1、中国交建综合管廊设计与施工技术培训-结构设计要点中交水运规划设计院有限公司苏雨交交 融融 天天 下下 建建 者者 无无 疆疆目 录 一一.预制拼装结构与现浇结构对比 二二.基坑支护设计 三三.管廊防渗设计 四四.管廊结构抗震分析一.综合管廊预制拼装结构与现浇结构对比 预制整体箱涵预制叠合管廊现浇管廊 地下综合管廊的本体工程施工一般有明挖施工现浇法、明挖预制拼装法、盾构法、顶管法。从施工、造价、工期施工、造价、工期等方面对明挖预制拼装法与明挖现浇施工进行对比分析。一.综合管廊预制拼装结构与现浇结构对比 一、预制拼装法一、预制拼装法 明挖现浇混凝土施工在施工质量施工质量、建设周期建设周期和环境保护
2、环境保护等方面都存在诸多不足。相比之下，预制拼装工艺则较好地弥补了上述不足。1、预制拼装法的特点 (l)优点：与现浇相比，预制拼装法则可大大缩短施工工期。在地基发生不均匀沉降或受外荷载作用、管道产生位移或折角时，仍能保持良好的抗渗性能，抗地震功能极强。(2)缺点：大型管廊体质重大，运输安装需要大型运输和吊装设备，增加工程支出费用。预制拼装管廊接口多，对接口的设计、制作、施工要能满足抗渗的要求。综合管廊的通风机房、交叉口、出线口等地下不规则建筑仍需要采用现浇施工。一.综合管廊预制拼装结构与现浇结构对比 二、明挖现浇法二、明挖现浇法 只要地形、地质条件适宜和地面建筑物条件许可，均可采用明挖法施工。
3、与非开槽施工相比，施工条件有利，速度快，质量好，而且安全。明挖法施工的主要缺点是干扰地面交通，拆迁地面建筑物，以及需要加固、悬吊、支托跨越基坑的地下管线。1、预制拼装法的特点 (l)优点：设计简单、施工方便、工程造价低的特点，适用于新建城市的管网建设。(2)缺点：外界气象条件对施工影响较大，地下水对施工有较大影响，容易局部发生渗漏，影响管道的使用功能。分段间采用橡胶止水带连接有安全隐患。现场制作生产条件差，结构计算中要加大安全度。因此材料用量也要增加。一.综合管廊预制拼装结构与现浇结构对比 三、造价对比三、造价对比 预制拼装管廊若要取得价格优势，可尝试从以下两方面着手：1、企业对策、企业对策
4、(1)规划环节重视项目规模效益。(2)设计环节通过设计的优化提高预制率和构件重复率。(3)运输环节改变构件装运形式，提高运输效率。(4)安装环节提高安装速度，节约安装成本。2、行业对策、行业对策 (1)制定更为完善的相关法规、标准。(2)形成全产业链的工业化经营模式。一.综合管廊预制拼装结构与现浇结构对比 四、结论四、结论 综合管廊采用何种施工方式取决于造价、工期和实施的可行性，干线管廊因截面大、自重大、工程量少建议采用现浇。支线管廊和缆线管廊自重小、施工便捷的适合预制。二.基坑支护及地基处理 一一、设计原则及设计条件、设计原则及设计条件 1）基坑支护一般区段结构安全等级为二级，重要性系数为1
5、.00。2）基坑设计使用年限为1年。3）基坑顶部考虑施工地面活荷载q20kPa。4）基坑支护结构承载能力及土体稳定性按承载能力极限状态采用基本组合进行计算，基本组合综合分项系数为1.25；基坑支护结构及土体的变形按正常使用极限状态采用标准组合进行验算。二.基坑支护及地基处理 二二、支护方案比选支护方案比选 选择经济、合理的基坑支护方案是设计的重要组成部分。设计拟采用以下几种基坑支护方案进行比选：1、放坡开挖 优点；缺点二.基坑支护及地基处理 二二、支护方案比选支护方案比选 选择经济、合理的基坑支护方案是设计的重要组成部分。设计拟采用以下几种基坑支护方案进行比选：2、钻孔灌注桩方案 优点；缺点二
