装配式波纹钢结构综合管廊技术的研发与应用

张金文++陈思++王瑀++马源

摘要：本文从装配式波纹钢结构钢制管廊的国内外发展状况、比较优势、关键技术路径等方面介绍了国内首创的装配式波纹钢结构钢制管廊技术的研发情况，并介绍了装配式波纹钢结构综合管廊在国内的实际应用案例。

关键词：配式波纹钢结构；综合管廊

一、引言

目前市政管廊行业常用的管廊施工形式为现浇混凝土管廊，但随着市政管廊建设的项目日益增多，现浇混凝土管廊施工速度慢、工期长、质量把控难度大、地基处理费用高等缺点逐渐显现。与之对比，装配式波纹钢结构综合管廊在这些方面优势明显。

装配式波纹钢结构综合管廊是一种用波纹钢管或板片拼装成的建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施[1]。装配式波纹钢结构综合管廊最早应用在德国，1945年前东德耶拿市建成一条钢波纹管管廊，内置蒸汽管道和电缆，已使用72年。1991年德国黑森州卡塞尔市的一个工业园区建成一条约3公里的单舱钢波纹管管廊，容纳管线包含给水、热力、电力、通讯、污水管道，已投入使用25年。

二、优势分析

（一）工程造价低。

装配式波纹钢结构综合管廊由于采用了独特的波纹钢结构作为主体受力结构，极大地节省了材料消耗，进而降低了整体造价。经过对比测算，该结构形式的管廊整体造价普遍比传统混凝土结构低，管廊壳体造价可节省20%～30%。

（二）施工简便周期短

传统现浇混凝土管廊受施工工艺和天气的制约，施工速度缓慢，对城市交通与生活影响较大。装配式波纹钢结构综合管廊由于采用了工厂制作，现场拼装的装配式结构，有效的提高了施工速度，缩短了施工周期。相比传统现浇混凝土管廊的标准段施工速度提高了近10倍，较好的满足应急抢修等对工期要求较短的工程需求。

（三）抗震抗变形能力强。

传统现浇混凝土管廊属于长距离线性结构，沿途需经过不均匀沉降，纵向变形协调能力较差。装配式波纹钢结构综合管廊结构采用波纹钢板（管），在公路桥涵应用中已经得到成功验证，具有良好的横纵向位移补偿功能。

（四）批量生产质量可靠。

综合管廊多为大断面薄壁结构，传统管廊采用现浇混凝土结构，在狭窄空间内振捣压实较困难，施工质量受建设环境、施工技术水平及管理水平影响较大，质量可靠度难以把控。装配式钢制管廊管片由工厂流水线批量制作，产品质量易于检测与控制。

三、关键技术

（一）工艺

装配式钢制管廊工艺关键技术主要在于断面、平面及节点设计。由于钢制管廊断面非矩形，常采用管拱型、拱型、梨型等，管线布置应结合断面布置形式，尽可能减少断面面积，将管线功能进行细化、分析，将管线需求与钢制管廊工艺需求、结构形式充分结合，尽可能发挥钢制管廊的优势。

平面及节点设计时应将标准段与节点段分开，标准段采用钢制结构，节点采用混凝土结构，并且在工艺设计时将管廊节点进行合建，延长标准段长度，充分发挥钢制管廊实施标准段的优势。[2]

（二）结构

主体结构采用钢制波纹板片拼装组成，考虑土压力、内荷载、车荷载水压力、温度等因素，运用有限元分析方法对结构整体受力进行验算，并考虑施工过程中对结构受力产生的影响，确定波纹板片的材质、波形、壁厚等。整体结构与土体共同作用，通过局部有益变形，最终形成环压状态，保证主体结构稳定

（三）防腐

波纹板广泛应用于桥涵，波纹板不仅受到外部土壤的腐蚀，同时也受到内部水流的侵蚀。国外规范对土和水的腐蚀性都给出了相应的措施，针对装配式钢制管廊重点在于土壤侵蚀作用。经过系统的分析、比较，最终选用热浸镀锌与沥青的防腐形式，由于国内缺少相关的理论研究，防腐研究主要参考美国钢铁协会20世纪70年代理论研究，根据调查美国上百个钢波纹雨水管和涵洞，形成了一整套防腐计算理论体系。该体系经有效的现场实验得到了验证，可以作为防腐年限计算方法。

（四） 防水

防水是综合管廊作用的一环，也是已建综合管廊中弊病最多的一环。装配式钢制管廊采用专有密封带进行密封，在相邻波纹板间及螺栓处满贴密封材料。密封材料性能指标应符合现行标准的有关规定。密封材料还有考虑便于后期修补，与管廊主体结构年限相协调。

（五）防火

国外现有钢制管廊中无防火涂层，但《城市综合管廊工程技术规范》中规定综合管廊内部同舱室之间应采用耐火极限不低于3.0h的不燃性结构，并且不同舱室之间应采用耐火极限不低于3.0h的不燃性結构进行分隔。因此，装配式钢制管廊防火也是关键技术之一。目前，可采用的防火形式包括喷涂防火涂料、贴防火板等。经过经济、技术对比，最终选用防火涂料的形式对钢制管廊进行防火处理。耐火极限应考虑人员逃生所需时间、消防措施灭火需要的时间、消防人员消防时间等，保证钢制管廊消防全过程中的安全。

四、工程应用案例

河北衡水市正在实施国内第一条装配式波纹钢结构综合管廊的示范项目。该管廊全长1.8km，内部净高4.8m，净宽6.5m，采用双舱形式，入廊管线包括：电力、通讯、热力、污水、给水、中水等管道，已完成装配式波纹钢结构综合管廊50米试验示范段，实施过程中进行全流程应力监测，施工过程中监测最大应力约为42.0MPa，并且示范段管廊成型后开展了重载试验，进行39种工况的管廊静载加载试验，监测最大应力为63.3MPa，所测应力值均远小于设计值，监测数据显示管廊已形成环压状态。经过专家论证，装配式波纹钢结构综合管廊完全符合《城市综合管廊工程技术规范》、《波纹钢综合管廊工程技术规程》及相关规范的要求。通过对参观段钢制管廊性能检测及建设过程中相关数据的采集和分析，进一步验证了钢制管廊有限元结构计算的合理性，并为后续优化、改进提供了坚实依据。

五、结语

通过对装配式波纹钢结构综合管廊关键技术的研究，充分结合吸纳波纹钢制公路桥涵的经验，成功地解决了钢制波纹管在地下管廊行业应用中的工艺、结构、防腐、防水、管线安装等技术难题，确定了适用的波纹板种类及技术参数，总结并优化了舱室断面形式及安装方案，最终形成结构安全可靠、建设成本低廉、施工快速便捷、无污染、低耗能的装配式波纹钢结构综合管廊技术，可以满足越来越多的市政综合管廊建设的差异化需求。

参考文献

[1] DB 13（J）/T225—2017 波纹钢综合管廊工程技术规程

[2] GB 50838—2015. 城市综合管廊工程技术规范，北京：中国计划出版社，2015

作者简介：

张金文，性别：男，出生年月：1978年5月，籍贯：辽宁省辽阳市，学历：大学本科，职称：高级工程师，多年从事工程技术及项目管理工作，现任中冶京诚公司管线与管廊工程技术所部门项目主管。