地下綜合管廊轉(zhuǎn)角井結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

竇 修 剛

(淄博市城市管理服務(wù)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(shè)置于同一人工空間中，形成一種現(xiàn)代化、集約化的城市基礎(chǔ)設(shè)施[1]。從1994年在上海建設(shè)了第一條長距離，大規(guī)模的現(xiàn)代化綜合管廊到今天全國各地的全面展開建設(shè)，中國的地下空間開發(fā)利用得到了快速發(fā)展，綜合管廊快速發(fā)展的同時，一些新的設(shè)計以及施工方案也隨之出現(xiàn)，節(jié)約了大量社會資源。

綜上，當(dāng)前對于地下綜合管廊的總體設(shè)計及運維方面的研究已經(jīng)比較全面和深入。但是對于一些特殊片區(qū)地下綜合管廊設(shè)計還應(yīng)結(jié)合地形等各種因素，靈活應(yīng)用規(guī)范以及國內(nèi)外的研究成果，從而得到一個合理的地下綜合管廊設(shè)計成果。

1 工程概況

某地下綜合管廊工程位于雄安新區(qū)某城市主干道下方。現(xiàn)場為空地，周邊環(huán)境相對簡單。

綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面為兩艙斷面，分別為電力艙和綜合艙，電力艙內(nèi)主要為110 kV高壓電力管線，綜合艙內(nèi)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(jié)點有轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)斷面覆土深度4.0 m(按照道路設(shè)計標(biāo)高計算)，管廊底標(biāo)高一般現(xiàn)狀地面下埋深8.0 m。雄安新區(qū)處于河北平面地震帶的西緣，自1970年有現(xiàn)代地震監(jiān)測記錄以來，榮成縣境內(nèi)沒有發(fā)生3級以上地震，據(jù)歷史資料統(tǒng)計，榮成縣境內(nèi)沒有發(fā)生過6級以上破壞性地震，基本穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)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(jié)點設(shè)計原則

根據(jù)GB 50838—2015城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范，綜合管廊的人員出入口、吊裝口、排風(fēng)口等露出地面的構(gòu)筑物應(yīng)滿足城市防洪要求，并應(yīng)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(yīng)大于400 m。當(dāng)熱力管道采用蒸汽介質(zhì)時，逃生口間距不應(yīng)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(yīng)滿足管線、設(shè)備、人員進出的最小限界要求。露出地面的各類孔口蓋板應(yīng)設(shè)置在內(nèi)部使用時易于人力開啟，且在外部使用時非專業(yè)人員難以開啟的安全裝置[2]。

根據(jù)規(guī)范要求及入廊各管線權(quán)屬單位的要求，本項目設(shè)置的主要節(jié)點有人員疏散口、逃生口、吊裝口、通風(fēng)口、管線分支口及轉(zhuǎn)角井等。綜合管廊結(jié)構(gòu)沿縱向間隔30 m設(shè)置結(jié)構(gòu)變形縫，在標(biāo)準(zhǔn)段與特殊節(jié)點連接段設(shè)計變形縫，變形縫的寬度為30 mm，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)縱向剛度的突變以及上覆荷載變化。變形縫設(shè)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(jié)點間的不均勻沉降。

3 轉(zhuǎn)角井方案布置

根據(jù)片區(qū)管廊規(guī)劃，在管廊終點處設(shè)置轉(zhuǎn)角井用來與遠期管廊布局連接。轉(zhuǎn)角井頂板覆土厚為2.5 m，底板厚550 mm，側(cè)壁厚500 mm，外部中部板厚為500 mm，內(nèi)部中隔板厚為300 mm，內(nèi)部中隔板開洞處設(shè)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(zhuǎn)角井中層結(jié)構(gòu)布置方案擬采用如圖3，圖4的結(jié)構(gòu)布置方案，轉(zhuǎn)角井在此處兼做管線引出至支廊。方案1與方案2主要區(qū)別為在-4.9 m標(biāo)高方案1布置了300厚結(jié)構(gòu)板，而方案2在該標(biāo)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(wǎng)格劃分

根據(jù)轉(zhuǎn)角井的形狀不規(guī)則性，選用Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2020進行有限元計算分析，內(nèi)力顯示時選擇整體平滑結(jié)果，消除個別數(shù)據(jù)異常的應(yīng)力集中點。在底板施加土彈簧，基床系數(shù)為20 000 kN/m，地面堆載按20 kPa考慮，抗浮設(shè)計水位位于地面以下2.5 m，方案1與方案2結(jié)構(gòu)計算模型如圖5所示。

4.2 計算分析

經(jīng)計算得出方案1與方案2抗浮均滿足規(guī)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(nèi)力(Myy)影響。分析計算結(jié)果如圖6，圖7所示。

圖6，圖7表明，轉(zhuǎn)角井中中隔板的布設(shè)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(nèi)。所以中隔板的增加對于外壁板結(jié)構(gòu)受力更為合理，但是要與管線權(quán)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(zhuǎn)彎半徑的要求。

中隔板開洞處應(yīng)充分考慮暖通專業(yè)的要求，中隔板開洞處覆蓋輕質(zhì)防火板，穿線后采用防火封堵措施，以確保通風(fēng)區(qū)間的劃分滿足規(guī)范要求。輕質(zhì)蓋板下方可以采用輕型鋼結(jié)構(gòu)作為支撐。在洞口與支廊處設(shè)置鋼爬梯，方便人員上下，以便后期對管廊內(nèi)入廊管線的維護管理。

綜合管廊設(shè)計為較為全面綜合的專業(yè)，涉及到各種管線的入廊規(guī)劃及后期的運輸維護等專業(yè)相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)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(jīng)濟效益較為顯著，綜合管廊投入運行后應(yīng)做定期檢測評定，對綜合管廊本體、附屬設(shè)施，內(nèi)部管線設(shè)施的運行狀況做安全評估，發(fā)現(xiàn)安全隱患要及時處理。

5 其他工程應(yīng)用

地下綜合管廊設(shè)計中，多數(shù)為純地下結(jié)構(gòu)，一些特殊節(jié)點人員疏散口等，均可以靈活設(shè)置中隔板來減小壁板彎矩。

6 結(jié)語

該文提出了在地下綜合管廊轉(zhuǎn)角井結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)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(jié)點設(shè)計的一些注意事項，得出以下結(jié)論：

1)管廊特殊節(jié)點設(shè)計時設(shè)置中隔板可以有效優(yōu)化外壁板結(jié)構(gòu)受力，但是要提前與管線權(quán)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(jié)構(gòu)設(shè)計時也應(yīng)充分考慮中隔板的設(shè)置，不僅可以優(yōu)化壁厚節(jié)省造價，還可以優(yōu)化壁板受力。

3)管廊設(shè)計中常遇到形狀不規(guī)則節(jié)點，采用Robot有限元分析程序計算分析，可以準(zhǔn)確分析各壁板的受力大小。

4)中隔板開洞處，上覆輕質(zhì)防火蓋板，蓋板穿線后采取防火封堵措施。

5)縱合管廊節(jié)點設(shè)計應(yīng)與片區(qū)近期與遠期的規(guī)劃充分相結(jié)合。