某综合管廊结构设计实例

高松

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

地下综合管廊经过百余年的发展，其建设技术、组成形式已趋于完善。为集约利用城市建设用地，提高城市工程管线建设安全与标准，统筹安排城市工程管线在综合管廊内的敷设，保证城市综合管廊工程建设做到安全适用、经济合理、技术先进、便于施工和围护[1]，有必要在前期对其建设提供专业技术分析，为后期的工程设计和工程实施提供理论支持。

综合管廊工程建设应遵循“规划先行、适度超前、因地制宜、统筹兼顾”的原则，充分发挥综合管廊的综合效益[1]。

本文以某综合管廊结构设计为研究对象，对以下内容进行分析：（1）综合管廊标准横断面设计；（2）标准段总体计算;（3）综合管廊节点设计及计算;（4）节点抗震验算分析。提出相关设计方案，为同类工程案例提供参考。

1 项目概况

1.1 项目背景

为积极响应国家、某市关于建设综合管廊的方针、政策，全面提升新城的基础设施服务水平，增加区域土地价值，某市决定在其新城建设城市综合管廊。

前期，由市城市规划设计研究总院编制的《新区综合管廊规划研究》已获得市城乡规划局的批准，对新城片区建设综合管廊的适宜性进行分析，根据对应功能定位布局、相关管线规划以及道路建设提出了适宜建设综合管廊的道路，根据管线需求初步确定综合管廊断面。工程包含两横两纵四条管廊，横向为某大街和某州大街综合管廊，纵向为某大道和某大道综合管廊。该次为某大道综合管廊项目。管廊总体布置如图1所示。

图1 工程位置图

1.2 项目位置、设计范围和工程规模

综合管廊项目位于某新城，北起宜春大街交叉口，南至现状铁路货运线，综合管廊全长约2 974.3 m，为干线综合管廊。主要工程内容包括：管廊主体、消防、排水、污水、通风、电气、火灾报警、监控、结构等内容。

2 综合管廊横断面设计

2.1 横断面设计

根据国家相关规范管线入廊种类原则，该次入廊管线的种类：电力、弱电（通信）、给水、燃气和污水管。根据前文断面选型布置原则，该工程给水管、电力管、弱电管合并成综合舱，燃气管和污水管各单独成舱敷设。

（1）三清山大道管廊项目宜春大街至萍乡大街段采用三舱形式，分别为综合舱（内设电力、电信和给水管线）、燃气舱和污水舱，其中舱内净高2.75 m，综合舱净宽4.2 m，燃气舱净宽1.7 m，污水舱净宽3.2 m，如图2所示。

图2 三舱标准横断面（单位：mm）

3 管廊标准段总体计算

3.1 计算内容

（1）强度验算：考虑轴力影响，按偏压构件进行配筋和强度验算；（2）裂缝验算：按0.2 mm最大裂缝宽度的控制要求进行验算；（3）抗剪验算：验算最不利截面抗剪强度，按计算结果设置抗剪箍筋；（4）抗浮计算：不考虑围护结构摩阻力时≥1.05，考虑围护结构摩阻力时≥1.1；（5）基底承载力验算：不计浮力，计算全部恒、活载在基底产生的应力，与地基容许承载力进行比较，如不满足，则需采取地基加固措施提高地基承载力。

3.2 计算荷载及主要技术标准

（1）顶板覆土荷载按地面设计标高计算；

（2）汽车荷载（含冲击）和地面超载：统一按20 kN/m2考虑；道路绿化荷载：按5.0 kN/m2；

（3）箱内外温度梯度按±5°考虑；

（4）考虑顶（底）板最后浇筑时，顶（底）板的混凝土收缩按降温10℃考虑；

（5）结构按地震烈度7度进行抗震设计，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别：Ⅱ类，特征周期为0.35 s。抗震设防分类为乙类，按提高一度采取抗震构造措施，抗震等级为三级。

（6）抗浮安全系数取1.05；

（7）地基承载力安全系数取1.1。

3.3 模型计算

采用Robot Structural Analysis软件，建立了三舱标准段分析模型。模型板件尺寸、厚度等参数均严格按设计图模拟。考虑自重，铺装，地面超载、土侧压力，底板约束为土弹簧。

