朱 琳

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

城市地下綜合管廊具有基礎(chǔ)建設(shè)現(xiàn)代化、管線布設(shè)集約化的優(yōu)勢(shì)，在解決城市建設(shè)用地緊張、道路交通擁擠、基礎(chǔ)設(shè)施不足、環(huán)境污染加劇等建設(shè)問(wèn)題上，有較好的應(yīng)對(duì)效果，是新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，將更大范圍地應(yīng)用與推廣。綜合管廊的建設(shè)優(yōu)勢(shì)是開(kāi)發(fā)利用地下空間，且具有建設(shè)運(yùn)營(yíng)的便捷性，以及全壽命周期的經(jīng)濟(jì)性。而面對(duì)穿越大型江河等環(huán)境條件時(shí)，綜合管廊下穿河底的建設(shè)方案，將引發(fā)跨越段及前后銜接段高程的大范圍降低，從而導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)量及施工難度的大幅增加，并對(duì)河道行洪及通航形成影響。對(duì)于上述問(wèn)題，綜合管廊建設(shè)時(shí)可借助橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)跨越，在特殊節(jié)點(diǎn)破除地下建設(shè)的約束，擴(kuò)大結(jié)構(gòu)布設(shè)的適用度。

1 工程概況及綜合管廊條件

1.1 工程概況

廣東省某新區(qū)建設(shè)工程包含新建綜合管廊約41.4 km，新建道路約34.4 km。長(zhǎng)利大道為其中一雙向六車(chē)道城市主干路，于規(guī)劃河道相交處設(shè)置橋梁一座，橋位處規(guī)劃河道面寬203 m，如圖1 所示。新建橋梁主橋跨徑（49+66+49）m，如圖2 所示，兩側(cè)各設(shè)置5 跨40 m 引橋，總長(zhǎng)564 m；橋面全寬27 m，分兩幅設(shè)置，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁形式，下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用嵌巖樁。路段范圍管廊沿道路走向布設(shè)，需同時(shí)穿越規(guī)劃河道。

圖1 橋位處規(guī)劃河道斷面圖

圖2 新建橋梁主橋立面圖

1.2 綜合管廊條件

根據(jù)綜合管廊工藝設(shè)計(jì)條件，該路段入廊管線為給水DN700 mm、預(yù)留再生水DN200 mm、電力10 kV、電信光纜，標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖3 所示。

圖3 地下管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：mm）

2 管廊過(guò)河方案比選

2.1 下穿方案

該工程管廊過(guò)河控制條件主要有以下兩點(diǎn)：（1）橋位處規(guī)劃河道底深約8.7 m，水面寬度約200 m；（2）橋區(qū)范圍內(nèi)覆蓋有10～20 m 厚淤泥層。

如采用常規(guī)下穿河道方案，在滿足地下管廊結(jié)構(gòu)最小覆土厚度的前提下，河底區(qū)段及前后銜接段，管線縱斷設(shè)計(jì)需大范圍下降，大幅增加了河道以外銜接段范圍基坑深度及支護(hù)結(jié)構(gòu)工程量；河道需分段修建圍堰進(jìn)行導(dǎo)流，工程量較大。河底管廊基礎(chǔ)范圍淤泥層需全部進(jìn)行工程處理，以滿足承載力設(shè)計(jì)要求。

2.2 上跨方案

為降低建設(shè)成本及減少施工難度，考慮綜合管廊利用橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上跨河道的穿越形式，以避讓自然條件的不利影響。實(shí)現(xiàn)合橋跨越方案需落實(shí)以下條件：（1）隨橋管線類型滿足橋梁規(guī)范要求；（2）管廊及橋梁結(jié)構(gòu)的協(xié)同空間布設(shè)。

2.2.1 管線類型

根據(jù)工藝條件，該路段入廊管線均滿足橋上管線敷設(shè)類型。

2.2.2 布設(shè)空間

平面布設(shè)：橋梁上部結(jié)構(gòu)分幅采用整體混凝土箱梁形式，內(nèi)懸臂下空間可利用。

橫斷面布設(shè)：結(jié)合橋梁高度及內(nèi)懸臂下空間凈尺寸，以管廊結(jié)構(gòu)不影響橋梁景觀為原則，在不改變管廊管線功能的前提下，對(duì)橋區(qū)入廊管線的排布進(jìn)行調(diào)整。地下綜合管廊結(jié)構(gòu)在接近橋梁區(qū)段，由標(biāo)準(zhǔn)一艙布置形式漸變?yōu)閮膳摬贾茫瑯蛏瞎芾葘?duì)應(yīng)為水信艙、電力艙兩艙，分別布設(shè)人員通道，入廊管線與地下段管廊段相同，橋上管廊結(jié)構(gòu)不外露出橋梁主體結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。

