃氣管線、污水管道入廊使用要求。管廊建設(shè)長度13.5km，布置在道路東側(cè)綠化帶、非機動車道、人行道下。管廊基坑深度7.5 米左右。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

依據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100 年?？拐鹪O(shè)防按乙類建筑物進行設(shè)計。結(jié)構(gòu)安全等級為一級。防水等級標(biāo)準(zhǔn)不低于Ⅱ級。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度限值不大于0.2mm。

2.1 設(shè)計方法

綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)對承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行計算。(1)承載力極限狀態(tài)：包括結(jié)構(gòu)的承載力計算、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗算(滑移、抗浮等)。(2)正常使用極限狀態(tài)：對結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別按作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合或長期效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合進行驗算。

計算模型：結(jié)構(gòu)的截面內(nèi)力計算模型采用閉合框架模型。

2.2 荷載設(shè)計

綜合管廊在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮永久荷載、可變荷載。

(1)永久荷載包括結(jié)構(gòu)自重、土壓力、水壓力、混凝土收縮和徐變產(chǎn)生的荷載等。

(2)可變荷載包括道路人群荷載、車輛荷載、施工荷載等。管廊頂板活荷載按城-A 級汽車車輛荷載設(shè)計。

2.3 結(jié)構(gòu)材料

本工程混凝土強度等級選取不低于C35。墊層采用 C15 素混凝土?？?jié)B等級P6。鋼筋采用HPB300、HRB400。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)斷面

綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面選取應(yīng)根據(jù)使用要求、結(jié)構(gòu)類型、受力條件和所處環(huán)境來確定，并考慮耐久性、可靠性和經(jīng)濟性以及施工難度、地基處理等方面因素。本工程為滿足給水管線、熱力管線、燃氣管線、污水管道入廊使用要求，以及規(guī)范對天然氣管道應(yīng)獨立設(shè)艙、熱力管道不應(yīng)與電力電纜同艙敷設(shè)的要求，采用混合艙、燃氣艙、電力電信艙三艙布置形式。

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，燃氣艙、電力電信艙斷面內(nèi)部凈高，不小于2.4m 即可滿足規(guī)范要求，但為滿足工藝要求，混合艙凈高需達到3.3m。如此出現(xiàn)不等高斷面。盡管不等高斷面混凝土用量少，經(jīng)濟性好，但存在結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中、剛度突變、施工及防水處理難度大等諸多缺點，因此選取了等高斷面。根據(jù)工藝要求，標(biāo)準(zhǔn)斷面三艙跨度分別設(shè)為5750mm、1900mm、2600mm。因三艙跨度差異較大，跨度最大的混合艙位置居中或居側(cè)布置，各有利弊。如下圖所示，若混合艙居中(方案一)，頂板跨中彎矩和壁板支座彎矩均較小，結(jié)構(gòu)受力較均勻，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性較好；若混合艙居側(cè)(方案二)，管廊的檢查井、通風(fēng)井、安裝口設(shè)置簡單，與地面聯(lián)系便捷，管線接入方便，投入使用后維護管理方便。綜合考慮其他相關(guān)專業(yè)設(shè)計、施工需求，以及日后維護管理方便等諸多因素，最終選擇方案二。

2.5 施工工藝

目前，國內(nèi)投入使用的管廊分現(xiàn)澆混凝土綜合管廊和預(yù)制拼裝混凝土綜合管廊。

現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)是綜合管廊的主要結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點包括：(1)截面變化靈活，可以根據(jù)管廊設(shè)計進行現(xiàn)場支模澆筑生產(chǎn)；(2)原地施工，減掉了預(yù)制工法需要運輸和安裝的步驟；(3)施工方法成熟，對于異形段和分支段處理靈活。但是現(xiàn)場制作的管廊伸縮縫采用橡膠止水帶連接，抗地基不均勻沉降能力差，接口易發(fā)生上下錯位和變形；同時現(xiàn)澆施工需留支?？臻g，土方量增大，對周邊環(huán)境破壞也大，不利于生態(tài)環(huán)境的保護。

