地下综合管廊转角井结构设计要点

窦 修 刚

(淄博市城市管理服务中心,山东 淄博 255000)

0 引言

综合管廊(integerated pipe gallery)被称为“共同沟”也称为总管道、市政管廊或城市综合管廊，是指将2种以上的城市管线集中设置于同一人工空间中，形成一种现代化、集约化的城市基础设施[1]。从1994年在上海建设了第一条长距离，大规模的现代化综合管廊到今天全国各地的全面展开建设，中国的地下空间开发利用得到了快速发展，综合管廊快速发展的同时，一些新的设计以及施工方案也随之出现，节约了大量社会资源。

综上，当前对于地下综合管廊的总体设计及运维方面的研究已经比较全面和深入。但是对于一些特殊片区地下综合管廊设计还应结合地形等各种因素，灵活应用规范以及国内外的研究成果，从而得到一个合理的地下综合管廊设计成果。

1 工程概况

某地下综合管廊工程位于雄安新区某城市主干道下方。现场为空地，周边环境相对简单。

综合管廊标准断面为两舱断面，分别为电力舱和综合舱，电力舱内主要为110 kV高压电力管线，综合舱内有配水管DN500、再生水管DN200以及10 kV电缆和通讯电缆。管廊总长约23 km，其中综合舱中配水管DN500，10 kV电缆等管线需要引出。沿管廊纵向分布的主要节点有转角井、分变电间、倒虹、管线分支口、人员出入口、吊装口等。本工程综合管廊标准断面覆土深度4.0 m(按照道路设计标高计算)，管廊底标高一般现状地面下埋深8.0 m。雄安新区处于河北平面地震带的西缘，自1970年有现代地震监测记录以来，荣成县境内没有发生3级以上地震，据历史资料统计，荣成县境内没有发生过6级以上破坏性地震，基本稳定。标准断面及在道路下方的位置示意如图1，图2所示。

2 地下综合管廊节点设计原则

根据GB 50838—2015城市综合管廊工程技术规范，综合管廊的人员出入口、吊装口、排风口等露出地面的构筑物应满足城市防洪要求，并应采取防止地面水倒灌及小动物进入的措施。辐射电力电缆的舱室，逃生口间距不宜大于200 m，辐射热力管道的舱室，逃生口间距不应大于400 m。当热力管道采用蒸汽介质时，逃生口间距不应大于100 m。综合管廊吊装口的最大间距不宜大于400 m。吊装口净尺寸应满足管线、设备、人员进出的最小限界要求。露出地面的各类孔口盖板应设置在内部使用时易于人力开启，且在外部使用时非专业人员难以开启的安全装置[2]。

根据规范要求及入廊各管线权属单位的要求，本项目设置的主要节点有人员疏散口、逃生口、吊装口、通风口、管线分支口及转角井等。综合管廊结构沿纵向间隔30 m设置结构变形缝，在标准段与特殊节点连接段设计变形缝，变形缝的宽度为30 mm，以适应结构纵向刚度的突变以及上覆荷载变化。变形缝设置带钢边橡胶止水带，不但可以期待止水效果还可以消除不同节点间的不均匀沉降。

3 转角井方案布置

根据片区管廊规划，在管廊终点处设置转角井用来与远期管廊布局连接。转角井顶板覆土厚为2.5 m，底板厚550 mm，侧壁厚500 mm，外部中部板厚为500 mm，内部中隔板厚为300 mm，内部中隔板开洞处设置边梁加固洞口，为了减少边梁对下部管廊净高的影响，将此边梁上翻。考虑管线引出要求，转角井中层结构布置方案拟采用如图3，图4的结构布置方案，转角井在此处兼做管线引出至支廊。方案1与方案2主要区别为在-4.9 m标高方案1布置了300厚结构板，而方案2在该标高为开管线引出洞口。

4 模型的建立及分析方法

4.1 有限元模型建立及网格划分

根据转角井的形状不规则性，选用Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2020进行有限元计算分析，内力显示时选择整体平滑结果，消除个别数据异常的应力集中点。在底板施加土弹簧，基床系数为20 000 kN/m，地面堆载按20 kPa考虑，抗浮设计水位位于地面以下2.5 m，方案1与方案2结构计算模型如图5所示。

4.2 计算分析

经计算得出方案1与方案2抗浮均满足规范要求，取两种不同方案中同一块外壁板为研究对象，分析方案中隔板布置对于外壁板内力(Myy)影响。分析计算结果如图6，图7所示。

图6，图7表明，转角井中中隔板的布设对于减小壁板弯矩起到了重要作用。外壁板根部弯矩由328.56 kN·m减小为185.66 kN·m，减小幅度为43.5%，壁板跨中弯矩有所增加，但是相对于壁板厚度500 mm在合理范围内。所以中隔板的增加对于外壁板结构受力更为合理，但是要与管线权属单位充分沟通，确定中隔板开洞的尺寸，以满足管线引出时转弯半径的要求。

中隔板开洞处应充分考虑暖通专业的要求，中隔板开洞处覆盖轻质防火板，穿线后采用防火封堵措施，以确保通风区间的划分满足规范要求。轻质盖板下方可以采用轻型钢结构作为支撑。在洞口与支廊处设置钢爬梯，方便人员上下，以便后期对管廊内入廊管线的维护管理。

综合管廊设计为较为全面综合的专业，涉及到各种管线的入廊规划及后期的运输维护等专业相互协调，统筹考虑。综合管廊所带来的社会综合效益也是显而易见的，前期投入较大，但后期社会和经济效益较为显著，综合管廊投入运行后应做定期检测评定，对综合管廊本体、附属设施，内部管线设施的运行状况做安全评估，发现安全隐患要及时处理。

5 其他工程应用

地下综合管廊设计中，多数为纯地下结构，一些特殊节点人员疏散口等，均可以灵活设置中隔板来减小壁板弯矩。

6 结语

该文提出了在地下综合管廊转角井结构设计中设置中隔板来减小壁板弯矩的方法和思路，以及讨论了地下综合管廊在总体布局中特殊节点设计的一些注意事项，得出以下结论：

1)管廊特殊节点设计时设置中隔板可以有效优化外壁板结构受力，但是要提前与管线权属部门充分沟通，确定中隔板开洞大小，确保管线可以在此处正常引出。

2)管廊中人员疏散口、端部井在结构设计时也应充分考虑中隔板的设置，不仅可以优化壁厚节省造价，还可以优化壁板受力。

3)管廊设计中常遇到形状不规则节点，采用Robot有限元分析程序计算分析，可以准确分析各壁板的受力大小。

4)中隔板开洞处，上覆轻质防火盖板，盖板穿线后采取防火封堵措施。

5)纵合管廊节点设计应与片区近期与远期的规划充分相结合。