圖4 橋梁橫斷面布置圖（單位：cm）

縱斷布設(shè)：管廊鄰近橋區(qū)縱斷設(shè)計(jì)隨道路縱斷設(shè)計(jì)整體抬升，地下與橋上過(guò)渡段設(shè)置于路基擋墻范圍。

橋上管廊采用吊架形式設(shè)置于主梁內(nèi)懸臂，主構(gòu)件采用H 型鋼截面，標(biāo)準(zhǔn)段縱橋向間距2 m 設(shè)置一道，與主梁懸臂預(yù)埋鋼帶焊接，吊架間底板及側(cè)立面設(shè)置鋼縱梁，如圖5 所示。橋上管廊在主橋中跨橋面中央分隔帶處內(nèi)側(cè)懸臂設(shè)置投料口。

圖5 橋上管廊標(biāo)準(zhǔn)段立面圖（單位：mm）

3 管廊吊架計(jì)算

3.1 計(jì)算模型

采用Midas civil 程序建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析。管廊吊架采用H 型鋼截面，吊架間底板及側(cè)立面設(shè)置H 型鋼及C 型鋼縱梁，型號(hào)分別為HW-100×100×6/8 mm 及C-80×43×5/8 mm。

3.2 計(jì)算荷載

（1）恒載：計(jì)入鋼框架自重、各管線及其支架荷載、檢修人員荷載。各管線荷載見(jiàn)表1 所列。

表1 管廊荷載列表 單位：kN/m

（2）溫度：以安裝溫度15℃考慮，根據(jù)規(guī)范[1]，按整體升溫31℃，整體降溫-24℃計(jì)算。

3.3 計(jì)算分析

3.3.1 連接反力計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)段管廊支架與橋梁懸臂處最大反力為19.8 kN，如圖6 所示。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)段連接處反力圖示（單位：kN/m）

3.3.2 位移計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)段管廊最大豎向位移為2.3 mm，如圖7 所示。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)段管廊位移值圖示（單位：mm）

3.3.3 承載能力計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)段桿件最大應(yīng)力值50.8 MPa＜190 MPa，如圖8 所示，滿足規(guī)范[2]要求。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)段管廊桿件應(yīng)力值圖示（單位：MP a）

3.3.4 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)最大反力結(jié)果，管廊吊架與主梁連接處采用3 排D12 箍筋與橋面板鋼筋連接，單根箍筋拉應(yīng)力為32.4 MPa，滿足規(guī)范[3]要求；最大豎向位移、標(biāo)準(zhǔn)段桿件最大應(yīng)力值滿足規(guī)范[2]要求。

4 橋上管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1.1 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

整體計(jì)算：橋梁主梁上設(shè)置綜合管廊吊架，主梁整體計(jì)算時(shí)疊加吊架結(jié)構(gòu)對(duì)橋梁主梁的影響，將管廊荷載作為外荷載帶入。

構(gòu)件驗(yàn)算：綜合管廊吊架設(shè)置于主梁內(nèi)懸臂，應(yīng)驗(yàn)算管廊荷載對(duì)懸臂構(gòu)件的作用，復(fù)核懸臂根部厚度及懸臂上緣配筋。

4.1.2 懸臂外形設(shè)計(jì)

主梁施工采用整體現(xiàn)澆，澆筑前安裝預(yù)埋鋼板，上部結(jié)構(gòu)施工完畢后，拼接安裝管廊吊架。為便于設(shè)置預(yù)埋鋼板，主梁內(nèi)懸臂于吊架豎桿位置設(shè)置水平段，如圖9 所示。

圖9 橋上管廊結(jié)構(gòu)橫斷面構(gòu)造圖（單位：mm）

4.1.3 預(yù)埋構(gòu)件設(shè)計(jì)

管廊吊架懸臂下緣預(yù)埋管廊吊架連接鋼板，腹板底外緣預(yù)埋管廊橫向連接鋼板，預(yù)埋鋼板設(shè)置鋼筋套箍與主梁縱向鋼筋套連，腹板內(nèi)預(yù)埋套筋避讓縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，如圖10 所示。

