综合管廊[1]作为一种集各类工程管道于一体的地下构筑物，广泛应用于城市建设当中，以实现对管线的统一规划、设计、建设和管理。机场内部各个区域的功能、需求、安全要求各不相同，管线连接错综复杂。随着国内机场设施的改扩建，综合管廊也逐渐应用到机场建设中。文章以某4E类机场改扩建中，综合管廊下穿E类飞机滑行道为背景，对综合管廊的结构进行受力分析。1工程概况该工程为某机场改扩建工程。机场现有T1、T2航站楼及一条4E级跑道、一条4F级跑道[2]（其中“4”代表跑道长度L≥1 800.00 m，“E”代表飞机翼展52.00 m≤WS65.00 m，“F”代表飞机翼展65.00 m≤WS80.00 m）。其现有规模无法满足远期的使用需求，急需扩建T3航站楼及其配套区域，并新建一条4E级跑道。新建航站楼通过中轴大道与配套设施及市政道路进行连接。机场既有跑道与新建4E跑道分别位于新建航站楼东西两侧。为连通新建跑道与既有跑道，通过设置一条E类飞机滑行道垂直跨越中轴大道。综合管廊位于中轴大道一侧，需要同中轴大道一并下穿E类飞机滑行道。综合管廊相对位置如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F001图1综合管廊相对位置此处综合管廊为三舱布置，舱室净宽分别为2.20、3.40、2.20 m，舱室净高均为3.40 m。在飞机滑行道下覆土高度约为7.00 m，综合管廊采用放坡开挖施工。综合管廊断面如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F002图2综合管廊断面2E类飞机荷载E类飞机是指翼展52.00 m≤WS65.00 m的飞机，其典型机型包括波音B747、波音B777、空客A340等。典型E类飞机参数如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.T001表1典型E类飞机参数飞机型号B747-400B777-300ERB787-8A340-500A340-600翼展/m64.6064.8060.1063.4563.45最大起飞重量/t386.92351.50228.00372.00365.00文章以典型机型中起飞重量最大的B747-400为例进行计算。B747-400飞机[3]前轮组共计2个轮胎，最大总荷载为193.50 kN；主轮组①②③④共计16个轮胎，最大总荷载3 676.00 kN，单主轮着陆面积为0.49 m×0.34 m。B747-400飞机轮压布置如图3所示。前轮组和主轮组间距23.27 m，超管廊跨径，前轮组荷载小于主轮组，仅对主轮组荷载进行讨论。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F003图3B747-400飞机轮压布置综合管廊顶部覆土较深，飞机轮压传至顶板深度的荷载[4]按式（1）进行扩散计算：p1=p0(a+2ztanθ)(b+2ztanθ) （1）式中：p0——单轮轮压，kPa；a、b——单轮着陆的长度和宽度，m；θ——土层压力扩散角；z——扩散深度，m。单组主轮扩散荷载如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F004图4单组主轮扩散荷载综合管廊采用明挖施工并回填素填土，回填土的压力扩散角按照30°计，单轮着陆尺寸0.49 m×0.34 m，扩散深度7.00 m。先将单组主轮荷载进行扩散，扩散后重叠区域最大压力13.00 kPa、平均压力为9.60 kPa，两者差值较小。取平均压力9.60 kPa进行四组主轮荷载叠加，最小荷载9.60 kPa、最大荷载为28.80 kPa，四组主轮叠加荷载如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F005图5四组主轮叠加荷载3综合管廊三维受力计算位于飞机滑行道下方的综合管廊两侧壁厚55.00 cm、中隔墙厚30.00 cm、顶板厚55.00 cm、底板厚60.00 cm。取30.00 m长度的管廊进行三维受力分析。计算软件采用Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2014，管廊墙板均采用三维壳单元，底板采用弹性地基约束，网格单元尺寸约为0.50 m。将飞机四组主轮叠加荷载加载至管廊顶板，飞机荷载工况三维计算模型如图6所示。作为对比，7.00 m覆土的恒载工况三维计算模型如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F006图6飞机荷载工况三维计算模型（单位：kPa）10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F007图7恒载工况三维计算模型（单位：kPa）综合管廊在飞机荷载作用下弯矩如图8所示。顶板最大支座弯矩为20.67 kN·m，最大跨中弯矩22.35 kN·m。最大弯矩均出现在叠加轮压最大荷载位置。管廊在7.00 m覆土恒载作用下弯矩如图9所示，管廊顶板最大支座弯矩132.46 kN·m，最大跨中弯矩为112.35 kN·m。最大弯矩沿管廊纵向均匀分布。经计算可知，在覆土较深的情况下，综合管廊顶板弯矩受水土压力及自重荷载影响较大，飞机荷载引起的顶板弯矩约为恒载的15%~20%。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F008图8飞机荷载作用下弯矩图（单位：kN⋅m）10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F009图9恒载作用下弯矩图（单位：kN⋅m）4二维受力对比验算为验算三维计算结果，并为实际工程中的简化计算提供依据，取1.00 m宽度管廊截面进行二维受力计算。管廊墙板均采用二维杆单元，底板采用弹性地基约束。飞机荷载按照飞机四组主轮叠加后的最大荷载28.80 kPa作为顶板等效荷载[5]，飞机荷载布置如图10所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F010图10飞机荷载布置（单位：kN⋅m）7.00 m覆土的恒载布置如图11所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F011图11恒载布置二维简化计算时（如图12所示），综合管廊在飞机荷载作用下，顶板最大支座弯矩28.63 kN·m，最大跨中弯矩为20.70 kN·m。在7.00 m覆土的水土压力及结构自重荷载的作用下（如图13所示），顶板最大支座弯矩为130.62 kN·m，最大跨中弯矩为110.69 kN·m。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F012图12飞机荷载弯矩图（单位：kN·m）10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.006.F013图13恒载弯矩图（单位：kN·m）由计算结果可知，在恒载作用下，二维计算结果与三维计算结果基本吻合，计算误差在2%以内。二维简化计算时，将飞机四组主轮扩散并叠加后的最大荷载作为均布荷载，直接满布管廊顶板，引起的活载弯矩值相较三维计算时会偏大。考虑到此时飞机荷载引起的顶板弯矩约为恒载的15%~20%，占比不大，实际工程中可采用二维简化方法计算受力，以节省计算工作量。5结语通过对综合管廊在飞机荷载以及恒载作用下的二维、三维受力分析。在恒载作用下，二维计算结果与三维计算结果基本吻合，计算误差在2%以内。在管廊覆土较大时，恒载为管廊受力的主要控制因素，飞机荷载引起的顶板弯矩约为恒载的15%~20%，占比不大。为简化计算，实际工程中，当管廊覆土较深时，可将飞机各组主轮扩散并叠加后的最大荷载作为二维计算的均布活荷载，对管廊断面进行二维简化受力计算，结果相对保守且合理。