地鐵暗挖車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算分析

李鐵男

（沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110013）

地鐵暗挖車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算分析

李鐵男

（沈陽鐵道勘察設(shè)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(shù)的日益發(fā)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(hù)結(jié)構(gòu)各階段的受力情況。

地鐵車站 PBA逆作 主體圍護(hù)結(jié)構(gòu) 受力分析

1.工程概況

表1 地層參數(shù)表

該車站位于某市主干道下，地面標(biāo)高取43.9m，斷面結(jié)構(gòu)型式為二層單柱雙跨島式站臺。車站主體總長度177.30m,標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)總寬度19.7m,高度15.94m，結(jié)構(gòu)拱頂覆土厚度8.9m。

1.1 地層參數(shù)

地質(zhì)情況如表1。

1.2 荷載情況

1.結(jié)構(gòu)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(cè)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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析

2.1 建模

淺埋暗挖車站采用荷載結(jié)構(gòu)模型，車站簡化為平面應(yīng)變問題求解，將中間柱根據(jù)抗壓剛度等效的原則換算為墻進(jìn)行計算。圍護(hù)樁換算為墻，并同二襯結(jié)構(gòu)整體分析，并考慮PBA法施工工藝對各部分內(nèi)力的影響,根據(jù)基坑開挖及地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(cè)、樁底、及柱底，底板均為彈性約束。

2.2 分析結(jié)果

由于施工期間降水，故結(jié)構(gòu)只受土壓力和地面超載作用。初期支護(hù)與二次襯砌組成的主體結(jié)構(gòu)置于彈性地基之上，初期支護(hù)在施工期間圍護(hù)車站的穩(wěn)定，在使用階段與二次襯砌結(jié)合在一起，起到永久支護(hù)的作用。初期支護(hù)與二次襯砌之間采用壓桿連接，復(fù)合襯砌承載后的變形收到圍巖的約束，地層與結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(biāo)高，施作底板及部分邊墻。

三種工況下內(nèi)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(jié)論

通過對該車站施工階段的分析，得到三種工況下結(jié)構(gòu)的受力情況，進(jìn)而得到如下結(jié)論：

1. 從以上分析來看，中柱的所受豎向軸力非常大，達(dá)到了3650KN，是整個結(jié)構(gòu)的頂梁柱，施工時在中柱達(dá)到要求抗壓強(qiáng)度后，方可進(jìn)行拱部的施工。

2.邊墻的存在有效的分擔(dān)了圍護(hù)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(hù)樁所受軸力的3倍。可見在土體開挖中，邊墻的澆筑應(yīng)及時跟上，使之與圍護(hù)樁共同承擔(dān)豎向軸力及側(cè)向土壓力。

3.PBA工法有效的結(jié)合了蓋挖法和暗挖法，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)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(wěn)定支撐體系來承受豎向荷載。施工時應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)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(nèi)力的影響。希望可以對實際工程有一定的指導(dǎo)意見。

[1]《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）中國建筑工業(yè)出版社 2013-08-08發(fā)布 2014-03-01 實施

[2]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）中國建筑工業(yè)出版社 2012-05-28發(fā)布

[3]馮衛(wèi)星，韓少光．“雙拱雙層單柱”式地鐵車站結(jié)構(gòu)分析[J]．石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，1995(9)

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

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1007–6344（2015）01–0215–01