圖10 主梁預(yù)埋鋼板示意圖

4.2 吊架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2.1 加工及安裝

綜合管廊吊架全部采用預(yù)制后拼裝施工方法，管廊吊架豎桿、管廊底橫桿與主梁預(yù)埋鋼板焊接，管廊結(jié)構(gòu)桿件采用焊接、錨接等形式連接，如圖11 所示。橋梁位于道路豎曲線并設(shè)置橫坡，管廊吊架結(jié)構(gòu)加工及安裝前應(yīng)根據(jù)成橋線形進(jìn)行空間分析等深化操作，以確定預(yù)制及安裝尺寸。

圖11 管廊吊架桿件連接示意圖

4.2.2 變形控制

為適應(yīng)橋梁主梁縱向伸縮，橋上管廊吊架于伸縮縫位置、非公用墩墩頂及跨中位置設(shè)置變形縫，變形縫位置采用雙吊桿形式，如圖12 所示。吊架底橫桿與主梁外腹板連接，以控制管廊橫向位移。

圖12 管廊吊架縱向變形縫示意圖

4.2.3 人員檢修通道

橋上管廊兩艙分別設(shè)置人員檢修通道，以供管線安裝與檢修通行，管廊吊架底板以上鋪設(shè)菱形花紋鋼板，側(cè)立面設(shè)置加勁梁及鋼板網(wǎng)，保證檢修人員安全。主橋中跨橋面中央分隔帶處內(nèi)側(cè)懸臂設(shè)置投料口，管廊吊架相應(yīng)位置預(yù)留投料開(kāi)口；引橋近橋臺(tái)處墩柱設(shè)置管廊臨時(shí)鋼掛梯，橋下凈空小于3 m 范圍兩吊架間底板設(shè)置防盜網(wǎng)。

4.2.4 耐久性設(shè)計(jì)

橋上管廊吊架應(yīng)進(jìn)行防腐處理，結(jié)合工程位置氣候條件，確定涂層保護(hù)體系年限。所有鋼構(gòu)件、連接件、預(yù)埋件均采用熱鍍鋅工藝，并對(duì)鍍鋅量及鍍層平均厚度提出設(shè)計(jì)要求。

4.3 地下橋上連接段設(shè)計(jì)

地下管廊于道路路基段抬升縱斷，在橋臺(tái)帽梁處與橋上管廊對(duì)接，如圖13 所示。橋臺(tái)帽梁鋼筋與地下管廊結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻鋼筋整體綁扎，兩結(jié)構(gòu)混凝土同期整體澆筑，于橋臺(tái)位置形成整體。為防止人員誤入及管廊積水，地下管廊在與橋上管廊接駁處設(shè)置砌體封堵墻，僅容納管線穿越。

圖13 地下、橋上管廊連接示意圖

5 實(shí)施效果

本文所述跨河橋梁及橋上綜合管廊結(jié)構(gòu)已建設(shè)完成，部分入廊管線已安裝并投入運(yùn)營(yíng)，建設(shè)效果達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，如圖14 所示。在同類跨度及凈空的架空管廊結(jié)構(gòu)對(duì)比中，該工程借助市政橋梁實(shí)現(xiàn)管廊過(guò)河跨越的形式，在后期管線檢修安裝等過(guò)程也具有運(yùn)料便捷、通風(fēng)良好、人員通行安全等優(yōu)勢(shì)，為今后同類條件的工程建設(shè)提供借鑒。

圖14 水信艙橋上管廊實(shí)施效果圖

6 結(jié)論

（1）城市綜合管廊借助市政橋梁實(shí)現(xiàn)河道跨越的方式可行。在地質(zhì)條件較差及河道水量較大等建設(shè)條件下，管廊上橋方案相對(duì)管廊穿河方案具有減少工程投資、降低施工風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)。

（2）橋梁及管廊工藝應(yīng)協(xié)同設(shè)計(jì)，復(fù)核空間需求，確定布置形式?？山Y(jié)合入廊管線的類別屬性，采用橋梁外置式或內(nèi)置式、整體式或分離式，以及整體上橋或部分上橋等穿越形式。

（3）管廊結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)合應(yīng)用，應(yīng)確保功能和安全。橋梁應(yīng)針對(duì)管廊荷載的疊加作用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體及局部驗(yàn)算。橋上管廊結(jié)構(gòu)的設(shè)置，也應(yīng)確保可適應(yīng)橋梁受力及變形特點(diǎn)。

（4）橋上管廊結(jié)構(gòu)應(yīng)具備管線安裝及檢修條件。廊體結(jié)構(gòu)施工完成后，確保管線安裝貫通及后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)，是綜合管廊建設(shè)的最終目的，廊內(nèi)通行空間、進(jìn)出通道、防護(hù)設(shè)施、逃生路線、防盜設(shè)計(jì)等功能設(shè)計(jì)，應(yīng)全面覆蓋。