力 輝, 溫江豐
(中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司,天津 300133)
地鐵車站在軌道交通中起著樞紐作用,是乘客集散、候車的場所。車站出入口常以分散的形式布置,以便更好地吸引和疏散客流,通常1個車站設(shè)有至少2個出入口。在軌道交通運營中,車站的安全穩(wěn)定尤為重要,而出入口是連接車站與外界的通道,其結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣關(guān)系著整個車站的安全穩(wěn)定。
旗峰公園站位于旗峰路和東莞大道交叉路口處,東南象限為旗峰新村,東北象限為旗峰山公園廣場,西南象限為東莞市委黨校,西北象限為休閑廣場。本站附屬包含A、B、C、D、E共5個出入口及2個風(fēng)亭組,出入口及風(fēng)亭組均為地下1層結(jié)構(gòu)。
出入口通道包含斜向通道 (從地下通向地面的部分)、水平通道(連接車站站廳的部分)。由于包含有電梯坑、集水坑等,斜通道底板往往高低不平,不但給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來諸多不便,而且開挖過程中還會擾動土體、降低地基承載力,需進行地基加固處理。針對以上情況,設(shè)計過程中對出入口斜通道底板進行優(yōu)化,讓電扶梯、人行樓梯以及電梯基坑等均包含于底板內(nèi),使得底板較為規(guī)則。此舉不但方便結(jié)構(gòu)設(shè)計計算,還利于施工,提升施工速度,降低工程成本。
地鐵出入口基坑深度大部分為8~12m,局部加深段為12~15m,基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為一級。本站出入口基坑大部分位于淤泥質(zhì)黏土<3-4>、中砂<3-10>、殘積層<6-6>,局部位于全風(fēng)化巖<10-1>中。殘積土顆粒成分具有“兩頭大、中間小”的特點,動水壓力過大時,容易導(dǎo)致管涌、流土等現(xiàn)象發(fā)生,所以基坑圍護結(jié)構(gòu)采取地下連續(xù)墻形式。出入口基坑豎向設(shè)置2道支撐,第一道支撐采用600×800鋼筋混凝土支撐;第二道支撐采用φ600mm、t=14mm鋼管支撐。
圍護結(jié)構(gòu)計算采用《理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計》軟件,按增量法進行計算。計算考慮的主要荷載有水土壓力、地面超載、施工荷載等。地面超載一般取q=20 kPa,盾構(gòu)端頭井取q=70 kPa。基坑外側(cè)土壓力采用朗金主動土壓力,砂性土采取水土分算,黏性土采取水土合算。整體穩(wěn)定性安全系數(shù)取1.35,圍護結(jié)構(gòu)計算模式見圖3。
圖1 出入口平面圖
圖2 出入口縱剖面圖
圖3 彈性支點法計算示意圖
一般出入口通道縱向長為30~50m,橫向?qū)挒?~7m。可認為作用于通道縱向上的荷載在一定范圍內(nèi)是均勻不變的,通道橫向環(huán)框承受著大部分外力荷載。沿通道縱向截取1m框架作為計算單元,將三維空間結(jié)構(gòu)簡化為二維平面框架進行受力分析。
出入口主體結(jié)構(gòu)計算主要包含3方面內(nèi)容:
1)荷載計算:主要有水土壓力、地面超載、施工荷載等。
2)內(nèi)力計算:假定地基為彈性半無限平面,對框架進行內(nèi)力分析計算,結(jié)構(gòu)計算一般分為3種模式。
(1)敞口斷面:即斜通道敞口段,根據(jù)側(cè)墻懸臂的長度,選取控制截面進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析(加載模式見圖4)。
(2)閉合斷面:出入口水平通道以及部分斜通道為閉合斷面,根據(jù)覆土厚度和通道高度變化選取控制截面進行內(nèi)力計算(加載模式見圖5)。
(3)倒U型斷面:位于出入口轉(zhuǎn)角處,轉(zhuǎn)角處的頂板和底板上分別布置加強梁L1和L2(見圖1、2),已作為倒U型框架的支承點。而實際支承點加強梁L1和L2能承受一定的負彎矩,并不是純鉸支點,因此可以對倒U型斷面的頂、底板正彎矩進行適當調(diào)幅,調(diào)幅彎矩可作為負彎矩加載于鉸支點上(加載模式見圖6)。
3)截面配筋計算:根據(jù)框架內(nèi)力計算結(jié)果,進行截面配筋計算。
圖5 閉合斷面結(jié)構(gòu)加載模式圖
圖6 倒U型斷面結(jié)構(gòu)加載模式圖
出入口覆土厚一般為6~8m,與站廳層連接的水平通道,其覆土層往往較厚,結(jié)構(gòu)抗浮一般均能滿足要求。而隨著地面覆土的不斷減少,斜向通道的部分段可能出現(xiàn)滿足不了結(jié)構(gòu)抗浮要求的情形。此時需在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置壓頂梁,利用連續(xù)墻的重量及其與土的摩擦力和結(jié)構(gòu)共同抗浮。
出入口與車站主體的連接是出入口結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點,在車站外1.0m左右設(shè)置第一道變形縫,以調(diào)節(jié)出入口與車站主體結(jié)構(gòu)間的沉降差。為了防止荷載沿縱向分布不均勻以及地基反力不均勻而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫,根據(jù)工程實際情況,當出入口通道較長時需在通道中間加設(shè)變形縫。
1)地下結(jié)構(gòu)受地質(zhì)情況影響很大,結(jié)構(gòu)設(shè)計前需仔細閱讀工程地質(zhì)報告。
2)出入口結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以國家有關(guān)規(guī)范、規(guī)程為依據(jù),確保工程的安全可靠。
3)在滿足安全的前提下,結(jié)構(gòu)需盡可能方便施工、降低投資費用,方能體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)設(shè)計的先進性、合理性。
4)結(jié)構(gòu)構(gòu)造上不應(yīng)忽視電梯坑底板、加強梁等小構(gòu)件,應(yīng)選用正確的計算模式進行內(nèi)力計算。
[1]于志成,施華文.深基坑支護設(shè)計與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.
[2]JGJ120—99,建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].
[3]施仲衡,張彌,王新杰.地下鐵道設(shè)計與施工[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1997.
[4]GB 50157—2003,地鐵設(shè)計規(guī)范[S].
[5]GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].