高强度城市地下综合管廊的制作方法

本实用新型公开了一种综合管廊，尤其涉及一种高强度城市地下综合管廊。

背景技术：

申请人一直致力于钢结构和钢-混凝土组合式结构的研究及应用。已申请专利中申请号为201510960789X《钢质城市地下综合管廊》其材质为单纯钢质材质制成，其承载能力有限，不能应用于大口径截面和高填方。已申请专利号为2015106007884《预制拼装钢混复合式钢管及其制作方法》、专利号为201510598743.8《预制拼装钢-混凝土组合结构管道及其制作方法》、申请号为2015106007598《带螺旋加强环的钢-混凝土组合结构管道及其制作方法》的实用新型专利，上述专利中管道截面都为圆形截面形式，当以此种管道截面形式应用于城市地下综合管廊时，存在如下缺点：

①、管廊内底部是弧形的，不是平的，不便于维修人员及维修设备的通行，需要在管廊内底部修筑专用平台；②、管廊两侧墙面也是弧形的，不利于管架及管线排布设置；③、对于整体式圆形截面管道，存在运输困难，管径大于3.5米就会超限；④、对于分片式圆弧截面也存在运输不利，由于其板片是弧形结构，在叠层运输时，叠层越高板片运输过程中板片受力叠加越多，容易造成板片不可估计的弧度变形，严重时运输到现场无法对接拼装，需返工；⑤、圆弧板片相对平直板片，其圆弧度、弧长等加工控制难度大，加工成本高；⑥、矩形管道截面可以通过简单的改变长宽比，以适应不同的层高要求；⑦、相对圆形截面管道，矩形截面管道施工难度小；⑧、弧形单元板片的柔性比平直单元板片大；⑨、上述实用新型专利均应用了管土共同受力效应，此原理需要管道与周围土体协同变形来实现，但对于城市地下综合管廊，管道的变形过大时，可能会造成管廊内部管架及管线的变形或破坏；⑩、根据住建部标准《城市综合管廊工程技术规范》2015年标准要求，圆形管廊相对箱形管廊而言其空间利用率低，圆形管廊只利用到圆形管廊内接矩形的净空空间；也就是这个原因，圆形管廊的高度就要比箱形管廊高，需要埋地更深，增加了基础的开挖深度和工程量。

而申请人已申请的申请号为2016102374785《框架式组合结构综合管廊》的实用新型专利，虽然采用的管道截面为箱型，但该框架式组合结构综合管廊由于是采用纯钢结构制作后在灌注混凝土，在一些使用要求不高的地区价格优势比较弱。

因此，亟待解决上述技术难题。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种承载能力强、墙壁薄、抗震性能好、抗沉降性能好且承重能力高的高强度城市地下综合管廊。

技术方案：本实用新型公开了一种高强度城市地下综合管廊，包括由外侧和/或内侧有凸起的波形板构成的顶板、底板和两侧板拼装形成箱型管节，该箱型管节沿轴向拼装形成综合管廊；其中，该箱型管节的棱边处设有纵梁，沿箱型管节轴向在所述顶板和/或底板的两端设有横梁、所述侧板的两端设有立柱，该横梁和立柱首尾相接形成框型骨架；其中，所述顶板为拱状，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致。

其中，所述顶板/底板由多块板片构成，相邻板片之间并排设有横梁；所述侧板由多块板片构成，相邻板片之间并排设有立柱，对应立柱和横梁首尾相接形成框型骨架。上述框架骨架采用框架式结构受力承压原理，成为主要受力承压构件，结构可以防止侧向失稳，增加整体强度。该顶板运用了管土共同受力原理，其拱形板片与回填土协同受力；且其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致，而且沿管廊延伸方向的相邻顶板之间并排设有横梁，除管廊最开始和最末端横梁外，顶板在横梁上的水平分力左右相抵消，整体结构承载能力更强。

