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(xué)河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 安全科學(xué)與工程學(xué)院

1 一般規(guī)定對(duì)比

覆土及標(biāo)準(zhǔn)斷面內(nèi)部?jī)舾邔?duì)比。中國(guó)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定覆土厚度。中國(guó)對(duì)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面內(nèi)部?jī)舾叩囊筝^高，安全性較高。如下圖[1-3]。

圖 覆土厚度和內(nèi)部?jī)舾?/p>

2 管線設(shè)計(jì)對(duì)比

2．1 徑流系數(shù)對(duì)比

（1）中國(guó)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50014-2006徑流系數(shù)由實(shí)地監(jiān)測(cè)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(shí)，min；

A—下墊面面積，hm2。

式中：

q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)；

t—降雨時(shí)間，min；

P—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，年；

A1,C,b,n—參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算確定。

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

式中：

ψ—各個(gè)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(hào)。

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(jì)算方法[5]：

塔爾博特型

I—降雨強(qiáng)度，mm/h；

a、b—常數(shù)用特性系數(shù)法求。

日本《下水道設(shè)施設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》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(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了徑流系數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)，用來(lái)表示土壤滲透性變化和斜坡變化對(duì)徑流系數(shù)的影響，使徑流系數(shù)更加準(zhǔn)確，符合各地實(shí)際情況。

降雨歷時(shí)由式（6）得出：

T1可通過(guò)“機(jī)場(chǎng)方法”得出：

式中：

C—徑流系數(shù)；

L—傳播距離，m（最大長(zhǎng)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(duì)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(guó)，其主要原因是地理因素。日本以海洋性很強(qiáng)的亞熱帶季風(fēng)氣候和溫帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?；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(shí)，加拿大本拿比市標(biāo)準(zhǔn)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(guó)地面集水時(shí)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(shí)間是通過(guò)公式計(jì)算得出，把涉及的各個(gè)相關(guān)因素定量化，因此取值更加嚴(yán)謹(jǐn)具體。

2.2 暴雨強(qiáng)度算例及分析

下面分別用日本和中國(guó)的計(jì)算方法計(jì)算山東泰安地區(qū)的降雨強(qiáng)度。

（1）按日本規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。陳建昌[7]通過(guò)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(shí)降雨強(qiáng)度值重現(xiàn)期N=5a，降雨歷時(shí)t=30min時(shí)，最大降雨強(qiáng)度=85.8(mm/h)，換算單位為：238.81[L/(s·hm2)]。

（2）按中國(guó)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到濟(jì)南與泰安距離非常近，因此在這里采用山東濟(jì)南的暴雨強(qiáng)度公式（9）來(lái)計(jì)算[8]。

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

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比

3.1 抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)

（1）中國(guó)規(guī)范中抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)是抗浮效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值與上浮效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的比值，取1.05。如《泵站設(shè)計(jì)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(chǔ)底面承受的的全部重力，KN；

∑u—在泵房基礎(chǔ)底面作用的揚(yáng)壓力，KN。

（2）日本標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(guó)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(guó)對(duì)全埋式地下構(gòu)筑物進(jìn)行抗浮驗(yàn)算時(shí)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(chǔ)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他地下工程與周圍環(huán)境的摩擦力，但是中國(guó)綜合管廊抗浮穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)沒(méi)有計(jì)入管線和設(shè)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(duì)比

（1）中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)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?jì)算深度剪切波的傳播時(shí)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(shè)計(jì)指南》平均剪切彈性波速度Vsi通過(guò)公式（14）和公式（15）[2]得出:

粘性土層場(chǎng)合

砂質(zhì)土層場(chǎng)合

其中：Ni表示通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)慣入實(shí)驗(yàn)i號(hào)底層的平均值，i地表開(kāi)始i號(hào)底層的番號(hào)。

（3）美國(guó)《公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)手冊(cè)》中第13章地震模塊中提出通過(guò)測(cè)試獲得小應(yīng)變剪切波速，并適當(dāng)降低，進(jìn)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(guān)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(guó)和日本對(duì)巖土的分類方式不同。美國(guó)則是通過(guò)小應(yīng)變剪切波速然后再得到剪切波速度。

4 結(jié)論及建議

（1）中國(guó)綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)具有先進(jìn)性，中國(guó)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)斷面凈高等多方面均超國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，安全性較高。

（2）考慮到中國(guó)綜合管廊建設(shè)覆蓋范圍廣，水文地質(zhì)復(fù)雜，隨著地下空間的不斷開(kāi)發(fā)利用，地質(zhì)情況有可能發(fā)生變化，建議中國(guó)持續(xù)勘察實(shí)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(shè)部,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50838-2015 城市綜合管廊技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2015

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

[3] 中華道路協(xié)會(huì).共同管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].臺(tái)灣:臺(tái)灣管道工程出版社,2003

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50014-2006 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社, 2014

[5]（ 日本）建設(shè)省都市局下水道部.下水道設(shè)施設(shè)計(jì)指南與解說(shuō)[M].成都:中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)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(yīng)用特性系數(shù)法求算泰安地區(qū)不同重現(xiàn)期短時(shí)降雨強(qiáng)度[J].山東氣象,1995,(1):5

[8] 北京市市政設(shè)計(jì)研究總院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第5冊(cè)城鎮(zhèn)排水第二版[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004

[9] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50265-2010 泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2010

[10] 孫耿琴.關(guān)于結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)的對(duì)比分析[J].煤炭工程,2008,(1):29-30

[11] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)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