CN108265752A - 拼舱式多舱地下综合管廊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拼舱式多舱地下综合管廊，由两个或者两个以上横截面形状相同或不同的单舱管廊沿水平方向并排排列而成，单舱管廊由顶板、底板和两侧侧板拼装形成箱型结构，相邻单舱管廊的相邻侧板为直板，综合管廊中的其余板为直板和/或向外起拱的板。本发明的多舱管廊适用于各种不同的工况条件，例如对管廊周边包括顶板、底板、单侧侧部或两侧侧板等有空间限制或其它限制的情况；多舱管廊的总跨度减少，基础开挖宽度减少，节约成本，节约占地。

Description

拼舱式多舱地下综合管廊

技术领域

本发明涉及一种管廊，特别是一种拼舱式多舱地下综合管廊。

背景技术

地下综合管廊，主要有支线管廊和干线管廊两种，其中，支线管廊一般为单舱结构，干线管廊基本上都是多舱结构。现有钢结构单舱管廊的横截面有圆形、马蹄形和矩形(图1)等，由于该类管廊是塑性结构，埋地时可以借助管土共同受力作用来减少板体厚度，所以要将截面形状为矩形的管廊板体设置成向外起拱形状或弧形状，即管廊的四个边向外拱或弧形状的结构(图2)。对于多舱式管廊，有拼舱式的，即两个或两个以上单舱结构的管廊并列在一起；还有一种分舱式的，即在一个比较宽的管廊内部，用墙体分成多个舱室，这种管廊一般是用混凝土现浇而成。上述管廊如果做成多舱式，一般情况下，只能做成拼舱式，此时由于相邻管廊侧板是拱形、圆形或马蹄形，相邻侧板连接后由于其侧板向外起拱或为弧形，不仅增加了舱室之间的间距，而且会大幅度占用多舱结构的总跨度，并且，为利用管土受力原理还需要在相邻侧板之间还需要留有空隙，用来填充砂砾、粗砂、碎石等，这样就进一步增加了各舱室之间的间距和管廊的总宽度，增加了基础开挖成本，如图3-4所示。

研究发现，受制于工地的实际情况或其它的限制或要求，现有横截面形状的管廊不适用于所有情况。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能适用于不同工地情况的拼舱式多舱地下综合管廊。

技术方案：本发明的拼舱式多舱地下综合管廊，由两个或者两个以上横截面形状相同或不同的单舱管廊沿水平方向并排排列而成，单舱管廊由顶板、底板和两侧侧板拼装形成箱型结构，相邻单舱管廊的相邻侧板为直板，综合管廊中的其余板为直板和/或向外起拱的板。

本发明单舱管廊中至少有一块板为直板。

其中，单舱管廊中有三块板向外起拱，一块板为直板；或者有两块板向外起拱，另外两块板为直板；或者有一块板向外起拱，另外三块板为直板。

上述情况中，当有两块板向外起拱时，该两块板位于相邻或相对位置。例如，顶板和其相邻的侧板向外起拱，另一侧板和底板为直板；或者顶板和其相邻的侧板为直板，另一侧板和底板向外起拱。

当有一块板向外起拱时，该起拱的板为顶板、底板或侧板。

本发明单舱管廊的相邻侧板紧靠设置。另一种情况是，单舱管廊的相邻侧板之间留有间隙，并在间隙内填充柔性介质和/或混凝土。第三种情况是，单舱管廊相邻侧板外部设置剪力钉、钢筋和螺栓中的至少一种；此时，相邻侧板之间可以填充柔性介质和/或混凝土。

上述柔性介质为土壤、砂砾、粗砂、沙土、碎石或细石。上述混凝土为透水混凝土；此时在透水混凝土中可以设置多孔水管。

单舱管廊相邻侧板可以为直板，该直板为钢筋混凝土结构，或者波纹钢板与钢筋混凝土形成的组合结构。

管廊的底板可以为直板；直板可以为平直的波纹钢板或平直的混凝土板。同时，底板底部设置剪力钉或钢筋或同时设置剪力钉和钢筋，并在剪力钉和/或钢筋上浇筑混凝土。此外，本发明综合管廊还可以共用一块底板。

本发明管廊的顶板、侧板和底板为波纹钢板，波纹钢板的波纹纹路方向与单舱管廊的轴线方向垂直。

当管廊顶板、底板向外起拱时，它们的两拱角之间设置拉杆，例如顶板两拱脚间设置拉杆，或者底板两拱脚间设置拉杆，或者顶板和底板的两拱脚间同时设置拉杆。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明多舱管廊可以由横截面相同或不同的单舱管廊自由组合得到，适用于各种不同的工况条件，例如对管廊周边包括顶板、底板、单侧侧部或两侧侧板等有空间限制或其它限制的情况；