优选的，所述底板和两侧板为外侧和/或内侧有凸起的波形板。

进一步，所述波形板由金属板构成，该金属板自身弯折形成凸起；或金属板弯折形成凸起形状，用板材或管材与该凸起组合形成空心腔体结构；或由金属板和金属管拼接而成；或者由C型钢、槽钢、工字钢、弧形钢、角钢或波纹板与金属板扣合形成带有空心腔体结构。带凸起的板材采用了大惯性矩原理，大惯性矩原理是通过将平直板成型为截面带有凸起结构的板片，使得其截面惯性矩大大提高，抗弯、抗扭及抗变形的能力显著提升，继而使板片承载能力相比平直板大大提高，其性能提升程度取决于凸起的形状及尺寸。

再者，所述侧板的波纹纹路与立柱方向一致，该侧板运用了波形钢腹板桥梁原理，其波纹纹路竖直与自身上下连接法兰或纵梁组成波形钢腹板，整体承载以及抗侧向压力都得到极大提升。

或者，所述侧板为向管廊外侧起拱的拱状波形板，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致。上述起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致的侧板同样运用了管土共同受力原理，其拱形板片与回填土协同受力；且拱形板片向管廊外侧起拱，而且沿管廊延伸方向 的相邻侧板之间并排设有立柱，除管廊最开始和最末端立柱外，侧板在立柱上的水平分力左右相抵消，整体结构承载能力更强。

优选的，所述顶板、底板和两侧板通过焊接、法兰连接或隐藏式螺栓连接形成箱型管节。

再者，所述箱型管节沿轴向拼装形成综合管廊时，相邻箱型管节通过焊接、法兰连接或隐藏式螺栓连接。

优选的，所述底板是预制钢筋/预应力混凝土板或现场浇筑式钢筋/预应力混凝土板。

其中，所述综合管廊的内壁、位于顶板和底板上的横梁之间垂直设有立柱，该立柱将综合管廊分隔为多仓式综合管廊。

进一步，在所述综合管廊内部、沿其轴向方向上的相邻立柱之间设有防火板、钢板、装饰板、型钢或预制件。上述型钢或预制件可布设用于布置电线或管道的固定式支架或可沿型钢或预制件来回滑动的移动式支架，还对应设有支撑点。

优选的，所述纵梁、横梁及立柱是型钢、实心钢材、中空结构钢材、组合拼接式中空结构、现浇混凝土柱或预制混凝土柱。所述纵梁、横梁及立柱内的中空结构为横截面周边的空心腔体结构，该闭合式横截面的空心腔体结构较之开口式横截面的空心腔体结构，抗扭刚度更高、抗竖向失稳能力更强，加之管廊为箱型结构，因此，管廊的竖向承压能力得以进一步加强。

进一步，在所述纵梁、横梁及立柱的中空结构内填充素混凝土或钢筋混凝土。

其中，所述横梁沿箱型管节高度方向叠设至少一个横梁；或者所述立柱沿箱型管节宽度方向叠设至少一个立柱。

优选的，相邻叠设的横梁或立柱的中空结构之间穿设钢筋。

进一步，相邻叠设的横梁或立柱的中空结构内填充素混凝土或钢筋混凝土。

实用新型原理：首先本实用新型底板上将横梁(基础梁)和纵梁(地圈梁)两者结合为一体形成建筑行业中的“基础梁+地圈梁”结构，使得整个管廊无论是承载能力还是抗震性、抗动载能力以及抵抗不均匀沉降的性能都得到了极大的提高。由于本结构中的荷载主要由较短钢管构成的横梁承担，根据地质需要可采取横梁下打桩，则横梁和桩基础构成了整个结构的承重结构，底板两侧纵梁将间隔布设的横梁有效的连接为一整套，组成的连续闭合的地圈梁，增强了底板水平面的刚度，基础梁和地圈梁组成了抗震限裂体系，能明显有效的改善不均匀沉降引起结构开裂、错台、坍塌等破坏的负作用， 使得结构有效的链接为一个整体，各支撑点反力更均匀。

其次该高强度城市地下综合管廊施工时，将其作为地下管廊时，采用管土共同受力原理和连续拱桥原理，管土共同受力原理是借助管道周围土石与管道构件协同受力，将施加在管道上的载荷转化为管道壁的环向内压力，类似于石拱桥，形成管土共同受力效应；连续拱桥原理：在两拱架间布设连接部件，形成对称式受力结构，提高了两拱架整体刚度即抗变形能力，承压部件上载荷产生的弯矩应力由飞燕式拱架两拱架及其间的混凝土承受，继而承压部件不承受弯矩应力只承受压应力，且本结构两侧含有高强度城市地下综合管廊专用于提高承压能力，继而整体结构的受力性能得到极大的提高。

