一种施工围蔽系统及其抗撞击设计方法与流程

本发明涉及施工围蔽，具体为一种施工围蔽系统及其抗撞击设计方法。

背景技术：

1、随着城市轨道交通、市政道路、地下空间开发及交通疏解工程的持续推进，施工区域内原有燃气管、给水管、通信电缆及电力电缆等市政管线经常需要进行临时迁改、过渡敷设或保护性改移，以满足主体工程施工和周边市政设施连续运行的要求。现有临时布设方式通常包括埋地敷设、设置独立支架架空敷设以及临时附挂于既有设施等形式。

2、埋地敷设需要额外开挖沟槽、回填和恢复路面，在施工场地狭窄、地下构筑物密集或既有管线复杂的情况下，容易与主体工程施工范围发生冲突，并增加地下空间占用和施工协调难度。独立支架架空敷设虽然可减少地下开挖，但支架系统与施工围蔽系统通常相互独立，需要重复设置底座、立柱及稳定构件，额外占用交通导改区域或施工机械通道。

3、不同类别的临时管线对承载稳定性、变形控制和防护要求并不相同。给水管自重较大，宜设置于较低层位；燃气管对接口位移、局部应力和脱离支承位置的风险更为敏感；通信电缆和电力电缆还需要避免悬垂、挤压及交叉干扰。现有临时围蔽大多仅承担隔离和防护作用，未将管线重量、支架偏心作用、车辆擦碰或施工机械撞击产生的荷载纳入统一受力体系，也缺少对燃气管等高安全等级管线的缓冲、二次限位及状态监测。

4、此外，现有工程设计常依据单个构件承载力或经验尺寸确定围蔽、底座和支架参数，缺少针对围蔽—管线—地基协同体系的抗撞击分析流程。即使采用有限元软件进行验算，也多停留于输出位移云图或应力云图，尚未形成将计算结果用于确定底座形式、立柱与斜撑参数、管线层位、限位件参数及监测报警阈值的完整技术方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种施工围蔽系统及其抗撞击设计方法，能够将施工围蔽与临时管线支承体系集成于一体，不同类别管线可以分层承载及针对性防护。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种施工围蔽系统，包括

4、围蔽主体单元，围蔽主体单元包括沿施工区域边界连续或间隔设置的多个底部支承结构，底部支承结构上固设有竖向立柱，相邻竖向立柱之间设置有横向围蔽构件和中部稳定支架；

5、管线承载单元，管线承载单元包括用于承载管道的横向支承托架和用于固定电缆的电缆托架，横向支承托架和电缆托架安装于竖向立柱的不同高度位置；

6、限位缓冲单元，包括套设于燃气管外周的抱箍、位于抱箍与燃气管外壁之间的弹性缓冲垫层、以及连接抱箍的限位件，限位件具有预设松弛量或预张紧力，当燃气管的位移超过预设范围时，限位件张紧并对燃气管形成二次约束；

7、侧向稳定单元，包括设置于围蔽主体单元一侧的斜撑杆，斜撑杆的一端与竖向立柱、横向支承托架或中部稳定支架连接，另一端与底部支承结构或地面连接；

8、状态监测单元，用于检测燃气管偏移量、限位件拉伸量或张紧状态、围蔽倾斜角、支架应变或撞击响应。

9、进一步地，底部支承结构采用预制混凝土底座、钢筋混凝土底座或钢结构配重底座，底部支承结构设置有增大接地面积的底部扩展结构、相邻底座之间的榫卯配合结构、底面凸肋、凹槽或防滑纹路；底部支承结构还设置有承载槽、贯通孔、弧形支承座或半包覆支承座，用于将水管布置于围蔽主体单元的低位承载区域。

10、进一步地，相邻竖向立柱的上部设有上部横向连接支架，以提高围蔽上部区域的整体刚度和协同受力能力。

11、进一步地，弹性缓冲垫层采用橡胶、弹性体、高分子柔性材料、复合减振材料或泡沫缓冲材料制成，限位件为限位绳、限位带或拉索。

12、进一步地，底部支承结构、竖向立柱、横向围蔽构件及管线承载单元构成模块化装配体系，各构件之间通过螺栓连接、插接连接、卡接连接或法兰连接实现快速安装、拆卸、迁移和重复利用。

