城市地下综合管廊发展及研究状况

中泰国际城市综合管廊介绍城市地下综合管廊发展及研究状况一、管廊概述二、国内外综合管廊的发展三、现浇和预制综合管廊比较四、研究状况五、典型试验六、研究展望目录1.管廊概述1.1综合管廊的定义及分类综合管廊，又名共同沟、共同管道、综合管沟，是指在城市道路下面建造一个市政共用隧道，将电力、通信、供水、燃气等多种市政管线集中在一体，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以做到地下空间的综合利用和资源的共享。干线型综合管廊支线型综合管廊缆线型综合管廊1.管廊概述1.2为什么要建综合管廊？城市消除“拉链路”地下空间开发海绵城市地下管线安全运营城市环境建设1.管廊概述1.3常用断面错位箱涵错位单仓并排箱涵错位的双仓箱涵错位单仓现场施工1.管廊概述1.3常用断面三个单仓箱涵并排连接立式箱涵混凝土箱涵连接形式主要有两种，构件间带有纵向锁紧装置(纵向串接接口)的连接；构件间无约束锁紧装置的连接。构件间无约束锁紧装置的连接又分为刚性接口和柔性接口。1.管廊概述1.4接口形式企口采用承插口柔性连接，能较好的抵御地基沉降的影响。遇水膨胀橡胶圈弹性橡胶密封圈混凝土箱涵连接形式主要有两种，构件间带有纵向锁紧装置(纵向串接接口)的连接；构件间无约束锁紧装置的连接。构件间无约束锁紧装置的连接又分为刚性接口和柔性接口。1.管廊概述1.4接口形式1—箱涵A；2—箱涵B；3—预应力钢筋；4—锚固螺母；5—张拉油缸(a)—贯穿式连接(b)—相邻箱体式连接混凝土箱涵连接形式主要有两种，构件间带有纵向锁紧装置(纵向串接接口)的连接；构件间无约束锁紧装置的连接。构件间无约束锁紧装置的连接又分为刚性接口和柔性接口。1.管廊概述1.4接口形式预埋管螺栓搭接支架螺栓搭接支架预埋件()()预埋件搭接板螺栓搭接板螺栓连接搭板连接型混凝土箱涵连接形式主要有两种，构件间带有纵向锁紧装置(纵向串接接口)的连接；构件间无约束锁紧装置的连接。构件间无约束锁紧装置的连接又分为刚性接口和柔性接口。1.管廊概述1.4接口形式))()接口密封填料小企口2.国内外综合管廊的发展世界上最早规划建设综合管廊的国家是法国（1832）我国于1958年在北京天安门广场下建设了第一条综合管廊，之后，综合管廊的建设一直没有得到有力的推动上海世博会综合管廊是国内第一条预制拼装施工工艺的综合管廊2.1发展历史2.国内外综合管廊的发展时间应用概况1993上海政府在浦东规划并建设了我国第一条现代综合管廊——张杨路综合管2004广州大学城综合管沟，干线综合管沟，全长约10公里；5条支线综合管沟，长度总和约7公里，是国内目前距最长、规模最大、体系最完善的综合管沟2007天津横跨海河共同沟开始施工，采用盾构掘进，预制管片组装，全长226.5m2010上海世博会园区综合管廊工程在国内首次将预制预应力施工工艺应用于综合管廊结构。园区综合管廊总长约6.4km，其中预制预应力综合管廊示范段长约200m2.2预制拼装综合管廊的应用3.现浇与预制综合管廊比较现浇综合管廊预制综合管廊：抗沉降、抗浮能力差受外荷载（如地震）作用，易发生折断涵管纵向配筋量也需加大良好的抗渗性能“柔性”接头抗震功能强铺设为弧线形管道3.1结构性能3.现浇与预制综合管廊比较90°转角丁字法十字法3.2预制管廊转角做法项目名称：上海世博会地下综合管廊施工工法：现浇施工、预制装配化施工工程量：现浇段段总长6.2km；预制段混凝土管廊总长200m产品尺寸：外宽3.3m，外高3.8m，长度2m，壁厚300mm分析目的：以25m长度作为一个标准段，对两种施工工法进行工期和成本分析，研究预制箱涵的经济性结果：预制综合管廊应作为建设地下综合管廊的首选施工工法。