[明挖法地鐵車站結構設計探討]地鐵車站明挖法的優點

發布時間:2019-08-28 01:29:36 來源: 文章閱讀 點擊:

  摘要:當今社會發展,對于常用的地鐵結構形式、圍護結構進行總結。結合地鐵結構設計中存在難題:地鐵結構計算問題、地鐵結構耐久性問題、地鐵結構變形縫設置問題等。做出分析進行探討。
  關鍵詞:明挖法;地鐵車站;結構設計
  中圖分類號:U231+.4 文獻標識碼:A
  引言
  隨著當今交通業的快速發展,地鐵工程已成為城市處理交通難題的選擇。在地鐵工程中,明挖法在地鐵車站施工中所占比例相對而言也比較大。地鐵車站結構有其自身的結構特殊性,例如:墻板結構尺寸較厚、頂板覆土較厚、結構設計受線路、通風、給排水等多項專業的影響。因為周邊環境的多樣性、巖土地層的復雜性、施工技術的變化性以及設計理論的局限性,促使地鐵結構設計人員在設計中會遇到問題或不完善的地方,做出分析。
  1.地鐵車站結構設計中需要考慮的原則
  1.1在結構設計的過程中,要根據使用條件、結構類型、施工工藝以及荷載特性等進行設計。
  1.2對于地鐵車站結構凈空尺寸來說,不僅要滿足建筑設計、建筑限界、施工工藝以及一些使用要求,還要對施工誤差、結構變形、測量誤差以及后期沉降等進行充分的考慮。
  1.3地鐵車站結構設計的過程中,要以車站結構類型以及施工方法作為依據,按照相關的規范對施工階段以及正常使用階段分別進行強度的計算,并進行穩定性、剛度以及裂縫寬度的計算和驗算。一般來說,我們還要依照使用要求、結構類型、環境條件等因素對鋼筋混凝土裂縫寬度進行確認。
  1.4地鐵車站結構設計過程中要對運營、施工、城市規劃、防水、防火以及防雜散電流等進行充分的考慮,并按照100年使用壽命設計,確保結構具有很強的耐久性。
  1.5地鐵車站結構設計過程中的抗浮穩定驗算要按照最為不利的情況進行,不對側壁摩擦阻力進行考慮的時候,要確保抗浮安全系數不小于1.05,如果考慮側壁摩阻力,則要確保其抗浮安全系數不小于1.15,如果滿足不了這一要求,則應采取相關的抗浮措施。
  1.6地鐵車站結構設計的時候要進行抗震驗算,并且按照抗震設防烈度提高一度的要求進行抗震構造措施的選擇,進而提升整體抗震能力。
  1.7設計過程中要對施工給車站周邊所帶來的影響進行充分考慮,降低其負面影響。
  1.8地鐵車站結構要進行人防荷載的驗算,在核爆炸作用下,動力分析采用等效靜載法,主體結構及出入口按等效靜荷載均勻作用在結構各部位上進行計算。
  1.9針對深基坑支護結構以及其相關構件來說,要符合穩定、強度以及變形的要求,當使用降水措施的時候,要對地表沉降量進行嚴格的控制,確保重要管線以及鄰近建筑物的管線能夠正常的使用,此外我們還要依照安全等級提出相應的監測要求。
  2.明挖法地鐵車站圍護結構設計應注意的問題
  2.1應根據現場實際情況選擇合理的基坑支護方案。支護結構方案應根據基坑周邊環境、開挖深度、工程地質與水文地質、施工作業設備和施工季節、經濟性等條件綜合考慮,支護結構型式的造價從低至高的排列順序依次為放坡、土釘墻、水泥土攪拌樁、SMW工法、排樁、地下連續墻。如條件允許,應盡量采用坑外降水,以減少水土側向壓力。當采用樁(墻)支護時,應盡量降低樁頂標高,樁頂以上土體采用放坡、磚墻、土釘墻或者噴錨等方式進行支護。舉例來說,兩層標準地鐵車站埋深一般為16米,樁插入深度取為6m,總樁長為22米左右,如果我們降低樁頂標高3米,樁長變為19米,節約的圍護樁(墻)工程量就有13%之多。
  2.2將圍護結構設計與主體結構綜合考慮起來進行設計。地下連續墻基坑支護作為主體結構的一部分加以利用,既可節約工程投資,又減少了資源的消耗,符合可持續發展的要求,所以在設計中應特別注意。復合式地下墻結構中,設計一般考慮土壓力由圍護結構承擔,而水壓力由主體結構側墻承擔。灌注樁圍護結構作圍護結構又作為主體永久結構的一部分時,在施工階段,灌注樁只做強度計算;使用階段,考慮其先期承受的外部荷載因材料性能退化和剛度下降向內部襯砌的轉移,初步設計階段其剛度可暫按折減到70%考慮。、