13、一种施工围蔽系统的抗撞击设计方法，包括以下步骤：

14、s101，获取参数步骤：获取围蔽参数、管线参数、地基参数、连接参数和撞击参数；

15、s102，建立协同模型步骤：根据s101获取的参数，建立围蔽—管线—地基协同计算模型；

16、s103，设置边界与工况步骤：在s102建立的协同计算模型中设置构件连接关系、界面接触条件、边界条件和撞击工况；

17、s104，求解步骤：对s103设置完毕的协同计算模型进行求解，计算围蔽与管线的位移、应力、支承反力、界面滑移、倾斜角及限位件拉力，并作为评价量；

18、s105，安全判定步骤：将s104求解得到的各评价量与对应允许值进行比较，判断各评价量是否均不超过对应允许值；

19、s106，参数调整步骤：当s105中任一评价量超过对应允许值时，调整底部支承结构宽度或质量、竖向立柱截面或间距、横向支承托架悬挑长度、中部稳定支架位置、斜撑杆数量或角度、管线层位、弹性缓冲垫层厚度或刚度、限位件松弛量或预张紧力中的至少一项参数，并返回s102更新协同计算模型后再次执行s103至s105，直至各评价量均满足安全条件；

20、s107，确定监测阈值步骤：根据s106中满足安全条件时的燃气管相对位移、限位件拉力、围蔽倾斜角或支架应变，确定正常阈值、预警阈值和报警阈值，并将预警阈值和报警阈值写入状态监测单元。

21、进一步地，s103中，撞击工况采用等效静力法模拟时，等效撞击力和等效面荷载分别按下式确定：

22、feq=m·v/δt，peq=feq/a；

23、式中，m为撞击体质量，v为撞击速度，δt为撞击持续时间，a为撞击荷载作用面积，feq的量纲为力，peq的量纲为面荷载。

24、进一步地，s102中，当临时管线采用等效截面建立计算模型时，使等效模型与实际管线具有相同或相近的单位长度质量，并使轴向刚度和弯曲刚度满足：eeqaeq≈ea，eeqieq≈ei；

25、式中，e、a和i分别为实际管线的弹性模量、截面面积和截面惯性矩，eeq、aeq和ieq分别为等效模型对应参数。

26、进一步地，s105中，围蔽和管线的位移、应力及底部界面滑移按下列条件进行判定：

27、，；

28、，；

29、式中，ue,max为围蔽结构最大位移，up,max为管线最大位移，σvm,max为管线最大mises等效应力，smax为底部界面最大滑移量；方括号内为根据管线类别、接口形式、工程条件、产权单位要求和适用标准确定的允许值，fd为相应材料的强度设计值。

30、进一步地，s107中，正常阈值根据常态施工扰动下的响应范围确定，预警阈值低于报警阈值，报警阈值低于对应结构或管线的失效控制值；当监测值达到预警阈值时触发预警信号，当监测值达到报警阈值时触发报警信号。

31、总的说来，本发明具有如下优点：

32、（1）本发明将施工隔离、临时管线承载、分层布设、侧向稳定、缓冲限位和状态监测集成为统一结构，可减少地下开挖和临时管线独立支架的重复设置，节约施工场地。

33、（2）竖向立柱上的可调安装孔位、安装槽口或可调连接部，可根据不同管径、线缆类型、现场净空和检修要求调整管线安装高度、左右位置和相对层位，提高适应性。

34、（3）横向支承托架、中部稳定支架、斜撑杆及上部横向连接支架形成连续传力路径，可将管线偏心荷载和撞击荷载传递至底部支承结构或地面，提高围蔽整体刚度和抗变形能力。

35、（4）将自重较大的水管布置于底部支承结构的低位承载区域，有利于降低体系重心；通信电缆和电力电缆分设于独立安装区域，可降低悬垂、挤压和交叉干扰风险。

36、（5）燃气管采用弹性缓冲垫层初级缓冲与限位件二次约束的分阶段防护方式，可减小抱箍刚性夹持引起的局部应力集中，并限制异常位移。

37、（6）状态监测单元能够检测燃气管位移、限位件拉力、围蔽倾斜角或支架应变，并根据分级阈值输出预警或报警信号，有利于施工期间及时处置异常状态。

38、（7）底部扩展结构、榫卯配合结构、底面凸肋、凹槽或防滑纹路能够提高底部支承结构的接触稳定性、抗滑移能力和抗倾覆能力。

39、（8）模块化连接方式能够实现围蔽模块及管线承载部件的快速安装、拆卸、迁移和重复利用，适用于地铁车站、区间明挖段、市政道路改造、基坑围挡及临时管线迁改等场景。

40、（9）抗撞击设计方法同时考虑围蔽、管线、底座、地基和界面接触，可识别围蔽中部、管线跨中、底座接触面及转弯段等关键部位，避免仅对单一构件进行验算。

41、（10）通过比较不同底座形式、管线层位、支架及斜撑布置的计算结果，可由位移、应力、界面滑移及倾斜响应反向确定结构参数，并进一步确定监测位置和分级报警阈值，形成设计—监测—处置闭环。