(2)多舱管廊的总跨度减少，基础开挖宽度减少，节约成本，节约占地；

(3)各舱室相邻侧板是两块竖板同时承载顶部荷载，虽然竖板不能利用管土共同受力，但两块板同时受力与拱形板相比，在减少或不增加或少增加板厚的情况下就可以满足载荷要求，此时两相邻侧板之间可以不用填充砂土或者细石等柔性介质使得相邻舱室之间的水平距离缩短，基础开挖宽度减少，节省投资，节省地下空间的利用；

(4)管廊底板可以为直板，也可以为拱板，当其为直板时与基础的贴合度增强，更有利于管廊整体受力，基础构造简单、易施工、造价低；

(5)管廊中与周围土体接触的板体为拱形时，可有效利用管土共同受力原理，减少该板体的厚度，降低造价；

(6)管廊内部支架更容易设置，廊体内部空间利用率提高；

(7)管廊顶板及底板各自的拱角之间设置拉杆时，管廊向侧向的外推力大大减小的同时，也对管廊两侧土体的高压实度要求降低，在土质松软地带使用管土共同受力结构的难题将得以解决；

(8)本发明容易在各舱室之间设置联通门。

附图说明

图1为现有技术中截面为矩形的单舱管廊；

图2为现有技术中截面为方拱形的单舱管廊；

图3和图4分别为现有多舱管廊的结构示意图；

图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)分别为第一种单舱管廊的结构示意图；

图6(a)、6(b)、6(c)、6(d)分别为第二种单舱管廊的结构示意图；

图7(a)、7(b)分别为第三种单舱管廊的结构示意图；

图8为第四种单舱管廊的结构示意图；

图9为平底综合管廊的结构示意图；

图10为拱底综合管廊的结构示意图；

图11为组合式平底底板的结构示意图；

图12为组合式拱底底板的结构示意图；

图13为平底综合管廊的模拟实验示意图；

图14为拱底综合管廊的模拟实验示意图。

具体实施方式

本发明的单舱管廊1由顶板102、底板101和两侧侧板103拼装而成横截面为箱型的管廊结构，其中，相邻单舱管廊的相邻侧板103为直板，综合管廊中的其余板为直板和向外起拱的板中的任意一种。

具体来说，单舱管廊中的板体构成有四种情况：

(1)三拱一直：即三块板向外起拱，一侧板103为直板，如图7(a)、7(b)所示，这种管廊适用于一个侧部空间受限的情况，其余三块板仍可利用管土共同受力作用，提高板体强度，降低板体厚度，节约造价。

(2)对拱对直：即相对的顶板102和底板101向外起拱，两块侧板103为直板，如图8所示，这种管廊适用于两侧空间受限的情况，顶板和底板仍可利用管土共同受力作用，提高板体强度，降低板体厚度，节约造价。

(3)邻拱邻直：即相邻的两块板向外起拱，例如顶板102和与之相邻的侧板103向外起拱，另一侧板103和底板101为直板，如图5(a)、5(b)所示，这种管廊适用于底板底部空间和侧部空间受限的情形，同时，向外起拱的顶板和另一侧板仍可利用管土共同受力作用，提高板体强度，降低板体厚度，节约造价；或者顶板102和其相邻的侧板103为直板，另一侧板103和底板101向外起拱，如图5(c)、5(d)所示，这种管廊适用于管廊顶部空间受限或埋地很浅，同时侧部空间受限的情形，同样的，向外起拱的底板101和另一侧板103仍可利用管土共同受力作用，提高板体强度，降低板体厚度，节约造价。

(4)三直一拱：除了一块侧板103为直板外，其余三块板中有一块板向外起拱，这块起拱的板可以是顶板102、底板101或另一侧板103，如图6(a)、6(b)、6(c)、6(d)所示，这种适用于管廊三个方向受空间限制或有其它特殊要求的情况。

本发明中，无论是顶板102、底板101还是侧板103，都可以选用波纹钢板，它们的波纹纹路方向与管廊的轴线方向垂直。顶板102和底板101与两侧侧板103之间通过法兰108连接；当顶板和底板向外起拱时，顶板102的两拱角和底板101的两拱角之间分别设置拉杆109，此时管廊侧向外推力大大减小，管廊两侧土体的高压密实度要求降低，适用于土质松软地带。

