明挖地鐵結構設計方案研究

明挖地鐵結構設計方案研究摘要：本文以北京地鐵怡?；▓@站為例，通過理論分析與有限元數(shù)值計算，得出在北京地區(qū)明挖地鐵車站結構設計的合理方案，為類似工程設計提供參考。關鍵詞：明挖法，地鐵車站，結構設計工程概況 地鐵怡?；▓@站位于北京市豐臺區(qū)南四環(huán)北側(cè)萬壽路南延路下，呈南北向布置，現(xiàn)狀路寬約8m，車站的西側(cè)公交總站位于規(guī)劃路上，東側(cè)臨近路邊25m的綠化帶。周邊場地較為開闊，無控制性建筑物，車站主體處無控制性地下管線。車站頂板覆土3m，底板埋深16m。 車站結構全長約182.45m，標準段寬度約23.4m；車站設4個出入口和2個風道，車站結構采用明挖法施工。工程地質(zhì)及水文地質(zhì)1．工程地質(zhì) 車站土層分布自上而下依次為人工填土、新近沉積土層、第四紀晚更新世沖洪積地層。 （1）人工填土層 粉土填土層：黃色～黃褐色，稍密～中密，濕，含磚渣、灰渣，局部為耕植土。 （2）新近沉積層 粉細砂層：黃褐色，松散～中密，濕，含云母、氧化鐵，局部夾粉土薄層，標準貫入錘擊數(shù)N=13～28，屬中密土層；圓礫層：雜色，中密，濕，重型動力觸探N63.5=20～54，最大粒徑不小于200mm（依據(jù)探井資料），一般粒徑7～50mm，粒徑大于2mm顆粒含量約為總質(zhì)量60～85％，亞圓形，細中砂充填。 （3）第四紀晚更新世沖洪積層 圓礫卵石層：雜色，密實，濕，重型動力觸探N63.5=31～90，最大粒徑不小于420mm（依據(jù)探井資料），一般粒徑20～80mm，亞圓形，中粗砂充填。粉質(zhì)粘土層：褐黃色，硬塑，屬中壓縮性土，含云母、氧化鐵。卵石層：雜色，密實，飽和，重型動力觸探N63.5=55～90，最大粒徑不小于400mm，一般粒徑30-80mm，大于20mm顆粒約占總質(zhì)量的60～70%，亞圓形，中粗砂充填。 粉細砂層：褐黃色，密實，飽和，屬低壓縮性土，含個別礫石。 粉質(zhì)粘土層：灰黃色～褐黃色，硬塑，屬低壓縮性土，含云母、氧化鐵，不連續(xù)分布。 礫巖層：以棕黃色為主，強風化～中風化，松散膠結，礫石成分主要為花崗巖、石英巖等，亞圓形，最大粒徑不小于150mm，一般粒徑40～80mm，夾砂巖薄層，易崩解破碎；泥巖⑾1層：以紅色、灰白色為主，強風化，部分風化為粘性土，結構大部分破壞，礦物成分發(fā)生顯著變化。2．水文地質(zhì) 車站水位埋深較深，地下水位遠低于車站結構底板。車站采用明挖法施工，施工期間可不考慮降水，但應考慮地下水的動態(tài)變化及上層滯水的影響。施工中對于局部的上層滯水和雨水等，可在基坑內(nèi)設置排水溝和集水坑，采用明排的方式處理。 車站地下水潛水對混凝土結構無腐蝕性；在干濕交替環(huán)境下對鋼筋混凝土結構具有弱腐蝕性，在長期浸水的環(huán)境下對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性。計算荷載 車站結構設計主要考慮以下幾種荷載，如表1所示。計算簡圖與結果 計算模型沿車站縱向取單位長度按平面桿系有限元法進行計算。結構構件根據(jù)承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的要求，分別進行承載能力的計算及穩(wěn)定、變形、裂縫寬度驗算。結構計算中應考慮鉆孔樁對主體結構受力的影響。 正常使用階段結構內(nèi)力分析考慮施工階段和長期使用兩種工況，施工階段不考慮地下水的影響，長期使用工況按抗浮設防水位計算，取兩者包絡值進行結構設計。 結構計算簡圖如圖1所示。在該模型中，土的彈性抗力可以用受壓彈簧模擬，計算時可以用疊代法實現(xiàn)。 計算結果：經(jīng)過有限元數(shù)值分析，標準段結構內(nèi)力計算圖如圖2所示。由于考慮圍護樁的作用，車站主體隨著使用時間的增加，圍護樁的剛度會不斷削弱，主體結構各層板的跨中彎矩會隨之增加，因此在結構配筋時，跨中受力鋼筋的設計應應引起充分注意。 標準段設計方案：根據(jù)各種工況下的結構計算分析，得出地震階段對結構設計不起控制作用，依據(jù)正常使用階段和人防階段的內(nèi)力結果擬定本站主要結構斷面尺寸如表3所示，標準段結構斷面圖如圖3。結論 本計算采用水土分算的加載形式，水荷載作用在結構主體上，土荷載作用在圍護上?？紤]到施工階段、初始使用階段、正常使用階段、后期使用階段、地震作用、人防作用等多種工況，經(jīng)過內(nèi)力分析，地震階段對結構設計不起控制作用。經(jīng)過綜合分析，在北京地區(qū)用明挖法修建地鐵車站時，采用上述方案是合理可行的。