项目信息3现浇与预制综合管廊比较3.3工程实例对比施工工期施工成本社会效益环保效益●预制：土建总成本29.5万●现浇：土建总成本30.9万◆结果：预制节约1.4万，成本降低4%●预制：22d●现浇：40d◆结果：预制节省18d，缩短45%工期●预制：干作业，噪声小，污染小，施工文明有序●现浇：湿作业，噪声污染严重◆结果：预制环保效益好●预制施工快速，可迅速回填、对社会经济影响小●现浇：开挖时间长，造成影响大◆结果：预制施工社会效益显著3现浇与预制综合管廊比较不含土石方开挖，仅包括箱涵产品及施工服务的造价对比：10公里以内：预制超过现浇＞10公里：预制低于现浇对比结果：预制综合管廊应作为建设地下综合管廊的首选施工工法。3.4经济效益与社会效益分析4.研究状况4.1管廊震害在地下结构中，国内以明挖方式施工的浅埋地下涵管式结构应用广泛，美国和西方国家曾经统计过，埋深越浅，综合管廊受地震破坏越严重。4.研究状况4.2地震波作用下地下结构的变形4.研究状况4.34.研究状况4.4综合管廊抗震研究概况编号时间研究者研究内容主要结论11970s高田至郎等共同沟由于填土液化导致的破坏机理治理措施、抗震设计施工方法、抗震加固21990sO’RourkeEarthquakeResistantDesignofLifelineFacilitiesandCountermeasuresAgainstSoilLiquefaction土体的大变形和地震波;31990s林皋院士地下结构在地震作用下的反应特性、抗震设计惯性力作用很小考虑变形、延性42009李杰等均匀场地土下共同沟分别在一致激励、非一致激励和瑞利波作用下的地震反应规律的分析研究非一致激励地震作用近似Rayleigh地震波52009汤爱平共同沟结构体系振动台模型试验与分析沟体与沟内管道、管线地震反应明显不同62011胡翔薛伟辰预制预应力综合管廊整体结构受力性能试验研究、接头受力性能试验板内的普通钢筋应变较小,接头满足平截面假定,变形主要由相对转动引起4.研究状况4.5影响地下综合管廊结构地震响应的因素综合管廊地震响应影响因素接触面饱和土体行波瑞利波非一致激励边界条件4.考虑行波效应，结构的应变有所增大，增大大小与波速有关。Rayleigh波作用下，结构变形通常较大1.主要考虑自由边界和无限单元对计算结构的影响。当边界自由时，结构反应明显偏小3.仅考虑土体为饱和的情况，有效应力法由于考虑了土体中孔隙水的作用，计算结果小于总应力法。5.长线型地下结构非一致激励显著大于一致激励的2.主要考虑不同接触参数的影响。在土体与结构相互作用分析中，不考虑接触面之间的滑移将增大结构的响应5.典型试验5.1非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究试验概况：设计了两个完全相同的模型箱，层状剪切模型箱在消除边界效应和满足土体的水平层状变形方面具有较好的特性采用两个地震激励来代替综合管廊上实际的多点激励横向激振时层状剪切模型箱设计图(单位:mm)纵向激振时层状剪切模型箱设计图(单位:mm)试验中的层状剪切模型箱模型结构接头位置示意5.典型试验5.2主要结论非一致纵向激励作用下，模型结构最大应变分布为中部大两端小，且随输入加速度峰值的增大而增大1地震激励是其产生纵向应变响应的根本原因，只有在纵向非一致地震激励下，结构才会有纵向内力响应2输入加速度峰值的增加，结构的加速度响应会出现大于其周围场地土加速度的情形，而且这种情况在有接头的条件下更为明显3目前规范分析中采用场地变形对地下结构纵向地震响应进行设计的方法具有一定的可行性，但具有一定误差。地震动的非一致性和接触面破坏共同导致了结构接头的响应45.