预制综合管廊截面性能研究

罗冰

(厦门市市政工程设计院有限公司 福建厦门 361000)

预制综合管廊截面性能研究

罗冰

(厦门市市政工程设计院有限公司 福建厦门 361000)

以单舱矩形和多弧形断面管廊为例，阐述了城市综合管廊设计中的综合管廊结构断面利用率、受力情况及接头形式。经对比，矩形断面空间较多、弧形利用率更高;通过Midas软件建立综合管廊结构闭合框架模型，分析计算模型受力情况，结果表明，多弧形受力更合理，配筋更经济;综合管廊接头形式选择和断面形式息息相关，胶接预应力接头整体性好，承插式接头安装便捷。

综合管廊;断面利用率;截面性能;接头形式

0 引言

随着我国城市快速发展，地下管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸显，各地因地下管线增扩容、维护导致的路面开挖增多及地下管线引起的事故频发，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。

“地下综合管廊系统”将电信、电力、通讯、热力、燃气、给水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和统一管理，是市政基础配套建设的一种先进的模式，能够有效解决市政管线维修之难，极大方便市民生活，是建设新型、现代化城市的需要［1］。

本文结合目前国内常用的预制综合管廊断面形式，分析不同综合管廊结构断面利用率、受力情况及接头形式，为类似工程提供参考。

1 综合管廊结构断面利用率

预制综合管廊宜从空间利用率、结构受力合理性等方面选择断面型式，根据实际项目总结的经验，本文选用矩形和多弧管廊综合管廊断面型式进行比较。

矩形断面空间利用率最高，受力明确，施工方便;多弧断面空间利用率较高，受力更合理，结构厚度较小，减小自重，有利于运输及拼装。

2 综合管廊结构受力分析

2.1 范例简介

本文选取单舱矩形和多弧管廊标准断面进行受力分析，净高3.0m，净宽3.4m，板厚0.3m。

结构尺寸及受力情况如图1～图4所示，设计参数如表1所示。

图1 单舱矩形横断面图(单位:cm)

图2 单舱矩形受力简图

图3 单舱多弧形横断面图(单位:cm)

图4 单舱多弧形受力简图

表1 设计参数

2.2 有限元模型

文章综合管廊结构内力计算模型采用闭合框架模型，采用Midas Civil有限元分析软件建立纵向一延米杆系模型，如图5～图6所示。

图5 单舱矩形结构有限元模型

图6 单舱多弧形结构有限元模型

2.3 荷载计算

综合管廊结构上的作用，按性质可分类为永久作用和可变作用。

(1)永久作用包括结构自重、土压力、预加应力、混凝土收缩和徐变产生的荷载、地基的不均匀沉降等。

(2)可变作用包括人群荷载、车辆荷载、水压力、温度作用、冻胀力、施工荷载等。

2.3.1 人群荷载

综合管廊位于人行道或绿化带下时，依据《城市桥梁设计规范》(CJJ11－2011)人群荷载采用5kN/m2［2］。

2.3.2 车辆荷载

综合管廊位于车行道下时，依据《公路桥涵设计通用规范》车轮荷载扩散角取30°，管廊顶板根据汽车荷载按土层扩散计算所得，管廊侧壁汽车荷载为顶板汽车荷载qvk×主动土压力系数K。

2.3.3 地面堆载

地面堆载取10kN/m2，不与人群荷载或汽车荷载同时组合，两者取较大值。

2.3.4 覆土自重

覆土厚度为 h，土重度为 r，顶板覆土压力为: p=h×r。

2.3.5 侧壁荷载

地下水位距地面高度为s，顶板上覆土厚度为h，综合管廊结构高度H，主动土压力系数采用水土分算模型。

2.3.6 底板荷载

由结构受力平衡可知，底板所受反力为顶板所受荷载P1加上结构自重G:P=(G+P1)/B。

2.4 内力结果对比

在最不利的准永久组合作用下(1.0恒载+0.7活载)，分析相关参数调整对综合管廊结构内力分布的影响，准永久组合作用下综合管廊结构弯矩如图7～图8所示。

从图中可见，矩形和多弧形两种断面顶底板跨中弯矩相差无几;多弧形顶板角隅负弯矩最大为23.7kN·m，相比矩形顶板角隅负弯矩74.6kN·m，明显受力更有利;从整个弯矩图的形状看，多弧形受力更均匀、更合理。

2.5 配筋结果对比

假定混凝土强度等级C40，钢筋净保护层4cm，按照纯弯构件计算，控制Wmax≤0.2mm裂缝宽度。

根据2.4节内力计算结果，通过计算得到表2数据。

图7 准永久组合作用下单舱矩形结构弯矩图

图8 准永久组合作用下单舱多弧形结构弯矩图

表2 配筋结果对比表

由表2可以看出，相较于矩形断面，多弧形配筋更加经济，特别对于预制综合管廊标准化生产，节约了大量成本，更有利于继续推广预制拼装技术。

3 接头形式

3.1 胶接预应力接头

胶接预应力接头借鉴了桥梁预制拼装方法，结构整体性好，结构形式与传统箱涵并无差别，可靠性强，更适用于矩形断面，如图9所示。

图9 胶接预应力接头细节大样

胶接预应力接头现场安装施工工序:开挖基坑→悬拼各节段→刷涂结构胶→张拉临时预应力→形成大节段→永久预应力张拉→底部压浆→大节段之间设湿浇带。胶接预应力接头式综合管廊现场安装照片如图10所示。

图10 胶接预应力接头式综合管廊现场安装照片

3.2 承插式接头

承插式拼装工艺与传统给排水管道施工工艺相似，具有适应变形、便于工厂化生产、施工方便等显著优点，更适用于多弧形断面，如图11所示。

图11 柔性承插式接头

承插式接头现场安装施工工序:开挖基坑→摊铺砂垫层→吊装预制节段→安装橡胶圈→闭水试验，如图12所示。

图12 柔性承插式接头综合管廊现场安装

3.3 接头形式对比

胶接预应力接头对橡胶止水带质量和耐久性要求相对较低，全生命周期保障度较好，对小半径平、竖曲线段实施难度较大，安装工序较复杂;对于大断面、复杂断面形式预制管廊可优先考虑采用。

承插式接头安装方便，设置双橡胶圈，两道橡胶圈之间设有注浆孔，安装后可进行接口抗渗检验，后期若有渗漏可进行注浆补救，但对接口处橡胶质量要求较高;柔性接口对于大断面和复杂断面管廊存在局限性。

综上，接头形式选择和断面形式息息相关，各有利弊，设计人员应结合实际情况选用，承插式接头安装较胶接预应力接头更为简单。

4 结论

(1)矩形断面空间较多弧形利用率更高。

(2)从内力计算结果分析，圆弧形断面综合管廊相较于矩形受力更合理些。

(3)综合管廊接头形式选择和断面形式息息相关，胶接预应力接头整体性好，承插式接头安装便捷。

(4)预制拼装技术是厦门综合管廊的主要特色，继续推广预制拼装技术可以更好地实现综合管廊标准化生产。

［1］ 薛伟辰，胡翔，王恒栋．综合管沟的应用与研究进展［J］．特种结构，2007，24(1):96－97．

［2］ CJJ11－2011城市桥梁设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，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

罗冰(1985．6－ )，女，工程师。

E-mail:260085617@qq．com

2016－11－16