武漢市地鐵2號線江漢路站主體結構變形計算

2013-08-22 08:10:00謝俊

山西建筑 2013年9期

謝俊

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司城地院結構所，湖北武漢 430063)

0 引言

近年來，隨著科技水平和人們生活質量的不斷提高，私家車輛越來越多，尤其是像北京、上海等大城市，這就使得交通擁擠變得越來越嚴重，因此，為了緩解地面交通的壓力，大規模發展城市軌道交通成為交通發展的趨勢［1］。本文主要對武漢市軌道交通2號線一期工程中間站點——江漢路站的主體結構進行變形計算分析，為主體結構的設計和施工提供有力的理論依據。

1 工程概況

江漢路站為武漢市軌道交通2號線一期工程中間站點，為軌道交通2號線和6號線的換乘站。由于受江漢路站—積玉橋站過江區間埋深控制，2號線江漢路站設計為地下4層島式站臺車站，物業開發的地下1層為商業，地下2，3層為車庫，分別與地鐵車站地下1，2，3層合建。根據設計方案，地下結構分車站部分和地下物業開發兩部分，地面還建商業用房與地下結構同時建設。除花樓街下方地下車站部分頂板覆土約0.7 m外，其他部分地下結構均位于地面還建商業用房下方。地面還建商業用房為7層框架結構，地面建筑總高度約30 m。還建商業用房的內部柱底荷載通過地下結構框架柱傳力于地下結構基礎，外圍柱底荷載傳力于地下結構的圍護結構。地下結構的基礎設計，車站部分基礎采用一柱多樁承臺基礎，物業開發部分基礎采用一柱一樁基礎。車站圍護結構采用1 000 mm厚地下連續墻，主體結構采用雙層疊合墻結構，地下連續墻為主體結構的一部分，物業開挖部分采用蓋挖逆筑法施工物業開發部分地下結構，圍護結構采用800 mm厚地下連續墻，主體結構采用雙層疊合墻結構，地下連續墻為主體結構的一部分。

2 主體結構計算原則及模型建立

主體結構為雙層疊合結構，按雙墻合一考慮，采用三維空間模型計算分析，結構與周邊土體相互作用采用彈性地基模擬，對主體結構按施工、使用階段的實際工況進行分析。計算采用結構—荷載模式，按荷載最不利組合進行結構的抗彎、抗剪、抗壓、抗扭強度和裂縫寬度驗算。施工期間水、土壓力主動區土壓力按主動土壓力計算，被動區土壓力根據結構的變位取被動土壓力或界于被動土壓力與靜止土壓力之間的經驗值，黏性土按水土合算考慮，砂性土按水土分算考慮。正常使用期間水、土壓力按靜止土壓力計算，水土分算考慮。

基于以上原則，本站主體結構根據施工及正常使用工況計算可按以下七大工況進行模擬計算:

1)工況一。

明挖順作地鐵車站封頂工況。本工況坑外地下水位按地面下1 m考慮，坑內地下水位位于底板部位，坑外水、土壓力按靜止土壓力來進行計算。頂板活載按10 kPa考慮，其他各層樓板按5 kPa考慮。

2)工況二。

蓋挖施工物業基坑頂板結構工況。本工況物業基坑開挖至頂板下方1.5 m。地鐵車站坑外地下水位按地面下1 m考慮，坑內地下水位位于底板部位;物業基坑坑內外水位同基坑開挖面。由于物業基坑開挖，施工期間水、土壓力主動區土壓力按主動土壓力計算，被動區土壓力根據結構的變位取被動土壓力或界于被動土壓力與靜止土壓力之間的經驗值，黏性土按水土合算考慮，砂性土按水土分算考慮。整個地下結構頂板活載按10 kPa考慮，地鐵車站其他各層樓板按5 kPa考慮。

3)工況三。

物業基坑開挖至地下1層樓板以下1.5m工況。地鐵車站坑外地下水位按地面下1 m考慮，坑內地下水位位于底板部位;物業基坑坑內外水位同基坑開挖面。施工期間水、土壓力主動區土壓力按主動土壓力計算，被動區土壓力根據結構的變位取被動土壓力或界于被動土壓力與靜止土壓力之間的經驗值，黏性土按水土合算考慮，砂性土按水土分算考慮。整個地下結構頂板活載按10 kPa考慮，地鐵車站其他各層樓板按5 kPa考慮。

4)工況四。

物業基坑開挖至地下2層樓板以下1.5m工況。地鐵車站坑外地下水位按地面下1 m考慮，坑內地下水位位于底板部位;物業基坑坑內外水位同基坑開挖面。施工期間水、土壓力主動區土壓力按主動土壓力計算，被動區土壓力根據結構的變位取被動土壓力或界于被動土壓力與靜止土壓力之間的經驗值，黏性土按水土合算考慮，砂性土按水土分算考慮。整個地下1層樓板活載按10 kPa考慮，其他各層樓板按5 kPa考慮。

5)工況五。

物業基坑開挖至物業基坑基底工況。地鐵車站坑外地下水位按地面下1 m考慮，坑內地下水位位于底板部位;物業基坑坑內外水位同基坑開挖面。施工期間水、土壓力主動區土壓力按主動土壓力計算，被動區土壓力根據結構的變位取被動土壓力或界于被動土壓力與靜止土壓力之間的經驗值，黏性土按水土合算考慮，砂性土按水土分算考慮。整個地下2層樓板活載按10 kPa考慮，其他各層樓板按5 kPa考慮。

6)工況六。

物業基坑底板施工工況。本工況為整個地下結構竣工初期工況。地鐵車站坑外地下水位按地面下1 m考慮，坑內地下水位位于底板部位;物業基坑坑內外水位位于物業基坑底板部位。該階段水、土壓力按靜止土壓力計算，水土分算考慮。整個地下2層樓板活載按10 kPa考慮，其他各層樓板按5 kPa考慮。

7)工況七。

正常使用工況。整個地下結構坑內、外地下水位按地面下1 m考慮，水、土壓力按靜止土壓力計算，水土分算考慮。整個地上、地下結構整體按空間模型進行計算，各層樓板荷載按使用荷載考慮。

本文采用MIDAS/Gens7.3版大型有限元分析軟件，建立工況一、工況六和七作用下的整體結構模型(如圖1，圖2所示)，并對其進行內力變形計算分析。其中采用梁單元模擬梁、柱、樁;板單元模擬疊合墻、地連墻、樓板和承臺。梁、板單元的截面特性及材料按結構實際取值，節點位置取結構中心點。單元按1 m一個單元建模。