6、.基坑支护及地基处理 二二、支护方案比选支护方案比选 选择经济、合理的基坑支护方案是设计的重要组成部分。设计拟采用以下几种基坑支护方案进行比选：3、SMW工法方案 优点；缺点二.基坑支护及地基处理 二二、支护方案比选支护方案比选 选择经济、合理的基坑支护方案是设计的重要组成部分。设计拟采用以下几种基坑支护方案进行比选：4、板桩（拉森钢板桩）支护方案板桩（拉森钢板桩）支护方案 优点；缺点二.基坑支护及地基处理 二二、支护方案比选支护方案比选 选择经济、合理的基坑支护方案是设计的重要组成部分。设计拟采用以下几种基坑支护方案进行比选：方案方案造价造价钻孔灌注桩钻孔灌注桩SMW工法桩工法桩拉森钢板桩拉
7、森钢板桩按按1公里计算公里计算2300万1500万650万 支护造价对比表三.管廊防渗设计 一一、基本原则基本原则 严格按照地下工程防水技术规范（GB50108-2008）标准设计，防水设防等级为二级二级。按承载能力极限状态及正常使用极限状态进行双控方案设计双控方案设计 综合管廊主体防渗的原则是“以防为主，防、排、截、堵相结合以防为主，防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”。三.管廊防渗设计 二二、变形缝设计变形缝设计 变形缝的设计要满足密封防水、适应变形、施工方便、检修容易等要求。用于沉降的变形缝其最大允许沉降差值不应大于30mm。变形缝处混凝土结构厚度不应小于300mm。用于
8、沉降的变形缝的宽度宜为3050mm。变形缝的防水采用复合防水构造措施，中埋式橡胶止水带与外贴防水层复合使用复合使用。变形缝的形式非常重要，一般有平接施工缝平接施工缝和咬口施工缝咬口施工缝两种。三.管廊防渗设计 三三、施工缝设计施工缝设计 现浇钢筋混凝土综合管廊地下管廊结构，在浇筑混凝土时需要分期进行。施工缝均设置为水平缝，水平施工缝一般设置在综合管廊底板上300500mm处及顶板下部300500mm处。在施工缝中设计埋设钢板止水条在施工缝中设计埋设钢板止水条。三.管廊防渗设计 四四、预埋穿墙管、预埋穿墙管 在综合管廊中，多处需要预埋电缆或管道的穿墙管。根据预埋穿墙管的不同形式，分为预埋墙管预埋
9、墙管和预埋套管预埋套管。根据以往地下工程建设的教训，该部位的电缆进出孔是渗漏最严重的部位。三.管廊防渗设计 五五、防水材料及措施的选择防水材料及措施的选择 目前国内外常用防水产品分为如下六类：1、水泥砂浆；2、防水卷材；3、防水涂料；4、塑料防水板；5、金属防水层；6、膨润土防水材料 采用适用于管廊的柔性防水卷材柔性防水卷材或有机防水涂料有机防水涂料作为管廊结构主体的外包防水层较为合适。三.管廊防渗设计 五五、防水材料及措施的选择防水材料及措施的选择 工程部位工程部位防水措施防水措施主体主体1.防水混凝土防水混凝土2.SBS防水卷材（单层防水卷材（单层4mm）施工缝施工缝1.丁基橡胶镀锌钢板止
10、水带丁基橡胶镀锌钢板止水带2.高分子丙纶高分子丙纶3.外贴卷材加强层外贴卷材加强层后浇带后浇带1.补偿收缩混凝土补偿收缩混凝土2.遇水膨胀止水条遇水膨胀止水条3.外贴止水带外贴止水带4.外贴卷材加强层外贴卷材加强层变形缝变形缝1.中埋式钢边止水带中埋式钢边止水带2.外贴卷材加强层外贴卷材加强层3.双组份聚硫密封膏、双组份聚硫密封膏、WST非固化橡胶沥青非固化橡胶沥青 黄骅管廊工程结构为二级防水，工程场区地下水丰富，且结构中安装的管线众多，设备的防渗和防潮要求较高，为确保防水效果依据地下工程防水技术规范以及地下建筑防水构造(10J301)中要求，对于卷材，使用4mm厚弹性体改性沥青（SBS）防水