当管廊底板101为直板时，其与基础的贴合度增强，更有利于管廊整体受力，基础构造简单、易施工、造价低。此时，底板101既可以是平直的波纹钢板，也可以是平直的混凝土板，或者是波纹钢板与混凝土形成的组合结构。此时的多舱式地下综合管廊可以共用一块底板。

无论管廊的底板101为直板还是拱板，都可以在底板底部也就是与基础接触的底板面，设置剪力钉104，或钢筋105，或同时设置剪力钉104和钢筋105，并在剪力钉104和/或钢筋105上浇筑混凝土106，这样构成了组合式底板。如图11-12所示，底板底部同时设置了剪力钉104和钢筋105。当底板底部为钢筋混凝土或剪力钉混凝土等时，增加了底板的强度，当管廊埋置完成后，底板受向上的力，此时底板或波纹钢板受到拉力，而底板底面的混凝土受到压力，正好利用两者的受力优势和受力特点。底板实际施工时，先将底板底部朝上，设置剪力钉104和/或钢筋105，然后浇筑混凝土106并找平，待混凝土106凝结坚固后将底板101翻过来，朝下安装在管廊基础上，再与管廊侧板103安装。

本发明的拼舱式多舱地下综合管廊，由两个或者两个以上横截面形状相同或不同的单舱管廊沿水平方向并排排列而成，由此实现相同或不同单舱管廊的自由组合，适用于各种不同的工况条件，例如对管廊周边包括顶板、底板、单侧侧部或两侧侧板等有空间限制或其它限制的情况，可将这些受限部分的板体制成直板。图9和图10分别是平底和拱底综合管廊的结构示意图，但是本发明不限于这两种情况，可将上述(1)-(4)四种单舱管廊自由组合，得到各种拼舱式多舱综合管廊。当然，本发明中如果与土体接触的板体是向外起拱的，那么可有效利用管土共同受力，减少板体自身的厚度，由此降低造价。

本发明中，由于相邻单舱管廊1相邻侧板103为竖板，它们紧靠设置，相邻侧板103之间不用填充柔性介质107或者混凝土，此时不需要利用管土共同受力原理，各舱室相邻侧板是两块竖板同时承载顶部荷载，虽然竖板不能利用管土共同受力，但两块板同时受力与拱形板相比，在减少或不增加或少增加板厚的情况下就可以满足载荷要求，相邻单舱管廊间距缩短，管廊整体的总跨度缩短，减少管廊基础开挖宽度，降低成本，节约占地。

本发明也可以在单舱管廊1相邻侧板103之间留有间隙，并在间隙内填充柔性介质107，或者填充混凝土，或者同时填充柔性介质107和混凝土，这里的柔性介质可以为土壤、砂砾、粗砂、沙土、细石或碎石等。当相邻舱室之间的间隙内填充混凝土时，相邻侧板与混凝土形成组合结构的竖墙，该竖墙受力性能增加，可以相应减少该处侧板例如波纹板的厚度，减少造价。同时，单舱管廊1相邻侧板103外部设置剪力钉、钢筋和螺栓中的至少一种，以增强侧板强度，并且可以在相邻侧板103之间填充混凝土，这里的混凝土最好选用多孔的透水混凝土，可以在该透水混凝土中预埋多孔水管，当发生火灾时，水从水管流出，流过透水混凝土对管廊壁进行降温。

本发明在单舱或多舱管廊内部竖直侧板上更容易设置支架，提高廊体内部空间利用率。再者，使用竖直侧板可以减少加工工序，不用弯曲加工，节省加工费用。另外，竖板更容易设置相邻舱室之间的联通门。

实施例模拟实验报告

1、模型试验参数

如图13-14所示，模型采用平底和拱底的三舱结构，波纹参数为75*25mm，板厚为1mm，断面净空尺寸为0.366m*0.533(左单舱管廊长度*高度)

+0.466*0.533(中间单舱管廊长度*高度)+0.583*0.533m(右单舱管廊长度*高度)，三个单舱管廊拼舱形成多舱管廊，两侧用侧板支撑110支撑，其与管廊底板成45度角，管廊上部和两侧有土体111，管廊钢材材质Q345，混凝土为C15。舱间透水混凝土厚度为25mm，顶部设置500mm厚的覆土，管廊长度为1m。

