综合管廊又称综合管沟或共同沟, 是指建于城市地下, 用于容纳2类及以上市政管线的构筑物及其附属设施, 是一种现代化、集约化的城市基础设施^[1]。推进城市地下综合管廊建设, 统筹各类市政管线规划、建设和管理, 解决反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题, 有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景观、促进城市集约高效和转型发展, 有利于提高城市综合承载能力和城镇化发展质量^[2]。从发达国家的发展经验来看, 综合管廊的建设水平已成为城市现代化发展水平的重要标志之一。

预制拼装综合管廊是一种现代化、工业化的综合管廊建设方式, 其主体结构构件在预制混凝土工厂生产、运输至现场后通过机械化方式吊装、拼装成型^[3]。预制拼装综合管廊最早出现在原苏联, 并逐渐推广到欧美地区和日本等发达国家^[4]。预制拼装综合管廊具有质量好、现场工期短、环境影响小、大量减少模板与支撑、节省人工等突出优点, 应用前景十分广阔^[5]。

目前, 工程中采用的预制拼装综合管廊主要包括整舱预制拼装综合管廊、叠合板式拼装综合管廊、预制槽型拼装综合管廊和预制板式拼装综合管廊4类。本文将上述4类预制拼装综合管廊结构体系的主要特点和适用范围做简要介绍, 并对目前预制拼装综合管廊结构的设计方法进行梳理。在此基础上, 进一步提出今后我国在预制拼装综合管廊结构研究与应用方面的建议。

针对4类常见的预制拼装综合管廊结构体系, 重点介绍其构造特点和适用范围。

整舱预制拼装综合管廊的主要特点是横截面方向整体预制, 纵向则根据需要划分为一定长度的节段 (一般为2m左右) ^[6]。整舱预制拼装综合管廊预制节段的纵向连接一般采用预应力筋或螺栓连接构造^[7]。受运输和吊装等条件限制, 整舱预制拼装综合管廊一般适用于单舱或双舱且横截面尺寸不大的综合管廊。典型的整舱预制拼装综合管廊结构如图1所示。

叠合板式拼装综合管廊的主要特点是将侧壁、顶板和底板进行分块, 侧壁采用双面叠合构造, 顶板一般采用叠合楼板构造, 底板则一般采用整体现浇或叠合构造^[8], 典型的叠合板式拼装综合管廊如图2所示。在施工现场, 各预制分块之间通过后浇叠合层进行连接^[9]。叠合板式拼装综合管廊在纵向一般也通过后浇叠合层连接, 各预制分块的纵向长度根据运输和吊装条件确定 (一般为4~6m) 。由于底板、侧壁和顶板等各预制分块可自由组合, 因此叠合板式拼装综合管廊的适用范围较广, 是目前我国应用规模最大的预制拼装综合管廊结构体系。

预制板式拼装综合管廊的构造特点与叠合板式拼装综合管廊相似, 二者不同之处在于, 预制板式拼装综合管廊的侧壁、顶板和底板一般均采用预制实心板式构造^[10]。在施工现场, 侧壁与底板可通过套筒灌浆或螺栓进行连接, 侧壁与顶板则一般通过后浇节点核心区或后浇叠合层的方式进行连接, 如图3所示。预制板式拼装综合管廊在纵向一般通过后浇段进行连接, 各预制分块的纵向长度则根据运输和吊装条件确定 (一般为4m左右) 。该结构体系各预制分块的组合与拼装较为灵活, 适用范围较广。

预制槽型拼装综合管廊的主要特点是其在横截面方向划分为上、下2个单槽型或多槽型预制分块, 并在施工现场通过预应力筋、螺栓、套筒灌浆等方式进行连接^[11]。预制槽型拼装综合管廊在纵向一般通过预应力筋或螺栓进行连接。受运输和吊装条件限制, 预制槽型拼装综合管廊各预制分块的纵向长度一般为2~3m, 主要适用于≤4舱的综合管廊^[12]。典型的3舱预制槽型拼装综合管廊如图4所示。

预制拼装综合管廊的结构设计方法对其大规模推广应用具有重要影响。目前, 我国尚未颁布专门针对预制拼装综合管廊结构设计的技术标准。而GB50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》仅对整舱预制拼装综合管廊和单舱预制槽型拼装综合管廊的结构设计做了初步规定, 主要内容如下。

