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摘要：综合管廊是指城市地下用于集中敷设电力、通信、广播电视、给水、热力和燃气等市政管线以便对管线实施统一规划、统一设计、统一建设和管理的公共隧道。本文通过数值模拟对比桩墙一体式管廊和普通管廊在使用中地表的沉降情况。结果表明桩墙一体式管廊相对于普通管廊来说对于地表荷载的变化影响更小；仓体跨度的变大有利于减少管廊的沉降，但会增大桩墙一体式管廊的沉降，沉降变化程度不大；桩墙一体式管廊的内力分布和普通管廊类似，设计操作方便，方便推广使用。
关键词：桩墙一体式管廊;地表沉降;结构内力
1引言
地下综合管廊是城市文明的生命线，同时其分门别类的有序管理各类市政管线，有利于管线的保护，维修，记录，从而有利于城市信息化的建设发展。结合地下轨道交通，海绵城市建设等其它地下空间共同开发，综合管廊建设可促进城市基础设施建设的高效发展[1]。
王魁[2]等通过ABAQUS建立土体和管廊的三维有限元模型，对土体及管廊在正常使用阶段的应力分布及位移变化进行数值模拟，并对比了深度对于管廊应力和位移的影响。康炎龙[3]通过ABAQUS建模研究了荷载对于共同沟结构的影响，并针对分析结果提出了设计时注意事项，对共同沟结构形式的选取、构件截面尺寸的确定和钢筋的选取提出了一些工程设计建议。廖四海[4]等通过Flac数值模拟和实测数据，得到两个可供设计和施工借鉴的关系式，分别为在上部荷载不变时改变埋深，通过监测每个位置竖向应力值得到关键位置应力与埋深的估算关系式；在埋深不变时改变上部荷载，通过监测竖向应力值得出关键位置应力与上部荷载的估算关系式。刘孝泰[5]等以黄岛某段管廊为分析对象，利用有限元软件ANSYS对综合管廊的应力和变形进行数值模拟，得出舱室腋角处有明显应力集中，需要在设计中加以重视。
预制桩桩墙一体式管廊，其中的预制桩既作为基坑开挖过程中的支挡结构，又作为使用过程中的侧向受力构件。相比于普通现浇管廊，具有施工快、减少施工的占地面积、减小管廊结构沉降及不均匀沉降等特点。目前相关文献中对桩墙一体式管廊的研究基本没有，本文采用Plaxis 3D有限元软件建模研究了外部荷载和管廊的跨径几个因素对于桩墙一体式管廊和普通管廊的影响情况差异。
2模型概况
本文土体模型长为24m,宽6m，土层总厚度20m。该模型由四层土组成，分别为素填土，粉质粘土，淤泥质粉质黏土夹淤泥质粉土和粉土层。土层建模采用Mohr—Coulomb模型，泊松比皆取0.3，具体参数见表1。
表1 建模土层参数
两种管廊模型都为双仓模型，单个仓长3m，高3m，管廊的底板隔墙厚度都为0.2m，普通管廊的侧墙和桩墙一体式管廊的桩墙厚度都取0.5m，两个管廊埋深都为6m。其中桩墙一体式管廊的桩墙长度为10.7m，起始位置为管廊顶板部位，终端位于粉土层中。管廊所有构件都采用板单元，采用线弹性模型建模。弹性模量取值为C30混凝土的弹性模量。该模型的边界条件为，四周边界为水平固定，下边界为完全固定，上边界为自由界面。
3模拟情况及分析
3.1不同荷载下两种管廊对比
管廊使用过程中要受到行人、汽车、工程车等不同的荷载的影响，本文通过11.3 KN/m2，15 KN/m2，18 KN/m2，20 KN/m2这四个荷载作用下的桩墙一体式管廊和普通管廊的数值模拟，研究两种管廊对于地表荷载的敏感程度和受力情况，了解桩墙一体式管廊在使用时与普通管廊的受力不同。模拟结果图如下。
图3-2不同荷载下桩墙一体式管廊位移云图
（a=11.3，b=15，c=18，d=20，单位：KN/m2）
