楊曉雯 彭 潔

1.煤炭安全生產(chǎn)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心 2.河南理工大學河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點實驗室-省部共建國家重點實驗室培育基地 安全科學與工程學院

1 一般規(guī)定對比

覆土及標準斷面內(nèi)部凈高對比。中國根據(jù)經(jīng)驗確定覆土厚度。中國對綜合管廊標準斷面內(nèi)部凈高的要求較高，安全性較高。如下圖[1-3]。

圖 覆土厚度和內(nèi)部凈高

2 管線設計對比

2．1 徑流系數(shù)對比

（1）中國《室外排水設計規(guī)范》GB 50014-2006徑流系數(shù)由實地監(jiān)測方法得到。如下方法[1,4]求出

式中：

ψ—徑流系數(shù)；

Q—降雨總量，L；

QS—收集雨水量，L。

式中：

Q—降雨總量，L；

H—降雨總歷時，min；

A—下墊面面積，hm2。

式中：

q—設計暴雨強度，L/(s·hm2)；

t—降雨時間，min；

P—設計重現(xiàn)期，年；

A1,C,b,n—參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計方法進行計算確定。

其中，t表示降雨時間，min；t1為地面集水時間，min；t2是管渠內(nèi)雨水流動時間，min。

式中：

ψ—各個區(qū)域的綜合徑流系數(shù)；

Si—某一單一種類地面的面積；

ψi—單一種類地面的徑流數(shù)值；

S—選擇的區(qū)域面積；

i—各類別地面的序號。

徑流系數(shù)取值在0.20～0.70范圍內(nèi)。

（2）日本徑流系數(shù)計算方法[5]：

塔爾博特型

I—降雨強度，mm/h；

a、b—常數(shù)用特性系數(shù)法求。

日本《下水道設施設計指南》第7節(jié)規(guī)定均徑流系數(shù)在0.35～0.80間[5]。

（3）加拿大本拿比市徑流系數(shù)《加拿大本拿比市工程部門設計標準手冊》中考慮了土地的不透水百分比，徑流系數(shù)取值為0.10～0.80。該標準還規(guī)定了徑流系數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)，用來表示土壤滲透性變化和斜坡變化對徑流系數(shù)的影響，使徑流系數(shù)更加準確，符合各地實際情況。

降雨歷時由式（6）得出：

T1可通過“機場方法”得出：

式中：

C—徑流系數(shù)；

L—傳播距離，m（最大長度是300m）；

S—傳播路徑的斜率，%。

T2由修改的曼寧公式得到：

式中：

n—曼寧粗糙系數(shù)；

R—水力半徑，m[6]。

對比分析得出，日本和本拿比市的徑流系數(shù)的上限要高于中國，其主要原因是地理因素。日本以海洋性很強的亞熱帶季風氣候和溫帶季風氣候為主；加拿大本拿比市屬溫帶海洋性氣候，因此兩地區(qū)降雨量多，徑流系數(shù)偏高。同時，加拿大本拿比市標準中增加了徑流系數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)，使徑流系數(shù)取值更加具體精確。此外，中國地面集水時間是根據(jù)具體情況取值在5～15min區(qū)間，加拿大本拿比市的地面集水時間是通過公式計算得出，把涉及的各個相關因素定量化，因此取值更加嚴謹具體。

2.2 暴雨強度算例及分析

下面分別用日本和中國的計算方法計算山東泰安地區(qū)的降雨強度。

（1）按日本規(guī)范進行設計。陳建昌[7]通過特性系數(shù)法利用泰安市10min、60min的降雨量資料，得出泰安市短時降雨強度值重現(xiàn)期N=5a，降雨歷時t=30min時，最大降雨強度=85.8(mm/h)，換算單位為：238.81[L/(s·hm2)]。

（2）按中國規(guī)范進行設計?？紤]到濟南與泰安距離非常近，因此在這里采用山東濟南的暴雨強度公式（9）來計算[8]。

由上，中日計算方法中計算降雨強度都是主要涉及到降雨歷時和重現(xiàn)期兩個因素，但是由于中國降雨量低于日本，因此公式中常數(shù)取值方法不同，中國的常數(shù)取值偏低，計算出的降雨強度略低于日本。

3 結構設計對比

3.1 抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)

