结建式整体管廊结构方案研究

朱旻

【摘 要】本文提出结建式整体管廊概念，以解决综合管廊覆土厚度及内部空间要求高、后期运营统一管理难度大的问题。在介绍上海西岸传媒港管廊总体方案的基础上，对管廊结构方案进行平面及空间建模计算，由相应的计算结果验证方案的可行性及对结建式整体管廊结构方案的分析研究。

【关键词】地下空间；综合管廊；结建式整体管廊；有限元计算

【Abstract】This paper presents the combined built utility tunnel， which can solve the two main problems of normal utility tunnel： thick cover soil and high internal space； difficulty of operations management. On the base of introduction on the utility tunnel of Shanghai west bund， the structural plan of the utility tunnel is modeled and calculated. According to the results of the calculation， the structural plan of the utility tunnel is feasible and analyzed.

【Key words】Underground space； Utility tunnel； Combined built utility tunnel； The finite element calculation

1 概述

综合管廊指建于城市地下，用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。大力建设地下综合管廊是我国近年来的国家战略，从2013年到2016年底，国务院、住建部出台了多项指导意见和补贴奖励政策来推进综合管廊建设。综合管廊建设正在我国如火如荼地展开[1-3]。

然而，综合管廊主要存在以下两大问题亟待解决：（1）综合管廊对于覆土及内部空间要求较高。由于综合管廊中的各类管线集中敷设，为避免各管线在接入接出处碰撞，管廊需要较厚的覆土空间和较大的管廊内部空间。（2）综合管廊中的各类管线集中布置且权属于不同单位，管线敷设及后期运营统一管理难度较大。因此，本文提出结建式整体管廊概念，以克服综合管廊的上述弊端。

结建式整体管廊指设置于道路下方结合地下空间建设，主要采用独立分舱方式敷设市政管线支线，承担干线与用户之间输送作用的整体管廊。与典型的支线综合管廊不同，结建式整体管廊一方面结合市政道路和地下空间共同建设；另一方面，各类管线独立分舱，管线接入接出互不干扰，可减小覆土厚度和内部空间。后期运营及管理模式也相对独立，具备各管线单位各自管理的条件。

2 结建式整体管廊总体方案简介

2.1 工程背景

上海徐汇滨江商贸区的龙耀路以南区域为西岸传媒港，规划范围北起龙耀路、南至龙水南路、西靠云锦路、东临龙腾大道，规划用地面积约为30.5ha。西岸传媒港以东方梦工厂项目为标杆和核心，大力吸引各类传媒网络、文化创意、商务办公、研发培训等项目入驻，发展综合性的文化传媒集聚区，规划形成城市未来崭新的文化地标。

西岸传媒港的开发以集约化的资源整合为理念，在地上各个小地块出让，各地块权属独立的条件下，地下空间及地上公共区域整体开发，实行“统一规划、统一设计、统一建设、统一管理”的 “四个统一”的创新开发模式。在这种创新开发模式下，可以实现对于市政配套的整体优化。东西向道路中在龙文路和规划九路敷设管廊，避免直埋敷设管线交叉时覆土较大的问题，同时管廊与地下空间结构合建，降低管廊竖向高度和覆土厚度，保证下方B1层的净高。

2.2 管廊平面布置

龙文路和规划九路管廊位于西岸传媒港内，传媒港开发以集约化的资源整合为理念，区域内部六条道路下方均进行了地下空间整體开发。为了实现对地下空间的集约化高效使用，保证商业空间的净高，对道路下方的管线布局和覆土空间进行了整体优化。沿龙文路和规划九路敷设管廊，由于竖向空间有限，在高度受限的条件下，难以按照支线综合管廊形式集中布置。经过前期研究、外部征询和方案评审，确定采用结建式整体管廊形式，与地下空间合建。管廊采用独立分舱方式敷设市政管线支线，共设6个舱室，入廊管线有雨水、污水、给水、通讯、电力和燃气，其中龙文路管廊长460m，规划九路管廊长420m。