11、卷材。弹性体改性沥青（SBS）防水卷材，该材料应用广泛，价格较低。具体的防水材料及措施如下：三.管廊防渗设计 六六、防水混凝土技术要求防水混凝土技术要求 1、主体混凝土采用防水混凝土；结构后浇带采用补偿收缩混凝土，其限制膨胀率应0.015%（水中14天，空气中28天)。2、混凝土的抗渗等级P8。3、自防水混凝土应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，施工配合比应通过试验确定。4、结构裂缝的宽度不得大于0.2mm，且不得出现贯通裂缝。5、防水混凝土的施工注意事项:三.管廊防渗设计 七七、防水卷材施工注意事项、防水卷材施工注意事项1、管廊防水防水施工要求2、防水施工顺序及做法3、工程验收 卷材的接缝部位
12、必须牢固收口要严密，不允许存在折、翅边、脱层或滑移等现象。在卷材防水层的末端处，必须粘接牢固，密封良好。长短边搭接长度满足规范要求。立面收头卷材固定搭接边粘贴和压实弹基准线涂刷基层处理剂防水层保护密封处理滚压排气、粘牢热熔粘贴大面卷材质检、验收施工前准备基层处理质量检查细部节点附加层粘贴四.管廊结构抗震分析一、主要规范一、主要规范1、城市综合管廊工程技术规范(GB 50838-2015)2、城市抗震防灾规划标准(GB50413-2007)3、建筑工程抗震设防分类标准(GB 50223-2008)4、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）5、建筑抗震设计规范（GB50011-2010）6
13、、城市轨道交通结构抗震设计规范（GB 50909-2014）7、建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)四.管廊结构抗震分析二、管廊抗震计算的分类、要求 1、管廊抗震计算的分类 城市综合管廊工程技术规范（GB50838-2015）规定：综合管廊工程应按乙类建筑物进行抗震设计，并应满足国家现行标准的有关规定。2、管廊抗震计算的要求 2.1、根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)第1.0.1条，基本的抗震设防目标为以下三种情况：（1）低于本工程抗震设防烈度的；（2）相对于本工程抗震设防烈度的；（3）高于本工程抗震设防烈度的。四.管廊结构抗震分析二、管廊抗震计算的分类、要求 2.2
14、、根据城市轨道交通结构抗震设计规范（GB50909-2014），城市轨道交通结构的抗震性能要求分为三个等级：（1）性能要求I；（2）性能要求II；（3）性能要求III。根据城市轨道交通结构抗震设计规范（GB50909-2014）第3.2.4节，重点设防类的城市轨道交通地下结构的抗震性能要求（即抗震设防目标）为：（1）在E1（重现期为100年）地震作用下要达到抗震性能要求I，（2）在E2（重现期为475年）地震作用下要达到抗震性能要求I，（3）在E3（重现期为2450年）地震作用下要达到抗震性能要求II。综合管廊为地下结构，破坏后极难修复，因此抗震设防目标参照城市轨道交通结构抗震设计规范（GB5
15、0909-2014）执行。四.管廊结构抗震分析三、管廊抗震验算的内容 地下结构抗震验算应分为强度验算强度验算、变形验算变形验算和位移验算位移验算。（1）抗震性能要求为I 时，即结构在E1及E2地震作用条件下，结构处于弹性工作阶段，应进行结构构件的截面抗震验算、及结构弹性层间位移的验算。（2）抗震性能要求为II 时，即结构在E3地震作用条件下，结构局部进入弹塑性工作阶段，应进行结构弹塑性层间位移验算。四.管廊结构抗震分析四、管廊抗震验算的方法 1、建筑抗震设计规范规定：地下建筑的抗震计算模型，应根据结构实际情况确定并符合下列要求：1）应能较准确的反应周围挡土结构和内部各构件的实际受力；与周围挡土
