装配式地下综合管廊结构设计研究

装配式地下综合管廊结构设计研究

孙建英

身份证号：1202251997****2979

摘要：目前，我国的建筑工程建设有了很大进展，装配式建筑工程建设越来越多。为了解结构管廊的承载能力、装配化技术及施工方法，本文首先分析载荷组成，其次探讨装配式地下综合管廊结构设计，实现了对管廊内部的监控、预警，为地下综合管廊可视化运维管理奠定了良好的基础。

关键词：装配式结构；综合管廊；有限元；钢板混凝土

引言

地下综合管廊作为市政管线的一种新型敷设方式，将多种管线集约化布设进行统一管理，方便了市政设施的维护和检修。然而，地下综合管廊内部管线和设备种类众多、布置紧密、空间相对封闭，基于二维图纸的设计方法无法有效地检查管线碰撞问题，并且二维的运维管理模式缺乏有效的信息获取方式来促进地下综合管廊运营和维护，使得运维管理仍面临着极大挑战。为解决复杂地下综合管廊的运维和管理问题。

1载荷组成

由于管道支座与管架之间存在固定连接，因此固定管架除了承受管道的垂直载荷外，还承受着管道的水平推力及风载荷作用下的横向水平力等，故固定管架载荷主要包括3种：a.垂直载荷，包括管道、管道附件、保温结构、管内输送介质的载荷以及在某些情况下管道水压试验的水重载荷等。b.轴向推力，包括各补偿器的反弹力之和，管道移动时的摩擦反力或管架变位弹力等。c.侧向推力，包括拐弯管道、支管或支吊架传来的推力，以及管道横向位移产生的摩擦力等。

2装配式地下综合管廊结构设计

2.1整体结构设计

分块结构主要由顶墙、侧墙、底墙组成，各模块分别加工制造，组焊成整体分块，顶部设计吊装吊耳，底部设计翻身吊耳。分块顶墙厚度设计为750mm，分块侧墙厚度设计为600mm，分块底墙设计为750mm。分块结构设计以分块3为例详细阐述。

2.2系统数据库设计

通过对综合管廊运维数据种类和结构进行分析，采用SQLServer数据库进行运维数据的设计和管理。数据库中包括管理员信息表、运维人员信息表、BIM建筑信息表、设备状态信息表、设备信息数据表、综合管廊报警记录表、综合管廊内部环境参数等数据表。

2.3竖向隔板材料设计

在受限空间中，基本无法采取机械运输与吊装作业，受单块自重影响，无法实现人工安装，需寻找一种轻质且具有一定强度和耐火性的材料代替混凝土结构，以实现人工配合小型设备完成竖向隔板安装。ALC板材是以水泥、石英砂、石灰为主要原料，经高压蒸汽养护制成的高性能多孔硅酸盐板材，属于绿色建筑材料，具有耐火、隔热、轻质高强、易于加工等诸多优良性能，可建造出多类型、复杂的建筑空间结构，通常板内配筋为钢板网或金属丝网，具有很好的抗裂性。

2.4火炬管线推力

造成部分管道及管架破坏事故的主要导火索是管道内气、液（主要是凝结液）两相流动冲击方向的多向性和数值的多变性。同时，SH3009—2013《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》7.2.4条中确定了含凝结液的可燃性气体排放管道对固定管架的水平推力的取值。在核算有凝结液的可燃性气体排放管道中固定管架的水平推力时，若固定管架上存在含有凝结液的可燃性气体排放管道，则水平推力的作用点应分别考虑，且推力值不应进行叠加。

2.5可视化查询

综合管廊运维管理系统中的模型对象种类和数量繁多，需要一种查看不同类型对象信息的快捷方法，以此为目标开发了综合管廊运维管理查询模块。在构建综合管廊模型时，所有构件都自动分配了独有的ID，通过ID索引属性数据库中相应构件的属性信息，实现快速获取查询对象所在的空间位置和属性信息，快速在三维场景中定位模型。通过ID查询构件信息的方法是建立在大量复杂ID信息上，操作不直观，并不能满足可视化查询的要求。系统采用查询方法为：通过鼠标点选三维场景中构件，弹出对应属性信息窗口。其原理是将Unity3D中的模型与数据库联系起来，再对综合管廊模型中的设备进行点选，通过鼠标向屏幕发出射线，检测射线在三维场景内碰撞到的对象模型，返回碰撞模型的名称，其中涉及空间三维坐标转换。

2.6减小管廊固定管架水平推力的措施

在一些老厂改造项目中，因其前期项目体量小，管线数量、管径均小于现有改造项目时，或因已有项目因蒸汽锅炉位置发生改变，造成高温、大管径蒸汽在管廊上路由发生重大变化时，导致原管廊固定管架所提水平推力难以满足新管线的敷设。因此在设计手段上，可以采取以下措施来减少新敷设管线对原固定管架的水平推力：a.补偿器的布置。为增强管架的科学合理性和安全性，应在设置补偿器时尽量将其沿固定管架对称布置，以保证管道系统在正常稳定运作时，管道固定管架两侧部分推力能相互抵消。b.旋转补偿器的选用。该措施利用管道的自然转角、高差等实现补偿，具有补偿量大、布置灵活、耐高压、无内压推力等优点，主要适用于蒸汽管道和热水管道。与其他补偿器相比，旋转补偿器极大地减小了对固定点的推力。c.管道冷紧。冷紧使高温管道在冷态下产生预应力，从而减少弯曲和扭转应力，减少固定点载荷。通过冷紧，高温管线（设计温度在430℃及以上）在冷态下承受一定的拉力，以抵消管道热膨胀的位移，降低管道运行初期在工作状态下的热胀应力和对固定点的推力。但此时管径不宜过大，否则施工难度剧增。此外，若高温管道的温度长期处于蠕变温度，会产生明显的蠕变，造成原有的二次应力释放，导致推力变小。另外，天然地基承载力在长期作用下会提高，也会增强管廊的上部结构力。

2.7监控预警

管廊内部隐患位置较多，因此需要对管廊内部环境进行监控预警。监控预警分为数据采集、数据传输、数据展示3个组成部分，能实时动态监测数据，并与安全阈值参数进行比对，定量评估风险等级，对管廊温度、有害气体超标等建立完备的监控预警机制。查看隐患点及相关信息，及时发现管廊内部的隐患并处理，从而保证综合管廊的正常运行和入廊作业人员的安全。系统监控预警主要包括温度、气体预警两部分。系统的温度预警功能通过数据库通信，读取数据库中的温度检测数据，将数据与设定的温度阈值进行对比，确定各监测点的温度情况。在面板窗口中，通过预制件的方式生成温度列表窗体，将每一个温度传感器的名称和温度检测数据传输到列表中，并进行实时更新。选择不同的温度数据，可以定位到相应的温度监测器位置，通过不同的颜色进行温度提醒。气体监控通过综合管廊内部设置的气体探测器来探测有害气体浓度。监测方法与温度监测一样，通过将各监测点监测到的气体浓度与设定的浓度阈值相比较，实现气体监控预警。采用预制体的形式在面板中生成气体浓度窗体，用不同颜色表示气体浓度情况。点击窗体中的监控记录，能自动移动到对应的气体监测器所在位置。

结语

综上所述，通过对综合管廊进行方案比选和专项设计，优化设计出的盾构断面具有设计新颖、材料绿色、技术可行、安全可靠、经济适用、工期可控等优点，其配套的横向、竖向隔板运输、安装技术在狭窄空间的研究与应用，大大提高了综合管廊隔板的安装效率，提高了管廊的应急防灾能力及运维信息化技术水平。

参考文献

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