地鐵暗挖車站主體圍護結構計算分析

李鐵男

（沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧 沈陽 110013）

地鐵暗挖車站主體圍護結構計算分析

李鐵男

（沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧 沈陽 110013）

該地鐵車站為暗挖車站，采用PBA工法。PBA工法隨著地鐵施工技術的日益發展，越來越受到大家的重視。先以某地鐵車站為例，分析計算在采用PBA逆作時，車站主體圍護結構各階段的受力情況。

地鐵車站 PBA逆作 主體圍護結構 受力分析

1.工程概況

表1 地層參數表

該車站位于某市主干道下，地面標高取43.9m，斷面結構型式為二層單柱雙跨島式站臺。車站主體總長度177.30m,標準段結構總寬度19.7m,高度15.94m，結構拱頂覆土厚度8.9m。

1.1 地層參數

地質情況如表1。

1.2 荷載情況

1.結構自重：按鋼筋混凝土容重25 kN/m3，混凝土收縮：按降溫15℃考慮。

2.豎向土壓力按全部土柱重量考慮，側向土壓力按靜止土壓力考慮。

3.地面超載：按20 kN/m2考慮。

4.施工活載：按8 kN/m2考慮。

2.圍護結構設計及分析

2.1 建模

淺埋暗挖車站采用荷載結構模型，車站簡化為平面應變問題求解，將中間柱根據抗壓剛度等效的原則換算為墻進行計算。圍護樁換算為墻，并同二襯結構整體分析，并考慮PBA法施工工藝對各部分內力的影響,根據基坑開挖及地下結構施工過程的不同工況采用彈性支點法計算，并采用施工階段非線性手段的分析方法。計算考慮施工階段，所述荷載僅僅為各分析步的綜合荷載情況，整個分析過程中荷載及結構構件是一個逐步增減的過程。按施工過程中地下水位控制在土體開挖深度下一米考慮。樁側、樁底、及柱底，底板均為彈性約束。

2.2 分析結果

由于施工期間降水，故結構只受土壓力和地面超載作用。初期支護與二次襯砌組成的主體結構置于彈性地基之上，初期支護在施工期間圍護車站的穩定，在使用階段與二次襯砌結合在一起，起到永久支護的作用。初期支護與二次襯砌之間采用壓桿連接，復合襯砌承載后的變形收到圍巖的約束，地層與結構產生共同作用，采用土彈簧模擬。

分析施工階段下的三種工況，分別為：

工況一：初支、中柱及邊樁均施工完成后，開挖土體，開挖土體，澆筑拱部二襯。

工況二：開挖土體至中板下一定距離，施作站廳板及邊墻。

工況三：開挖土體至基底標高，施作底板及部分邊墻。

三種工況下內力如圖1～圖6所示。

圖1 . 工況一彎矩圖

圖2 . 工況一軸力圖

圖3 . 工況二彎矩圖

圖4 . 工況二軸力圖

圖5 . 工況三彎矩圖

圖6 . 工況三軸力圖

3.結論

通過對該車站施工階段的分析，得到三種工況下結構的受力情況，進而得到如下結論：

1. 從以上分析來看，中柱的所受豎向軸力非常大，達到了3650KN，是整個結構的頂梁柱，施工時在中柱達到要求抗壓強度后，方可進行拱部的施工。

2.邊墻的存在有效的分擔了圍護樁的豎向軸力。在施作底板時，邊墻承受了2300KN的豎向軸力，為圍護樁所受軸力的3倍。可見在土體開挖中，邊墻的澆筑應及時跟上，使之與圍護樁共同承擔豎向軸力及側向土壓力。

3.PBA工法有效的結合了蓋挖法和暗挖法，充分發揮兩者的優勢。其施工工法靈活，可順作，可逆作。在扣拱后，形成了拱，樁，梁的穩定支撐體系來承受豎向荷載。施工時應加強監測，堅持信息化施工，保障施工安全。

4.本文僅僅以三個工況模擬PBA施工時的受力情況，在整個的施工過程中還略顯不足。不過通過分析可以看到整體所受內力的影響。希望可以對實際工程有一定的指導意見。

[1]《地鐵設計規范》（GB 50157-2013）中國建筑工業出版社 2013-08-08發布 2014-03-01 實施

[2]《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012）中國建筑工業出版社 2012-05-28發布

[3]馮衛星，韓少光．“雙拱雙層單柱”式地鐵車站結構分析[J]．石家莊鐵道學院學報，1995(9)

[4]李曉霖．地鐵車站 PBA工法的數值模擬研究[J]．地下空間與工程學報，2007(10)

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1007–6344（2015）01–0215–01