2.3 管廊横断面布置

根据详细规划中的管线需求，对管廊进行横断面设计，进入管廊的管线为电力、通讯、给水，燃气、雨污水，其中除雨污水并仓布置在道路两侧外，其余各仓均为独立成仓布置。横断面内净满足安装、维护要求，以及照明、通风、排水、消防等设施所需空间。管廊顶板覆土1m。

3 结建式整体管廊结构方案研究

3.1 管廊下方地下空间结构概况

管廊下方地下空间为钢筋混凝土框架结构，主要柱网尺寸为8.4m×8.4m。顶板结构体系为单向主次梁结构，次梁间距2.1m，次梁方向与管廊走向垂直。板厚250mm。与管廊走向平行方向主梁上翻，上翻高度为700mm。

3.2 管廊结构方案

管廊结构方案根据管线平面和横断面的布置要求，通过结构强度和裂缝、变形计算确定。管廊结构形式采用现浇矩形钢筋混凝土箱涵结构，各段结构尺寸如下：

管廊断面为6孔箱涵，下部与地下空间顶板合建，覆土厚度1m，顶板厚度300mm，外侧墙厚度300mm，内隔墙厚度250mm。

3.3 管廊结构计算及分析

采用荷载——结构法分别建立平面及空间模型进行结构计算，计算参数及荷载标准值如下：

（1）混凝土容重：25kN/m3；土容重：18kN/m3；水压力：10kN/m2。

（2）静止土压力系数：0.5。

（3）地面超载：20kPa。

（4）雨水舱素砼填高：1.5m。

（5）设备及管道荷载：7kN/m3。

3.3.1 平面模型计算及分析

因管廊具有很长的纵向轴，故符合平面应变问题的特性[4]，可简化为平面应变问题力学模型进行计算。管廊顶板、内外侧墙、地下空间顶板均设为梁单元进行计算，地下空间顶板框架柱及侧墙处简化为固定支座。

由上述计算结果可知：最不利点出现在一侧管廊外侧墙根部和某内侧墙根部，两处的弯矩标准值分别为191.74kN·m/m及-180.97kN·m/m，剪力标准值分别为109.08kN/m及152.63kN/m。根据规范[5]，综合管廊的结构安全等级为一级，将上述计算结果的标准值转换为设计值进行配筋计算，则两处最不利处的实配钢筋分别可采用D22@200+D25@200（HRB400级钢筋），配筋率为1.45%及D25@100，配筋率为1.96%。故本管廊结构方案可满足荷载条件的要求。

因本平面模型忽略了地下空间顶板结构体系中的主次梁，故顶板结构刚度减小，与实际情况略有不符，会影响到计算的结果，故下文采用有限元空间模型进行结构计算分析。

3.3.2 有限元空间模型计算及分析

管廊顶板、内外侧墙、地下空间顶板均设为壳单元进行计算，顶板主次梁设为梁单元进行计算，地下空间顶板框架柱及侧墙处简化为固定支座。

最不利点位置与平面计算一致，将上述计算结果的标准值转换为设计值进行配筋计算，则两处最不利点处的实配钢筋可采用D20@100（HRB400级钢筋），配筋率为1.05%及D20@100，配筋率1.26%。

4 结论

（1）结建式整体管廊能够有效地解决综合管廊覆土厚度及内部空间要求高，后期运营统一管理难度大的问题。是在城市中心区建设市政管廊可供选择的方式之一

（2）西岸传媒港结建式整体管廊的结构方案能够满足结构荷载条件。

（3）地下空間结构方案对于管廊结构内力有一定的影响，在管廊结构计算时应考虑地下空间结构对其的影响。

（4）应对管廊下方地下空间结构方案进行比选，使之与管廊结构形成较为合理的结构体系，最终达到结构设计安全性和经济性的要求。

【参考文献】

[1]王彤.创新城市建设造福千秋万代——大力推进城市地下综合管廊建设[J]. 中外建筑.2016（02）.

[2]陈雪峰.十城市试点建地下综合管廊“雨后观海”现象有望消失[J].建材发展导向.2015（16）.

[3]王平.苏州城市地下综合管廊的建设经验[J].建筑经济. 2016（02）.

[4]闫晓军，等.弹性力学[M].北京：清华大学出版社，2015.

[5]城市综合管廊工程技术规范.GB50838-2015.

[责任编辑：朱丽娜]