三舱标准段单孔净距分别为3.2 m，1.7 m，4.2 m。覆土深度为3.5 m，计算结果如图3所示。

图3 弯矩包络图（单位：kN·m）

对结构内力进行计算分析，给出内力较大的单元，如表1～2所示。

表1 截面强度验算表

表2 截面裂缝验算表

由表1和表2可知承载力及裂缝满足设计要求。

标准段考虑结构自重，二期荷载，计入浮力，覆土容重按20 kN/m3计算。顶板不计入汽车荷载或超载20 kN/m2，计算结果见表3。

表3 抗浮验算表

由表3可知，三舱标准段抗浮及基地应力满足设计要求。

4 综合管廊节点设计

4.1 节点平面布置

综合管廊设计是否合理或能否成功，控制点设计非常关键。

正在建设的地铁2号线及地铁南站（即吉安街站）、南路村站（即某大街站），规划相交道路的排水管道、绿道箱涵为该次综合管廊设计的核心控制因素，它们的平面位置、竖向标高直接影响到该项目的平面布置和竖向设计。

综合分析各控制要素的平面位置和竖向标高管线，确定三清山大道综合管廊在下，新余街综合管廊在上，形成双层互通，以实现两个管廊对应舱室管线的连通需求和人员在管廊内作业和通行需求，节点布置图如图4所示。

图4 控制节点布置图

4.2 节点常规计算分析

采用盈建科1.9.1软件，建立了管廊节点处三维分析模型。荷载及设计标准按3.3节相关内容计算，模型板件尺寸、厚度等参数均严格按设计图模拟。计算结果如图8所示。

裂缝控制验算结果如图6～图7所示。

由以上分析结果可知节点承载力及裂缝满足设计要求。

4.3 节点截面抗震验算分析

图5 节点应力图（单位：MPa）

图6 一层板裂缝（单位：mm）

图7 二层板裂缝（单位：mm）

结构按地震烈度7度进行抗震设计，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别：Ⅱ类，特征周期为0.35 s。抗震设防分类为乙类，按提高一度采取抗震构造措施，抗震等级为四级。根据《地下结构抗震设计标准》（GBT 51336—2018）的3.1.4规定，设防目标为Ⅰ级，规定见表4。

结构抗震计算方法按地下结构规范3.4.1采用反应位移法建模，规定见表5。

计算采用盈建科1.9.1软件。场地设计地震动峰值位移Umax(m)Ⅱ及场地地震动峰值位移调

表5 地下结构抗震计算方法

整系数Γ根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》（BG 50909—2014）取值。该项目Umax取0.02 m。软件对一层、二层多遇抗震作用下单工况X地震反应位移的内力分析，分析内容如图8～9所示。

图9 二层单工况X地震反应位移正向Mmax（单位：kN·m）

由图可见，多遇抗震作用下单工况X地震反应位移Mmax最大内力值：一层在截面变宽外墙墙跨中处，弯矩值为43 kN·m，二层为在通风井外墙跨中处，弯矩值为46 kN·m。

地下结构构件地震作用效应和其他荷载效应基本组合值按《地下结构抗震设计标准》（GBT 51336—2018）（6.8.1-2）计算：

地震作用分项系数按表6选取。

表6 地震作用分项系数

由上式进行地震作用效应和其他荷载效应基本组合：一层组合值为58 kN·m；二层组合值为52 kN·m。

通过计算分析，同部位恒活荷载工况基本组合值分别为一层101 kN·m；二层152 kN·m。

结论：通过以上节点截面抗震验算分析可以看出在该工程中地震作用效应及其他荷载基本组合不是控制工况。在规范规定的地震作用下，原结构设计安全可靠。

5 结 语

综合管廊是21世纪新型城市市政基础设施建设现代化的重要标志之一，它避免了由于埋设或维修管线而导致道路重复开挖的麻烦，避免了土壤对管线的腐蚀，延长了管线的使用寿命，为城市的发展预留了宝贵的地下空间[2]。综合管廊的技术研究和建设的思路和脉络应是一个循序渐进、环环相扣的过程。本文以某综合管廊设计为背景，通过标准横断面及控制节点设计分析及内力计算，提出相关设计方案，为同类工程案例提供参考。