  2.3圍護樁配筋問題。目前圍護樁配筋時往往采用圓形截面沿周邊均勻配置鋼筋的公式(即混凝土結構設計規范)進行設計,事實上圍護樁的正彎矩和負彎矩往往大小不同,均勻配筋有時會造成很大的浪費。因此對于圍護樁正、負彎矩相差較大的情況下,建議采用《建筑基坑支護規程》相關公式(即沿截面受拉區和受壓區周邊配置局部均勻縱向鋼筋或集中縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土樁的正截面承載力設計方法)進行設計。
  3.結構計算
  3.1 計算方法設計理論
  結構計算方法其實是力學模型的建立,主要涉及空間假定與平面假定,板單元、梁單元以及梁與板作為共同體的受力等,下面幾種計算方法都有其一定合理性,但又有其局限性。
  (1)橫斷面計算法。沿車站縱向截取單位長度的橫斷面結構,將墻、板假設成單位長度的梁單元,將框架柱按剛度或面積換算成單位長度的厚度,底板與地基間采用彈性假設,用豎向基床系數與底板單元長度的積作為地基彈簧剛度,用荷載——結構模型按有限元法進行內力計算,根據不同的荷載組合得到結構的內力包絡圖。對于縱梁,則是根據通常的板梁柱傳力方式,由板傳給梁(或根據斷面計算得到的單位長度支撐點的支點反力反算梁的荷載),形成梁的荷載,柱作為梁的支點,根據多跨連續梁結構進行梁的內力計算。此種方法是目前采用最多也是最簡化的一種計算方法。
  (2)空間梁系計算方法。取空間結構,將板、墻劃分成較密的網格,用密集的梁單元代替這些板和墻,并與實際的梁、柱結構組成梁單元體系,荷載作用于節點上,用有限元法對整體結構體系進行內力計算分析。
  (3)空間板系計算法。按照空間體系將結構進行網格劃分,將板、墻、梁和柱按照各自的結構尺寸,采用 4 節點或 8 節點等參元劃分成板單元,用有限元法進行結構內力分析計算。
  (4)空間梁板系計算法。按照空間體系將結構進行網格劃分,將板、墻按照各自的厚度,采用4 節點或 8 節點等參元劃分成板單元,而梁、柱依然采用梁單元框架體系,用混合元結構進行結構內力計算分析。
  3.2計算難點
  對于地下結構的計算受現有計算軟件的限制,一般都是分構件單獨計算,梁、柱、墻都是分開計算,這就需要結構設計師要對受力體系非常明了,力的傳遞路徑非常清楚,并且能對各種工況進行比較分析,并從中選擇最不利的工況進行結構計算配筋。下面我就自己所遇到的難點問題和大家共同探討。
  縱梁體系的計算,一般我們會碰到按連續梁計算或是按簡支梁計算的問題,兩種計算模式下,對于支座和跨中的彎矩分配差別很大,為了盡可能的接近實際受力狀態,我們一般把同一軸線上縱梁放在一塊進行計算,以體現彼此約束的能力,邊跨一般采用鉸接,端墻對縱梁的約束作用不是很大,但不能完全為零,這就需要我們根據以往經驗,靈活應用。單跨次梁受力比較復雜,單獨計算很難反映真實的受力模式,需要建立一個平面的框架受力模式進行計算,或者進行三維分析。
  盾構端受力體系比較復雜,且由于盾構的吊出等因素,最好是把施工工況下的結構布局拿出來進行整體計算,進行三維分析后的結構配筋也能有所減少,結構模型更接近于實際情況。
  4.結語
  地鐵在城市發展中的經濟效益和社會效益是有目共睹的。目前《地鐵設計規范》(GB 50157-2003)條文過于寬泛,結構設計理論方面顯得較為籠統,使得設計人員針對具體工程從理論上難以操作;或者由于設計人員自身的經驗、理論水平、對工程理解的差異,可能會造成設計的混亂,甚至錯誤,這有可能造成不必要的浪費或潛在的災害,對于動輒投資上億的地鐵車站,其直接損失和間接損失都是不容忽視的。
  參考文獻:
  [1]GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S]
  [2]GB50009-2001建筑結構荷載規范[S]
  [3]GB50011-2001建筑抗震設計規范[S]

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