16、结构分离的内部结构，可采用与地上建筑同样的计算模型。2）周围地层分布均匀、规则且具有对称轴的纵向较长的地下建筑，结构分析可选择平面应变分析模型并采用反应位移法或等效水平地震加速度法、等效侧力法计算。3）长宽比和高宽比均小于3及本条第2款以外的地下建筑，宜采用空间结构分析计算模型并采用土层-结构时程分析法计算。四.管廊结构抗震分析四、管廊抗震验算的方法 2、城市轨道交通结构抗震设计规范规定：四.管廊结构抗震分析五、管廊抗震设计流程 四.管廊结构抗震分析六、反应位移法 1、基本原理 1-地面 2设计地震作用基准面 3土层位移 4惯性力 四.管廊结构抗震分析六、反应位移法 2、设计荷载 1）地震作用
17、；2）非地震作用；3）抗震设计荷载组合按建筑抗震设计规范规定执行。序号 荷载组合验算工况重力荷载代表值偶然荷载永久荷载可变荷载地震荷载1抗震荷载作用下构件强度验算1.20.61.32抗震荷载作用下结构变形验算1.00.51.0四.管廊结构抗震分析六、反应位移法 3、地震作用计算 按城市轨道交通结构抗震设计规范附录E中的计算方法：1）土层相对位移：2）土层变位产生的荷载：3）地基弹簧刚度：4）结构惯性力：5）结构周围剪力：max1cos22zu zuH hBp zku zu zkKLdiiifmu maxsin42ddu zzGG uzHH 0.5sub四.管廊结构抗震分析七、时程分析法 时程分
18、析法即结构直接动力法，是最经典的方法，也是普遍适用。时程分析法的主要步骤如下：四.管廊结构抗震分析七、时程分析法 1、自由边界；2、人工边界；3、有限元计算模型；4、粘性人工边界；5、粘弹性人工边界人工边界条件四.管廊结构抗震分析八、工程实例 1、工程概况 天津西环路地下综合管廊工程位于西环路中央分隔带下。综合管廊工程起点位于潮阳大道，终于通唐公路，全长约6.76公里，按干线综合管廊标准建设。共收纳了给水、热力、电力、通信等管线。四.管廊结构抗震分析八、工程实例 1、工程概况 主体结构采用矩形断面，标准段高4.55m，宽7.5m，顶板厚0.35m，底板厚0.4m，外墙厚0.35m，中墙厚0.2
19、5m。覆土厚约1.22-5m。主体基坑采用明挖法施工，SMW工法或钢板桩围护。四.管廊结构抗震分析八、工程实例人员出入口节点横剖面图自然进风节点横剖面图机械排风节点横剖面图四.管廊结构抗震分析八、工程实例2、地质概况四.管廊结构抗震分析八、工程实例3、地震作用 根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)、中国地震动参数区划图（GB 18306-2015），本场地抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.20g。根据岩土工程技术规范（DB29-20-2000）第14.2.5按公式计算场地的等效剪切波速值VSC，经计算该场地埋深20.0m范围的等效剪切波速Vsc=1
20、51.39159.45m/s，根据建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)，结合区域地质资料覆盖层厚度大于80.0m，判定该场地土为中软场地土，场地类别为III类。四.管廊结构抗震分析八、工程实例4、荷载及组合 结构上的作用荷载，根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012），按永久荷载、可变荷载、偶然荷载进行分类，对结构整体或构件可能出现的最不利组合进行计算。管廊结构抗震计算荷载类型及名称见下表。4.1、荷载分类荷载类型荷载名称永久荷载结构自重 地层压力水压力及水浮力设备荷载地基下沉影响力可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载（包括其动力作用）人群荷载偶然作用地震荷载四.管廊结构抗震分析八