典型试验5.3预制预应力综合管廊受力性能试验研究接头抗弯刚度计算公式:𝑀≤𝑓𝑝𝑦𝐴𝑃ℎ2−𝑥2𝑥=𝑓𝑝𝑦𝐴𝑝𝑎1𝑓𝑐𝑏试验概况：接头试验试件采用1:1足尺模型，由2块1m宽300mm厚的预应力筋连接的预制板带拼接组成计算简图竖向加载示意图5.典型试验5.4预制预应力综合管廊受力性能试验研究试验概况：整体结构受力性能试验采用1:1足尺模型试件，整体结构模型试件由两个横向预制节段经张拉预应力筋拼装而成破坏机制整体结构试件加载示意图主要结论：试件的最终破坏形态均为角部加腋区外缘混凝土剪切破坏接头刚度对预制预应力综合管沟的正常使用状态有较大影响两试件具有良好的位移延性①接头宜采用预应力筋、螺栓或承插式接头②仅带纵向拼缝接头采用的的截面内力计算模型为闭合框架模型③带纵、横向拼缝接头的预制综合管廊内力计算模型应考虑拼缝接头影响（旋转弹簧模型K-ξ法）一般规定：设计使用年限为100年，按乙类建筑物进行抗震设计，裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度限值应小于或等于0.2mm，且不得贯通现浇综合管廊截面计算模型采用闭合框架模型构造要求①管廊主要承重侧壁的厚度不宜小于250mm，非承重墙和隔墙等构件的厚度不宜小于200mm②混凝土保护层厚度迎水面不宜小于50mm，其它部位按《混凝土结构设计规范》GB50010确定③由地震响应结构特点，管廊角部内力较大，该处配筋须加强加密6结构设计预制综合管廊6.1计算模型6结构设计1—综合管廊顶板荷载；2—综合管廊地基反力；3—综合管廊侧向水土压力；4—拼缝接头旋转弹簧现浇综合管廊闭合框架计算模型预制综合管廊闭合框架计算模型现浇、纵向拼缝接头的预制综合管廊综合管廊截面计算模型采用闭合框架模型纵、横向拼缝接头的预制综合管廊内力计算模型应考虑拼缝接头影响（旋转弹簧模型K-ξ法）地基反力按弹性地基梁进行计算，边界条件按弹簧单元支撑，考虑底板设置两个铰支座;6.2计算模型6结构设计预制综合管廊闭合框架计算模型6.3考虑拼缝接头影响预制拼装综合管廊由于拼缝刚度的影响，在计算时应考虑到拼缝刚度对内力折减的影响（旋转弹簧模型K-ξ法）M=Kθ𝑀𝑗=(1-ξ)M，𝑁𝑗=𝑁𝑀𝑧=(1+ξ)M，𝑁𝑧=𝑁K-旋转弹簧常数,25000kN∙m/rad≤K≤50000kN∙m/radM-截面内各构件的弯矩设计值（kN∙m）𝑀𝑗-横向拼缝处弯矩设计值（kN∙m）𝑀𝑧-整浇部位弯矩设计值（kN∙m）𝑁-各构件的轴力设计值（kN）𝑁𝑗-横向拼缝接头处轴力设计值（kN）𝑁𝑧-整浇部位轴力设计值（kN∙m）θ−拼缝相对转角（rad）ξ-拼缝弯矩影响系数。当采用拼装时取0；当采用横向错缝拼装时取0.3~0.6K，ξ的取值受拼缝构造、拼装方式和拼装预应力大小等影响，一般通过试验确定抗浮箱涵埋地管道敷设在浸水的土壤中，会受到静水或流水的作用而产生浮力。设计依据：给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规（CECS142:2002）6.4箱涵抗浮验算6结构设计检查井分解示意图检查井应用效果图井盖井圈收口调节圈井室上部井室下部检查井整体示意图6.5检查井设计6结构设计管件通过地面投料口进入管廊管件落入投料口内部运至管廊6投料口设计投料口设计方案6.6投料口设计6.研究展望预制预应力综合管廊的抗震性能的研究几乎没有1以往研究的综合管廊的截面形式多为单箱截面，与工程实际情况中常采用的双箱截面有差异2以往的综合管廊抗震分析时的埋深过浅，与实际情况有差异；美国和西方国家。曾经统计过，埋深越浅，综合管廊受地震破坏越严重3地基不均匀沉降对预制综合馆廊的影响尚未有明确的定论4谢谢