国内外综合管廊规范对比

杨晓雯 彭 洁

1.煤炭安全生产河南省协同创新中心 2.河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地 安全科学与工程学院

1 一般规定对比

覆土及标准断面内部净高对比。中国根据经验确定覆土厚度。中国对综合管廊标准断面内部净高的要求较高，安全性较高。如下图[1-3]。

图 覆土厚度和内部净高

2 管线设计对比

2．1 径流系数对比

（1）中国《室外排水设计规范》GB 50014-2006径流系数由实地监测方法得到。如下方法[1,4]求出

式中：

ψ—径流系数；

Q—降雨总量，L；

QS—收集雨水量，L。

式中：

Q—降雨总量，L；

H—降雨总历时，min；

A—下垫面面积，hm2。

式中：

q—设计暴雨强度，L/(s·hm2)；

t—降雨时间，min；

P—设计重现期，年；

A1,C,b,n—参数，根据统计方法进行计算确定。

其中，t表示降雨时间，min；t1为地面集水时间，min；t2是管渠内雨水流动时间，min。

式中：

ψ—各个区域的综合径流系数；

Si—某一单一种类地面的面积；

ψi—单一种类地面的径流数值；

S—选择的区域面积；

i—各类别地面的序号。

径流系数取值在0.20～0.70范围内。

（2）日本径流系数计算方法[5]：

塔尔博特型

I—降雨强度，mm/h；

a、b—常数用特性系数法求。

日本《下水道设施设计指南》第7节规定均径流系数在0.35～0.80间[5]。

（3）加拿大本拿比市径流系数《加拿大本拿比市工程部门设计标准手册》中考虑了土地的不透水百分比，径流系数取值为0.10～0.80。该标准还规定了径流系数的调节系数，用来表示土壤渗透性变化和斜坡变化对径流系数的影响，使径流系数更加准确，符合各地实际情况。

降雨历时由式（6）得出：

T1可通过“机场方法”得出：

式中：

C—径流系数；

L—传播距离，m（最大长度是300m）；

S—传播路径的斜率，%。

T2由修改的曼宁公式得到：

式中：

n—曼宁粗糙系数；

R—水力半径，m[6]。

对比分析得出，日本和本拿比市的径流系数的上限要高于中国，其主要原因是地理因素。日本以海洋性很强的亚热带季风气候和温带季风气候为主；加拿大本拿比市属温带海洋性气候，因此两地区降雨量多，径流系数偏高。同时，加拿大本拿比市标准中增加了径流系数的调节系数，使径流系数取值更加具体精确。此外，中国地面集水时间是根据具体情况取值在5～15min区间，加拿大本拿比市的地面集水时间是通过公式计算得出，把涉及的各个相关因素定量化，因此取值更加严谨具体。

2.2 暴雨强度算例及分析

下面分别用日本和中国的计算方法计算山东泰安地区的降雨强度。

（1）按日本规范进行设计。陈建昌[7]通过特性系数法利用泰安市10min、60min的降雨量资料，得出泰安市短时降雨强度值重现期N=5a，降雨历时t=30min时，最大降雨强度=85.8(mm/h)，换算单位为：238.81[L/(s·hm2)]。

（2）按中国规范进行设计。考虑到济南与泰安距离非常近，因此在这里采用山东济南的暴雨强度公式（9）来计算[8]。

由上，中日计算方法中计算降雨强度都是主要涉及到降雨历时和重现期两个因素，但是由于中国降雨量低于日本，因此公式中常数取值方法不同，中国的常数取值偏低，计算出的降雨强度略低于日本。