再者，本实用新型中位于箱型管节棱边上的纵梁及位于侧板上的波纹板材(且波纹纹路与立柱方向一致)形成桥梁波纹钢腹板结构，采用了桥梁波纹钢腹板结构的抗剪原理，桥梁钢腹板结构抗剪原理主要是用桥梁波纹钢腹板代替混凝土腹板。桥梁波纹钢腹板抗剪承载力与波幅和波长有关，相关实验表明：随着波长的增加临界荷载减小；但是随着波幅的增加临界荷载却增大。同时当波幅趋于零且波长趋于无穷大时，波纹腹板就成为了普通平板，显然相同条件下前者的临界荷载高于后者，说明波纹腹板在抗剪方面具有一定的优越性。

还有，带凸起的板材采用了大惯性矩原理，大惯性矩原理是通过将平直板成型为截面带有凸起结构的板片，使得其截面惯性矩大大提高，抗弯、抗扭及抗变形的能力显著提升，继而使板片承载能力相比平直板大大提高，其性能提升程度取决于凸起的形状及尺寸；

最后中空结构的管材内灌注混凝土采用混凝土钢管原理，混凝土钢管的工作原理是在空心的管材内充填混凝土，利用混凝土优越的承压能力和钢管的对混凝土的包围作用，使钢管的承压能力极大的增强；按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管，钢管混凝土作为受压构件能充分发挥混凝土所具有的优越抗压性能和钢材所具有的优越抗拉性能。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)该综合管廊中板片的波纹纹路方向与管廊延伸方向一致的顶板和两端的横梁组合成结构运用了管土共同受力和连续拱桥原理，其拱形板片与回填土协同受力；且其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致，而且沿管廊延伸方向的相邻顶板之间并排设有横梁，除管廊最开始和最末端横梁外，顶板在横梁上的水平分力左右相抵消，整体结构承 载能力更强；

(2)该综合管廊中底板将横梁和纵梁两者结合为一体，增强了底板水平面的刚度，基础梁和地圈梁组成了抗震限裂体系，能明显有效的改善不均匀沉降引起结构开裂、错台、坍塌等破坏的负作用，使得结构有效的链接为一个整体，各支撑点反力更均匀；

(3)该综合管廊中起拱纹路方向、纹路方向与管廊延伸方向均一致的侧板和两端的立柱组合形成的结构运用了管土共同受力和连续拱桥原理，其侧板的拱形板片与回填土协同受力；且拱形板片向管廊外侧起拱，而且沿管廊延伸方向的相邻侧板之间并排设有立柱，除管廊最开始和最末端立柱外，侧板在立柱上的水平分力左右相抵消，整体结构承载能力更强；

(4)该综合管廊中纹路方向与与立柱方向一致的侧板运用了波形钢腹板桥梁原理，其波纹纹路竖直与自身上下连接法兰或纵梁组成波形钢腹板，整体承载以及抗侧向压力都得到极大提升；

(5)在具有中空结构的管材内填充混凝土，使得受压构件能充分发挥混凝土所具有的优越抗压性能和钢材所具有的优越抗拉性能；

(6)该综合管廊施工时，将其作为地下管廊时，采用管土共同受力原理和连续拱桥原理，提高了两拱架整体刚度即抗变形能力，使得整体结构的受力性能得到极大的提高，使得可以做大跨度尺寸的单仓管廊；

(7)该综合管廊用立柱将大跨度的单仓管廊结构分隔为多仓式管廊结构，省去管廊横截面中间的分隔墙板的侧板，仅保留中间的立柱，不影响结构承载力的情况下节约成本，加快施工进度，提高了管廊的通风性，也增加了管廊内部施工操作空间；还可在立柱间增设型钢或其他预制件，可以根据管道及管线的大小、重量合理布设，更大限度的提高整个管廊截面的利用率；