21、、工程实例4、荷载及组合 （1）结构自重 指结构自身重量产生的沿各构件轴线均匀分布的竖向荷载。钢筋混凝土26kNm3，素混凝土取22kNm3，钢结构取78.5kNm3，其它材料按现行建筑结构荷载规范附录A取值。4.2、荷载计算四.管廊结构抗震分析八、工程实例4、荷载及组合 （2）地层土压力 包括竖向土压力和水平土压力 （3）水压力及浮力 作用在地下结构上的水压力，应根据施工阶段和长期使用过程中地下水位的变化，不同的围岩条件，分别计算。（4）结构上部和受影响范围内的设施及建筑物压力 在计算地下结构上部和受影响范围内的设施和建筑物压力时，对已有或已经批准待建的建筑物压力在结构设计中均应考虑。4.2
22、、荷载计算四.管廊结构抗震分析八、工程实例4、荷载及组合 （5）设备荷载 设备区的计算荷载应根据设备安装、检修和正常使用的实际情况（包括动力效应）确定。（6）地面车辆荷载 在道路下方的结构，应根据覆盖土厚度和道路通行要求，按照现行公路桥涵设计通用规范规定的地面车辆荷载布置其最不利排列位置。设计时应考虑地面车辆荷载引起的侧向土压力。4.2、荷载计算四.管廊结构抗震分析八、工程实例4、荷载及组合 （7）人群荷载 管廊在西环路中央分隔带下，不计人群荷载。（8）施工荷载 地下结构设计应考虑施工荷载的作用，施工机具荷载取20kPa；地面超载取20kPa。4.2、荷载计算四.管廊结构抗震分析八、工程实例4
23、、荷载及组合 （9）地震荷载 管廊的抗震设防类别为重点设防类（乙类建筑），抗震设防烈度 8 度。设计基本地震加速度值为0.2g，地震分组为第二组，建筑场地类别为类，特征周期为0.55s。（10）荷载组合4.2、荷载计算荷载组合永久荷载可变荷载水平地震作用Eh竖向地震作用Ev永久荷载+可变荷载+水平地震作用1.2（1.0）0.51.30永久荷载+可变荷载+竖向地震作用1.2（1.0）0.501.3永久荷载+可变荷载+水平地震作用+竖向地震作用1.2（1.0）0.51.30.5注：括号内的数值用于该荷载对结构作用有利时的分项系数取值。四.管廊结构抗震分析八、工程实例6、标准段管廊计算 根据建筑抗震
24、设计规范（GB50011-2010）规定，本次抗震分析中，按照管廊所处场地类别和设计地震选用2组实际强震记录和1组人工模拟的加速度时程曲线共三组地震波，其中实际强震记录的数量为2组，占总数的2/3，计算结果取三组地震输入时程结果的包络值。标准段模型如下：标准段 岩土-结构模型四.管廊结构抗震分析八、工程实例6、标准段管廊计算6.1第一条实际记录地震波下地震响应（1）E2 地震作用下结构内力及承载力抗震验算第一条实际记录地震波作用下，结构横向弯矩包络见下图。E2横向弯矩最大包络图E2横向弯矩最小包络图四.管廊结构抗震分析八、工程实例6、标准段管廊计算6.1第一条实际记录地震波下地震响应（1）E2
25、 地震作用下结构内力及承载力抗震验算第一条实际记录地震波作用下，结构承载力抗震验算结果见表从上表可以得知，结构满足受力要求。位置内力配筋（HRB400)结构抗弯承载能力轴力（kN）弯矩（kN.m）剪力（kN）(kN.m)顶板跨中（350mm）21.2195.7-115.9D=28毫米,间距15.0厘米412.7顶板根部（350mm）45.2-230.0223.5D=28毫米,间距15.0厘米412.6顶板中支点（350mm）-1.6-224.6-270.1D=28毫米,间距15.0厘米412.8底板跨中（400mm）-1.5246.3-115.9D=28毫米,间距15.0厘米496.7底板根部