1) 仅带纵向拼缝接头的整舱预制拼装综合管廊结构的截面内力计算模型宜采用与现浇混凝土综合管廊结构相同的闭合框架模型。

2) 带纵、横向拼缝接头的单舱预制槽型拼装综合管廊的截面内力计算模型应考虑拼缝接头的影响。

3) 预制拼装综合管廊结构宜采用预应力筋连接接头、螺栓连接接头或承插式接头。

4) 预制拼装综合管廊拼缝防水应采取预制成型弹性密封垫为主要防水措施, 弹性密封垫的界面应力应≥1.5MPa。

上述规定为预制拼装综合管廊的推广应用提供了一定的技术依据, 但其内容较为简单, 接头抗弯刚度与接缝抗剪承载力等关键设计参数尚有待进一步明确。此外, 上述规定的适用范围有限, 尚未包含目前工程中常用的叠合板式拼装综合管廊、预制板式拼装综合管廊和多舱预制槽型拼装综合管廊。

目前, 由同济大学和上海市政工程设计研究总院 (集团) 有限公司牵头, 中铁四局集团有限公司和中国建筑股份有限公司等单位参与的《预制拼装综合管廊结构设计规程》正在紧张编制中。该标准的颁布实施将为预制拼装综合管廊结构的大规模推广应用提供支撑。

上海世博会园区综合管廊示范段 (2007年建成, 长200m) 是我国第一条采用预制拼装结构体系的综合管廊。此后, 随着预制拼装综合管廊结构体系的不断发展以及综合管廊工程的大量兴建, 预制拼装综合管廊在我国也得到长足发展。几类典型的预制拼装综合管廊工程情况介绍如下。

1) 整舱预制拼装综合管廊整舱预制拼装综合管廊的预制节段自重较大, 受运输与吊装限制, 主要适用于单舱和双舱综合管廊。典型工程包括上海世博会园区综合管廊工程、沈阳浑南新城综合管廊工程、湖南吉首综合管廊工程、内蒙古包头综合管廊工程和湖北十堰综合管廊工程等。上海世博会园区单舱整舱预制拼装综合管廊如图5所示, 湖北十堰双舱整舱预制拼装综合管廊如图6所示。

2) 叠合板式拼装综合管廊叠合板式拼装综合管廊是我国目前应用最广泛的预制拼装综合管廊。典型工程包括海口美安一纵路和椰海大道综合管廊工程、景德镇市站前二路综合管廊工程、长沙市劳动路综合管廊工程、苏州太湖新城综合管廊工程以及湖北十堰北环路综合管廊工程等。海口美安一纵路双舱叠合板式拼装综合管廊如图7所示。

3) 预制板式拼装综合管廊预制板式拼装综合管廊在叠合板式拼装综合管廊的基础上大幅减少了现场湿作业量。但其连接接缝的防水性能和安全性需重点关注。目前, 工程中实际应用的预制板式拼装综合管廊较少, 建华集团在广东中山开展了一段试验段建设, 如图8所示。此外, 广西南宁预制板式拼装综合管廊也有望于2018年开工建设。

4) 预制槽型拼装综合管廊预制槽型拼装综合管廊相比于整舱预制综合管廊可大幅度减小预制构件自重, 同时又显著减少现场湿作业与拼装工作量, 具有良好的应用前景。典型工程包括贵州六盘水市综合管廊工程、广州天河智慧城综合管廊工程和长春空港经济开发区综合管廊工程等。贵州六盘水双舱预制槽型拼装综合管廊如图9所示。

本文较系统地总结了目前在我国研究和应用较多的4类预制拼装综合管廊结构体系, 即整舱预制拼装综合管廊、叠合板式拼装综合管廊、预制板式拼装综合管廊和预制槽型拼装综合管廊。针对上述4类预制拼装综合管廊结构体系的构造特点与适用范围做了简要说明与分析, 对预制拼装综合管廊结构的设计方法进行了梳理, 并简要介绍预制拼装综合管廊的典型工程情况。

总体而言, 我国的预制拼装综合管廊研究与应用起步较晚, 但在国家政策引导以及相关单位的积极参与下, 已取得阶段性成果。从进一步科技创新与推广应用来看, 尚有以下工作待开展。

1) 针对大截面、多舱室综合管廊, 研发连接构造简单、施工速度快、质量可靠的新型预制拼装综合管廊结构体系。

2) 针对不同预制拼装综合管廊结构体系, 建立考虑接头影响的综合管廊承载力与变形计算模型, 并提出系统的设计方法。

3) 考虑土-结构共同工作, 开展预制拼装综合管廊抗震性能研究。

4) 进一步开展预制拼装综合管廊接缝防水措施研究, 提升预制拼装综合管廊的综合防水性能。