(8)该管道为分片拼装式结构，施工速度快、施工工期短，单节管道可以长达15～25米(只要运输条件许可，可以更长)管道接缝少，易于密封。

附图说明

图1为本实用新型第一种箱型管节的结构示意图；

图2为本实用新型第二种箱型管节的结构示意图；

图3为本实用新型第三种箱型管节的结构示意图；

图4为本实用新型多仓式综合管廊的结构示意图；

图5为本实用新型多仓式综合管廊的端面示意图；

图6为本实用新型多仓式综合管廊分割后的结构示意图；

图7为本实用新型图6中轴向截面示意图；

图8为本实用新型图7中增设型钢或预制件的截面示意图；

图9为本实用新型图8中增设支架的结构示意图；

图10为本实用新型中相邻横梁或立柱的局部剖视图；

图11为本实用新型纵梁的拼接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型的一种高强度城市地下综合管廊，包括由顶板101、底板102和两侧板103拼装形成箱型管节104，具体可采用焊接、法兰连接或隐藏式螺栓连接等连接方式。箱型管节104为矩形，同时，箱型管节104可以长达15～25米，只要运输条件许可，长度可以更长，这样整个管廊接缝减少，密封性更好；将得到的箱型管节104沿轴向拼装形成高强度城市地下综合管廊100，相邻箱型管节104通过焊接、法兰连接或隐藏式螺栓等不同的方式连接。

该顶板101、底板102和侧板103均为外侧和/或内侧有凸起的波形板，其波纹纹路方向与管廊延伸方向一致。所述波形板由金属板构成，该金属板自身弯折形成凸起；或金属板弯折形成凸起形状，用板材或管材与该凸起组合形成空心腔体结构；或由金属板和金属管拼接而成；或者由C型钢、槽钢、工字钢、弧形钢、角钢或波纹板与金属板扣合形成带有空心腔体结构。带凸起的板材采用了大惯性矩原理，大惯性矩原理是通过将平直板成型为截面带有凸起结构的板片，使得其截面惯性矩大大提高，抗弯、抗扭及抗变形的能力显著提升，继而使板片承载能力相比平直板大大提高，其性能提升程度取决于凸起的形状及尺寸。

而底板102也可为是预制钢筋/预应力混凝土板或现场浇筑式钢筋/预应力混凝土板。

同时，该顶板101和侧板103还均为拱状波纹板片，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致，且侧板103向管廊外侧起拱。其中顶板运用了管土共同受力原理，其拱形板片与回填土协同受力；且其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致，而且沿管廊延伸方向 的相邻顶板之间并排设有横梁，除管廊最开始和最末端横梁外，顶板在横梁上的水平分力左右相抵消，整体结构承载能力更强。同时，侧板同样运用了管土共同受力原理，其拱形板片与回填土协同受力；且拱形板片向管廊外侧起拱，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致，而且沿管廊延伸方向的相邻侧板之间并排设有立柱，除管廊最开始和最末端立柱外，侧板在立柱上的水平分力左右相抵消，整体结构承载能力更强。

上述箱型管节104的棱边处还设有纵梁105。该纵梁105是型钢、实心钢材、中空结构钢材、组合拼接式中空结构、现浇混凝土柱或预制混凝土柱，如图11所示。向具有中空结构的纵梁内填充素混凝土或钢筋混凝土，使得受压构件能充分发挥混凝土所具有的优越抗压性能和钢材所具有的优越抗拉性能。上述纵梁的中空结构为横截面周边的空心腔体结构，该闭合式横截面的空心腔体结构较之开口式横截面的空心腔体结构，抗扭刚度更高、抗竖向失稳能力更强，加之管廊为箱型结构，因此，管廊的竖向承压能力得以进一步加强。