預(yù)制綜合管廊結(jié)構(gòu)在我國起步較晚，但也在多個大型工程中得到應(yīng)用，其優(yōu)點包括：(1)將現(xiàn)場支模澆筑工程放在了工廠進行統(tǒng)一生產(chǎn)，施工人員工作環(huán)境較好，施工安全系數(shù)提高，減掉了現(xiàn)場多次支模、多次澆筑的麻煩，大大縮短施工周期；(2)工業(yè)化批量生產(chǎn)，質(zhì)量可控性強，保證了產(chǎn)品規(guī)格質(zhì)量的統(tǒng)一，提高了綜合管廊的生產(chǎn)效率；(3)工程開挖量小，提高了施工速度，降低了對周圍環(huán)境的影響。

綜合比較，預(yù)制管廊優(yōu)于現(xiàn)澆管廊。但在山西境內(nèi)無預(yù)制綜合管廊生產(chǎn)基地，如果選用預(yù)制管廊，需要從外省進行長途運輸，造成工程造價的提高。綜合分析考慮，本工程采用現(xiàn)澆混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)。

2.6 防水防滲

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，沿線每隔20m 左右應(yīng)設(shè)置一道伸縮縫，伸縮縫中間設(shè)置橡膠止水帶，并用低發(fā)泡塑料板和雙組份聚硫密封膏嵌縫處理。處理好伸縮縫兩側(cè)地基，避免在變形縫處產(chǎn)生不均勻沉降。另外還采取在變形縫處加設(shè)墊塊等構(gòu)造措施減小管廊接縫處沉降差。

2.7 地基方案

(1)地基處理：本工程場地深度范圍內(nèi)地基土自上而下可分為5 層，分別為雜填土和素填土、濕陷性粉土、粉土、中砂、圓礫。其中從北向南約10.5km 的長度區(qū)間內(nèi)，管廊的基礎(chǔ)持力層為第2 層濕陷性粉土，濕陷性等級為非自重Ⅰ級(輕微)和自重濕陷Ⅱ級(中等)，由于《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》未涉及地基處理，根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》可選擇灰土換填或灰土擠密樁地基處理方案。采用灰土換填處理需擴出基礎(chǔ)外緣寬度為2.0m，需要有較寬的施工場地，而本工程緊鄰既有國道，難以外擴；同時換填厚度為2.0m，使得基坑支護深度超過鋼板樁長度，支護難度明顯加大，反而增加工程造價；采用灰土擠密樁，雖然工程周期長，但對施工場地要求小，支護難度小，故選用此法處理地基。

(2)邊坡支護：本工程地下管廊分為標(biāo)準(zhǔn)段和下穿箱構(gòu)段兩部分，標(biāo)準(zhǔn)段基底埋深在6.5-10 米之間，下穿箱構(gòu)段基底呈梯形狀，埋深在10-15 米之間，且基坑深度范圍內(nèi)為新近堆積土、砂類土和砂卵石層，土質(zhì)穩(wěn)定性較差，為保證施工安全、可靠，采取相應(yīng)支擋措施。標(biāo)準(zhǔn)段基坑范圍內(nèi)采用鋼板樁或者拉森鋼板樁加內(nèi)支撐，樁長12 米，鋼板樁和拉森鋼板樁支護結(jié)束后均可拔出重復(fù)利用。下穿段采用鋼筋混凝土灌注樁加內(nèi)支撐的支護方案，采用灌注樁支護時開挖遇到地下水的情況，在灌注樁之間采用高壓旋噴樁止水，樁徑500mm，樁長為開挖深度加5 米。要求在正式打樁前應(yīng)進行試樁，驗算其在卵石層中打樁的可能性。

3 結(jié)語

當(dāng)前，我國正處于城鎮(zhèn)化與現(xiàn)代化的快速發(fā)展時期，城市對地下管線需求將越來越大，傳統(tǒng)的管線敷設(shè)方法已不能滿足使用要求，城市綜合管廊將是未來的發(fā)展方向，但綜合管廊在我國仍處于起步階段，相關(guān)的規(guī)范及理論還不成熟，這就需要我們相關(guān)人員共同努力，早日形成完善的關(guān)于綜合管廊設(shè)計及施工的理論體系。