3 结构设计对比

3.1 抗浮稳定性抗力系数

（1）中国规范中抗浮稳定安全系数是抗浮效应标准值与上浮效应标准值的比值，取1.05。如《泵站设计规范》中泵房抗浮稳定安全系数由式（10）[9]得到：

式中：

Kf—抗浮稳定性安全系数；

∑v—泵房基础底面承受的的全部重力，KN；

∑u—在泵房基础底面作用的扬压力，KN。

（2）日本标准中对于地下水位高、覆土少的地方，浮起的安全系数Fs根据式（11）[2]求出，必须是1.2以上。

其中：Ws上载土荷载，t/m；Wb廊体重量，t/m；Pwb作用于主体底面的上向水压力，t/m。

中国规范中抗浮稳定性抗力系数取值比日本要求的低0.15，其主要原因是日本地下水位偏高。中国对全埋式地下构筑物进行抗浮验算时不把建筑物外缘与土层间的摩擦力算入，摩擦力作为安全储备，提高了安全性。虽然综合管廊与其周围环境的摩擦力要远远小于其他地下工程与周围环境的摩擦力，但是中国综合管廊抗浮稳定性计算时没有计入管线和设备自重，这也在一定程度上提高了抗浮安全性[10]。

3.2 剪切波速度对比

（1）中国《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中4.1.3节规定，土层的等效剪切波速按公式（12）和公式（13）[11]计算：

式中：

Vse—土层等效剪切波速度；

dc—深度，m；

在覆盖层厚度和20m间取偏小值；

t—从地面传播到计算深度剪切波的传播时间；

di—所算范围里第i层厚度，m；

vsi—所算深度里第i土层剪切波速，m/s；

n—所算范围里土层所分的层数。

（2）日本《共同沟设计指南》平均剪切弹性波速度Vsi通过公式（14）和公式（15）[2]得出:

粘性土层场合

砂质土层场合

其中：Ni表示通过标准惯入实验i号底层的平均值，i地表开始i号底层的番号。

（3）美国《公路隧道设计与施工技术手册》中第13章地震模块中提出通过测试获得小应变剪切波速，并适当降低，进而估算出剪切波速度，剪切波有效传播速度和有效剪切模量的关系如式（16）[12]：

式中：

Cse—剪切波速度；

Gm—等效剪切模量；

ρ—地面的质量密度。

中国和日本对岩土的分类方式不同。美国则是通过小应变剪切波速然后再得到剪切波速度。

4 结论及建议

（1）中国综合管廊的标准具有先进性，中国综合管廊标准在标准断面净高等多方面均超国际标准，安全性较高。

（2）考虑到中国综合管廊建设覆盖范围广，水文地质复杂，随着地下空间的不断开发利用，地质情况有可能发生变化，建议中国持续勘察实际地理情况，优化抗浮稳定性抗力系数。

[1] 住房和城乡建设部,国家质量监督检验检疫总局.GB 50838-2015 城市综合管廊技术规范[S].北京:中国计划出版社,2015

[2] (社)日本道路协会.共同沟设计指南[S].日本:日本东京出版社,1986

[3] 中华道路协会.共同管道工程设计标准[S].台湾:台湾管道工程出版社,2003

[4] 住房和城乡建设部,国家质量监督检验检疫总局.GB 50014-2006 室外排水设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2014

[5]（ 日本）建设省都市局下水道部.下水道设施设计指南与解说[M].成都:中国市政工程西南设计院,1984

[6] Canadian Common Underground Alliance.City of Burnaby Engineering Department Design Criteria Manual[S].Canada:Canada Municipal Engineering Publishing House,2014

[7] 陈建昌,郭化文.应用特性系数法求算泰安地区不同重现期短时降雨强度[J].山东气象,1995,(1):5

[8] 北京市市政设计研究总院.给水排水设计手册第5册城镇排水第二版[M].北京:中国建筑工业出版社,2004

[9] 住房和城乡建设部.GB 50265-2010 泵站设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010

[10] 孙耿琴.关于结构抗浮安全系数的对比分析[J].煤炭工程,2008,(1):29-30

[11] 住房和城乡建设部.GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010

[12] U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration.Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels-Civil Elements[S].United States:US Highway Tunnel Press,2009