沿箱型管节104轴向在顶板101/底板102的两端设有中空的横梁106，还在侧板103的两端设有中空的立柱107，对应的横梁106和立柱107首尾相接形成框型骨架，相邻箱型管节104通过框型骨架轴向拼装形成综合管廊100。顶板101/底板102可为单块板片，或由多块板片构成。当由多块板片构成时，相邻板片之间并排设有横梁106。同时侧板103亦可为单块板片，或由多块板片构成，相邻板片之间并排设有立柱107，对应立柱107和横梁106首尾相接形成框型骨架。上述框架骨架采用框架式结构受力承压原理，成为主要受力承压构件，结构可以防止侧向失稳，增加整体强度。横梁106及立柱107是型钢、实心钢材、中空结构钢材、组合拼接式中空结构、现浇混凝土柱或预制混凝土柱。向具有中空结构的横梁或立柱内填充素混凝土或钢筋混凝土，使得受压构件能充分发挥混凝土所具有的优越抗压性能和钢材所具有的优越抗拉性能。横梁或立柱的中空结构为横截面周边的空心腔体结构，该闭合式横截面的空心腔体结构较之开口式横截面的空心腔体结构，抗扭刚度更高、抗竖向失稳能力更强，加之管廊为箱型结构，因此，管廊的竖向承压能力得以进一步加强。

上述横梁106沿箱型管节高度方向叠设至少一个横梁106；或者所述立柱107沿箱型管节宽度方向叠设至少一个立柱107。相邻横梁106或立柱107的中空结构之间穿设可加强结构承载能力的钢筋108，如图10所示。同时可以在中空的横梁106和中空的立柱107内腔中可填充素混凝土或钢筋混凝土，利用混凝土优越的承压能力和钢管的对混 凝土的包围作用，使钢管的承压能力极大的增强；按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管，钢管混凝土作为受压构件能充分发挥混凝土所具有的优越抗压性能和钢材所具有的优越抗拉性能。

上述底板102上的横梁106和纵梁105两者结合为一体形成建筑行业中的“基础梁+地圈梁”结构，使得整个管廊无论是承载能力还是抗震性、抗动载能力以及抵抗不均匀沉降的性能都得到了极大的提高。由于本结构中的荷载主要由较短钢管构成的横梁承担，根据地质需要可采取横梁下打桩，则横梁和桩基础构成了整个结构的承重结构，底板两侧纵梁将间隔布设的横梁有效的连接为一整套，组成的连续闭合的地圈梁，增强了底板水平面的刚度，基础梁和地圈梁组成了抗震限裂体系，能明显有效的改善不均匀沉降引起结构开裂、错台、坍塌等破坏的负作用，使得结构有效的链接为一个整体，各支撑点反力更均匀。

如图4、图5所示，综合管廊100的内壁、位于顶板和底板上的横梁106之间垂直设有立柱107，该立柱107将综合管廊分隔为多仓式综合管廊。在多仓式综合管廊内部、沿其轴向方向上的相邻立柱107之间可以无侧板103，省去管廊横截面中间的分隔墙板的侧板，仅保留中间的立柱，不影响结构承载力的情况下节约成本，加快施工进度，提高了管廊的通风性，也增加了管廊内部施工操作空间，如图6所示。多仓式综合管廊内部，可在相邻立柱间布设所需用途的隔板，如防火板、钢板或装饰板等。如图8、9所示，还可在相邻立柱间增设型钢109或其他预制件，型钢109或预制件可布设用于布置电线或管道的固定式支架110或可沿型钢或预制件来回滑动的移动式支架，还对应设有支撑点。该多仓式综合管廊可以根据管道及管线的大小、重量合理布设，更大限度的提高整个管廊截面的利用率。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施1的结构基本相同，区别之处在于：该侧板103为平直状的波纹板，其起拱纹路方向与立柱延伸方向一致。该综合管廊中纹路方向与与立柱方向一致的侧板运用了波形钢腹板桥梁原理，其波纹纹路竖直与自身上下连接法兰或纵梁组成波形钢腹板，整体承载以及抗侧向压力都得到极大提升。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施1的结构基本相同，区别之处在于：该侧板103为平直状的波纹板，其起拱纹路方向与管廊延伸方向一致。带凸起的板材采用了大惯性矩原 理，大惯性矩原理是通过将平直板成型为截面带有凸起结构的板片，使得其截面惯性矩大大提高，抗弯、抗扭及抗变形的能力显著提升，继而使板片承载能力相比平直板大大提高，其性能提升程度取决于凸起的形状及尺寸。

该高强度城市地下综合管廊一般可运用于地下共用沟、市政共用管道、地下集水管、给排水管、人行或车行通道、地下管线的保护用管。