（1）中國規(guī)范中抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)是抗浮效應標準值與上浮效應標準值的比值，取1.05。如《泵站設計規(guī)范》中泵房抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)由式（10）[9]得到：

式中：

Kf—抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)；

∑v—泵房基礎底面承受的的全部重力，KN；

∑u—在泵房基礎底面作用的揚壓力，KN。

（2）日本標準中對于地下水位高、覆土少的地方，浮起的安全系數(shù)Fs根據(jù)式（11）[2]求出，必須是1.2以上。

其中：Ws上載土荷載，t/m；Wb廊體重量，t/m；Pwb作用于主體底面的上向水壓力，t/m。

中國規(guī)范中抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)取值比日本要求的低0.15，其主要原因是日本地下水位偏高。中國對全埋式地下構筑物進行抗浮驗算時不把建筑物外緣與土層間的摩擦力算入，摩擦力作為安全儲備，提高了安全性。雖然綜合管廊與其周圍環(huán)境的摩擦力要遠遠小于其他地下工程與周圍環(huán)境的摩擦力，但是中國綜合管廊抗浮穩(wěn)定性計算時沒有計入管線和設備自重，這也在一定程度上提高了抗浮安全性[10]。

3.2 剪切波速度對比

（1）中國《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011-2010中4.1.3節(jié)規(guī)定，土層的等效剪切波速按公式（12）和公式（13）[11]計算：

式中：

Vse—土層等效剪切波速度；

dc—深度，m；

在覆蓋層厚度和20m間取偏小值；

t—從地面?zhèn)鞑サ接嬎闵疃燃羟胁ǖ膫鞑r間；

di—所算范圍里第i層厚度，m；

vsi—所算深度里第i土層剪切波速，m/s；

n—所算范圍里土層所分的層數(shù)。

（2）日本《共同溝設計指南》平均剪切彈性波速度Vsi通過公式（14）和公式（15）[2]得出:

粘性土層場合

砂質(zhì)土層場合

其中：Ni表示通過標準慣入實驗i號底層的平均值，i地表開始i號底層的番號。

（3）美國《公路隧道設計與施工技術手冊》中第13章地震模塊中提出通過測試獲得小應變剪切波速，并適當降低，進而估算出剪切波速度，剪切波有效傳播速度和有效剪切模量的關系如式（16）[12]：

式中：

Cse—剪切波速度；

Gm—等效剪切模量；

ρ—地面的質(zhì)量密度。

中國和日本對巖土的分類方式不同。美國則是通過小應變剪切波速然后再得到剪切波速度。

4 結論及建議

（1）中國綜合管廊的標準具有先進性，中國綜合管廊標準在標準斷面凈高等多方面均超國際標準，安全性較高。

（2）考慮到中國綜合管廊建設覆蓋范圍廣，水文地質(zhì)復雜，隨著地下空間的不斷開發(fā)利用，地質(zhì)情況有可能發(fā)生變化，建議中國持續(xù)勘察實際地理情況，優(yōu)化抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50838-2015 城市綜合管廊技術規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2015

[2] (社)日本道路協(xié)會.共同溝設計指南[S].日本:日本東京出版社,1986

[3] 中華道路協(xié)會.共同管道工程設計標準[S].臺灣:臺灣管道工程出版社,2003

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50014-2006 室外排水設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社, 2014

[5]（ 日本）建設省都市局下水道部.下水道設施設計指南與解說[M].成都:中國市政工程西南設計院,1984

[6] Canadian Common Underground Alliance.City of Burnaby Engineering Department Design Criteria Manual[S].Canada:Canada Municipal Engineering Publishing House,2014

[7] 陳建昌,郭化文.應用特性系數(shù)法求算泰安地區(qū)不同重現(xiàn)期短時降雨強度[J].山東氣象,1995,(1):5

[8] 北京市市政設計研究總院.給水排水設計手冊第5冊城鎮(zhèn)排水第二版[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004

[9] 住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 50265-2010 泵站設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2010

[10] 孫耿琴.關于結構抗浮安全系數(shù)的對比分析[J].煤炭工程,2008,(1):29-30

[11] 住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010

[12] U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration.Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels-Civil Elements[S].United States:US Highway Tunnel Press,2009