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摘要：以某地铁车站上方管线回迁工程为依托，对道路下浅覆土给水管的受力及变形状态进行了结构计算，同时采用有限元分析软件对管道进行了模拟计算，并结合两种计算的结果分析了管道的安全性及拟采取的管道保护措施的有效性。对市政管线的设计、施工及保护具有一定的指导意义。
关键词：埋地管道；数值计算；保护
1.问题提出
我国城市轨道交通建设正如火如荼地进行中，由于大量的管线埋设于城市道路下，因此，管线迁改成为地铁车站明挖设计与施工中的一项重要工作内容。为配合市政规划的要求，管线迁改工作中部分管线为临时迁改，地铁车站建设完成后要对此类管线进行回迁。由于工程环境的变化，回迁管线的覆土厚度、基底状态等条件会发生变化，需要对管道的受力、变形进行验算，确定管道结构的安全性。若不满足要求，则需采取可靠、经济的保护措施。
有关道路下管道结构的计算研究已经开展很多，如刘敏[1]选择不同的轮压组合及覆土厚度给出了管顶处最大竖向压力标准值；王光明，萧岩[2]比较了各规范中不同车辆组合时汽车荷载作用下竖向土压荷载的标准值，指出埋深小于3m的管道应注意其强度是否满足新的荷载工况。但已有的研究假设管道上方为土层，未考虑道路基层对荷载的传递影响。因此，本文将对此进行重点研究。
2.工程背景
某地铁车站上方一根DN1400给水管在车站施工完成后需进行回迁工作，该给水管顶距地表最小距离仅有0.68m，覆土厚度远小于原设计厚度，且管道上方为规划城市主干路，管道结构上作用有地面车辆荷载。浅覆土下，车辆荷载传递到管道上的荷载更大，因此需要验算管道的安全性。管道的相对位置如下图所示。
根据上述计算结果可知：结构计算的结果大于数值分析的结果，其中按45°扩散角计算得出管道应力为数值分析结果的1.3倍，竖向最大变形量为数值分析结果的2倍；数值分析中盖板是否施加的应力计算结果相同，变形量也非常接近，表明盖板对车辆荷载的传递几乎无影响，对管道起到的保护作用微乎其微。
分析原因应为该道路基层为水泥稳定碎石，属半刚性基层，其弹性模量虽比混凝土小一个数量级，但已经能起到扩散汽车荷载的作用。未施加盖板的应力及变形云图中也显示管道呈现较均匀的受力状态，表明汽车荷载经道路结构传至管道时已近似为均布荷载。
5.结论及建议
本文通过两种计算方法对道路下管线的受力及变形状态进行对比分析，得出如下结论：
1、对于半刚性基层道路下的埋地管道，汽车荷载传至管顶的荷载可近似视为均布荷载，道路结构对管道的保护作用显著。
2、在半刚性基层道路下再施做混凝土盖板并不能改善管道的受力状态，建议取消混凝土盖板。特殊情况下可考虑采用套管、门字型框架等更可靠的保护措施。
3、当管道上方为水泥稳定碎石等刚性较大的材料时，采用管道结构设计规范中的汽车轮压计算方法过于保守。管道结构设计时，在规范允许的范围内，分项系数等可能造成计算结果增大的计算参数选取可考虑取较小的值。
4、城市地下工程规划设计过程中，应与市政其他部门相互沟通、协调，综合考虑、兼顾合理、长远规划，在满足工程功能要求的基础上降低工程造价，发挥城市综合体作用。
参考文献
[1] 刘敏．埋地塑料排水管道结构设计探讨[J]．中国给水排水，2004，20（3）：67-69.
[2] 王光明，萧岩．汽车荷载对管道的作用标准值计算分析[J]．特种结构，2007，24（3）：45-48.
[3] 中国工程建设标准化协会．CECS 142：2002给水排水埋地铸铁管管道结构设计规程[s]．北京：中国建筑工业出版社，2003.
[4] 中华人民共和国建设部．CJJ105-2005城镇供热管网结构设计规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2005.
论文作者:李晓亮,马英乔
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/26
标签：管道论文; 荷载论文; 管线论文; 给水管论文; 结构论文; 道路论文; 盖板论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;