由图3-1和图3-2可知，普通管廊对土体的影响基本呈现出抛物线形状，并层层外扩，而桩墙一体式管廊对于土体影响最大的不同是桩墙之间出现了向上部凸起的情况，此处位移明显小于同一水平出的土体位移。桩墙一体式管廊对于土体扰动更小，土体位移变化明显小于普通管廊。这是由于桩墙一体式管廊在桩墙之间形成了类似于土拱的效应，这对于减小管廊沉降十分有利。由不同荷载下管廊的位移云图可知，管廊的位移扩散随着荷载变大的关系，普通管廊的位移变化明显快于桩墙一体式管廊。具体地表沉降数据见表2。
表2不同荷载下两种管廊地表沉降
由表3可知，在管廊跨径在6m到10m的范围内，随着长度的增加，桩墙一体式管廊的沉降略微增加，而普通管廊的地表沉降却逐渐减小。普通管廊沉降的减小是因为上部荷载没变大而管廊跨度变大使得其基础受力面积变大，减小了沉降。而桩墙一体式管廊则随着桩墙间间距的变大，使得土拱作用在减小，导致其作用机制接近于普通管廊，而普通管廊随着仓体变长而减小的沉降的影响较土拱小，所以沉降变大。总体而言，桩墙一体式管廊对于地表的影响都是小于普通管廊的。桩墙间距越小表现越明显。
3.3管廊内力
管廊内力的分布情况和大小对于管廊的设计工作至关重要。本文通过模拟研究面荷载11.3KN/m2下的两种管廊的轴力，弯矩和剪力的分布情况，为设计做参考。具体模拟结果见图3-3和3-4。
图3-4普通管廊内力图
表4两种管廊内力比较
图3-3和3-4中蓝色的表示数值大，红色的表示数值小，轴力的正负代表的是管廊所受的力的不同（剪力等左右侧绝对值不同主要是因为土层厚度参数设置不同引起）。由表4、图3-3和3-4可知，桩墙一体式管廊和普通管廊的内力分布差不多，基本设计可以类似于普通管廊。需要注意的是桩墙和现浇的地下结构的连接接头节点的做法应保证可靠连接。
4结论
随着信息化城市建设的推进，管廊作为集中统一管理城市中市政管线这一重要的生命线基础工程必将大力推广。桩墙一体式管廊这种新型施工工艺下的管廊性能研究就显得十分重要。本文通过由以上数值模拟结果和分析可以得出以下结论：
（1）不同的荷载作用下，桩墙一体式管廊相对于普通管廊来说对于地表荷载的变化影响更小。随着上部荷载的加大，其地表沉降差值将会进一步拉大。
（2）随着仓体跨度的变大，普通管廊对地表造成的沉降将会减少。桩墙一体式管廊的沉降虽然会随着管廊跨径的增大而增大，但增长幅度不大，总体仍会小于普通管廊沉降。
（3）相同外部条件下，桩墙一体式管廊和普通管廊基本类似，只有桩墙与底板连接处表现出的轴力不同。故桩墙一体式管廊的设计可以类似于普通管廊的设计方法，需要注意的是现浇构件与桩墙节点处的连接方式。
参考文献:
[1]于晨龙，张作慧．国内外城市地下综合管廊的发展历程及现状［Ｊ］．建设科技，２０１５．
[2]王魁，王浩，张达.多层地下管廊使用阶段受力和变形数值模拟[J].城市住宅，2017（1）：97-99.
[3]康炎龙.城镇共同沟主体结构与其周围土体相互作用研究[D].郑州：河南工业大学，2016.
[4]廖四海，黄立夫，李雄，等.综合管廊埋深数值分析[J].混凝土与水泥制品，2015（10）:32-34.
[5]刘孝泰，颜庆智，饶江.黄岛某地区综合管廊应力与变形的数值模拟[J]。森林工程，2017（6）：93-96.
论文作者:曾凯1,陈刚1,黄志坚2,3,曹志刚2,陈晓东1
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/10
标签：体式论文; 荷载论文; 地表论文; 数值论文; 应力论文; 土层论文; 位移论文; 《防护工程》2019年第5期论文;