26、（400mm）-5.8-410.9-358.1D=28毫米,间距15.0厘米497.8底板中支点（400mm）-3.7-89.8299.2D=28毫米,间距15.0厘米501.2侧墙跨中（350mm）-9.257.965.6D=25毫米,间距15.0厘米350.9侧墙顶部（350mm）21.0-230.0-124.0D=28毫米,间距15.0厘米412.6侧墙根部（350mm）-5.8-410.9226.1D=28毫米,间距15.0厘米413.5四.管廊结构抗震分析八、工程实例6、标准段管廊计算6.1第一条实际记录地震波下地震响应（2）E2 地震作用下结构弹性变形验算第一条实际记录地震波作用下
27、，结构横向变形见图20.174 14.3465.828eumm5.828114550781550eeeuh 抗震性能要求为I 时，即结构E2地震作用条件下，管廊断面层结构弹性层间位移角为1/7811/550，满足规范要求。四.管廊结构抗震分析八、工程实例6、标准段管廊计算6.1第一条实际记录地震波下地震响应（3）E3 地震作用下结构弹塑性变形验算第一条实际记录地震波作用下，结构横向变形见图 抗震性能要求为II 时，即结构E3地震作用条件下，管廊层层间位移角1/2921/250，满足规范要求。1.3(40.79728.829)15.558ppeuumm15.558114550292250pppu
28、h四.管廊结构抗震分析八、工程实例6、标准段管廊计算6.2第二条实际记录地震波下地震响应6.3人工模拟地震波下地震响应6.4三种地震波作用下地震响应对比通过输入三种不同地震波分别进行结构地震响应计算，其地震响应结果对比见表地震波类别第一条天然地震波第二条天然地震波人工模拟地震波顶板跨中弯矩（kN.m）195.7133.2180.1顶板根部弯矩（kN.m）-230.0-194.6-205.9顶板中支点弯矩（kN.m）-224.6-174.2-213.4底板跨中弯矩（kN.m）246.3187.2242.9底板根部弯矩（kN.m）-410.9-265.8-361.5底板中支点弯矩（kN.m）-89
29、.8-128.0-86.5侧墙跨中弯矩（kN.m）57.938.456.2侧墙顶部弯矩（kN.m）-230.0-194.6-205.9侧墙根部弯矩（kN.m）-410.9-265.8-361.5E2弹性层间位移角1/7811/13631/889E3弹塑性层间位移角1/2921/4751/332 通过上述计算，管廊在各种地震通过上述计算，管廊在各种地震波输入下结构承载能力以及变形均能波输入下结构承载能力以及变形均能满足规范要求，同时，通过对比可知，满足规范要求，同时，通过对比可知，管廊标准段模型在第一条天然地震波管廊标准段模型在第一条天然地震波作用下地震响应最大。作用下地震响应最大。四.管廊结构
30、抗震分析八、工程实例7、管廊人员出入口节点抗震分析 分别输入第一条实录地震波、第二条实录地震波和人工模拟地震波进行时程分析，并给出最大地震响应下的地震结果。模型如下：四.管廊结构抗震分析八、工程实例8、管廊机械排风节点抗震分析 分别输入第一条实录地震波、第二条实录地震波和人工模拟地震波进行时程分析，并给出最大地震响应下的地震结果。模型如下：四.管廊结构抗震分析八、工程实例9、抗震验算结论 经过分析计算，管廊各部分控制工况为静力作用组合，地震作用组合不控制。地震作用组合验算结论如下：E2地震作用下，管廊截面及配筋验算满足抗震计算要求，结构最大层间位移角小于1/550，满足弹性位移验算要求。E3地震作用下，管廊结构最大层间弹塑性位移角小于1/250，满足弹塑性位移验算要求。综上，天津宝坻西环路地下综合管廊工程抗震设计满足国家抗震规范的要求。