2、试验步骤

2.1、施加覆土上部荷载前，测量记录各长度数据L1-L6并将11个应力计112调零；

2.2、利用压力机在覆土顶面施加压应力，施加3kPa压应力模拟管廊顶部公路一级荷载，测量记录各长度数据和应力数据；

2.3、将施加在覆土表面的压应力逐渐增大，记录顶底板最大挠度变形达到规范允许值时，施加在覆土表面的压应力数值，同时测量记录其余长度数据和应力数据；

2.4、继续施加覆土表面的压应力，直到廊体材料达到屈服应力值，测量记录各长度数据和应力数值。

表1各长度数据L1-L6记录表

注：表1中尺寸单位为mm。

表2应力计1-9应力记录表

注：表中尺寸单位为MPa，应力计1-9为布设在波纹板上的应力

表3应力计10-11应力记录表

	应力计10	应力计11	覆土上部压应力
				步骤1	0	0	0
步骤2	4.2MPa	4.5MPa	3kPa
				步骤3	12.5MPa	13.8MPa	33kPa
步骤4	19.5MPa	20.8MPa	66kPa

表4试验结果整理表

注：工况1是3米填土工况，工况2是13米填土工况，工况3是23米填土工况。

3、试验总结

由试验结果分析可知，当覆土顶部荷载为3kPa(模拟实际3米覆土高度的工况)时，廊体的最大挠度、廊体的最大应力、舱间砼的最大应力均满足规范要求，挠度安全系数为1.4，钢制廊体安全系数为4.5，舱间混凝土安全系数为3.3。当廊体的最大挠度变形超过极限(跨度L/400，引用钢结构设计规范中梁的挠度失效值)1.45mm时，覆土顶部的荷载为33kPa，廊体的最大应力未超出极限Q345，且舱间混凝土最大应力未超出C15。当廊体的应力值达到极限允许值Q345时，覆土顶部的荷载为66kPa。

本次试验为1:6缩放的模型试验，根据试验结果推导可知，当上述管廊断面尺寸放大6倍后，顶部3米高的覆土，考虑公路一级荷载的情况下，挠度和材料应力均能满足规范要求；当顶部覆土达到23米高时，廊体材料应力值达到极限。

Claims (17)

1.一种拼舱式多舱地下综合管廊，其特征在于：由两个或者两个以上横截面形状相同或不同的单舱管廊(1)沿水平方向并排排列而成，所述单舱管廊由顶板(102)、底板(101)和两侧侧板(103)拼装形成箱型结构，相邻单舱管廊的相邻侧板(103)为直板，综合管廊中的其余板为直板和/或向外起拱的板。

2.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述单舱管廊中有三块板向外起拱，一块板为直板；或者有两块板向外起拱，另外两块板为直板；或者有一块板向外起拱，另外三块板为直板。

3.根据权利要求2所述的综合管廊，其特征在于：所述有两块板向外起拱时，该两块板位于相邻或相对位置。

4.根据权利要求3所述的综合管廊，其特征在于：顶板(102)和其相邻的侧板(103)向外起拱，另一侧板(103)和底板(101)为直板；或者顶板和其相邻的侧板为直板，另一侧板和底板向外起拱。

5.根据权利要求2所述的综合管廊，其特征在于：所述有一块板向外起拱时，该起拱的板为顶板(102)、底板(101)或侧板(103)。

6.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述单舱管廊(1)的相邻侧板紧靠设置。

7.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述单舱管廊(1)的相邻侧板(103)之间留有间隙，并在间隙内填充柔性介质(107)和/或混凝土。

8.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述单舱管廊(1)相邻侧板(103)外部设置剪力钉、钢筋和螺栓中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的综合管廊，其特征在于：所述单舱管廊(1)相邻侧板(103)之间填充柔性介质(107)和/或混凝土。

10.根据权利要求7或9所述的综合管廊，其特征在于：所述柔性介质为土壤、砂砾、粗砂、沙土、碎石或细石。

11.根据权利要求7或9所述的综合管廊，其特征在于：所述混凝土为透水混凝土。

12.根据权利要求11所述的综合管廊，其特征在于：在所述透水混凝土中设置多孔水管。

13.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述单舱管廊相邻侧板为直板时，该直板为钢筋混凝土结构，或者波纹钢板与钢筋混凝土形成的组合结构。

14.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述底板(101)为直板。

15.根据权利要求14所述的综合管廊，其特征在于：所述直板为平直的波纹钢板或平直的混凝土板。

16.根据权利要求14所述的综合管廊，其特征在于：所述综合管廊共用一块底板(101)。

17.根据权利要求1所述的综合管廊，其特征在于：所述顶板(102)、侧板(103)和底板(101)为波纹钢板，其波纹纹路方向与单舱管廊的轴线方向垂直。