羅 偉張夢(mèng)玲

（1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

襯砌厚度對(duì)山洞式立體停車庫施工的影響

羅 偉1張夢(mèng)玲1

（1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

本文通過重慶某山洞式立體車庫的實(shí)例分析，通過有限元軟件ANSYS模擬了山洞式立體停車庫襯砌厚度依次為0.6m、0.8m、0.4m三種情況下的受力狀態(tài)，得出其各自的位移、變形、應(yīng)力值之間的大小關(guān)系，計(jì)算結(jié)果對(duì)實(shí)際工程有一定的借鑒作用。

立體車庫；有限元；襯砌厚度

1引言

地下立式停車場(chǎng)，又名為山洞式立體停車庫，主要是修建于地面至地下一定深度的停車庫。其相比其他停車場(chǎng)的最大優(yōu)勢(shì)就是取消停車場(chǎng)與地面間車道和繞道，靠提升機(jī)實(shí)現(xiàn)地面和地下的調(diào)度[1]。

山洞式立體停車庫為地下條形或柱形建筑物，結(jié)構(gòu)組成部分與一般的地下建筑物，如深基坑、隧道，有較大的相似點(diǎn)。一般由開完前的預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)（如鋼板樁、地下連續(xù)墻等）、支護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)組成。對(duì)于山洞式立體停車庫的主體結(jié)構(gòu)施工，主要采用分層逆作法，其開挖方法為：分層開挖一定的深度，開挖完成后，在開挖面噴射一定厚度的混凝土，并制作土釘（本例為錨桿），控制巖體的變形。當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度或者巖體的變形已經(jīng)收斂，繼續(xù)開挖第二層巖體，然后噴射混凝土及制作土釘，以此循環(huán)，直至開挖工作完成。

本文主要研究的是開挖過程中，噴射混凝土厚度對(duì)于山洞氏立體停車庫施工的影響，主要借用大型有限元分析軟件ANSYS來對(duì)這個(gè)過程進(jìn)行模擬、分析并得出相應(yīng)結(jié)論。

2數(shù)值模型與參數(shù)

本山洞式式立體停車庫地址擬建在重慶，由于重慶地理?xiàng)l件較好，故在建設(shè)過程中只考慮三種巖土體（從上至下分別為：雜填土、砂巖、泥巖）。而本山洞式立體車庫主體結(jié)構(gòu)部分為一標(biāo)準(zhǔn)的圓柱體，圓柱體的半徑為9米，高度（即垂直深度）為40米，因?yàn)榈拇怪鄙疃葹?0米，故開挖深度為40米。

實(shí)際工程中，最上層五米為雜填土，第五米到三十五米為泥巖，泥巖以下皆為砂巖，在建模時(shí)根據(jù)不同的材料劃分不同的屬性?？紤]到再開挖過程中，對(duì)周圍巖體產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)工程產(chǎn)生影響，所以，建模時(shí)，應(yīng)考慮到開挖影響范圍，故建模的高度為120米，半徑為60米。本例是一個(gè)空間完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，在利用ANSYS進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)平面軸對(duì)稱模型，軸對(duì)稱處理完以后，可通過擴(kuò)展命令得到整體計(jì)算模型[2]～[3]。

本工程擬定三種襯砌厚度，即對(duì)應(yīng)三種工況，依次為：第一種工況，襯砌厚度0.6m；第二種工況，襯砌厚度0.8m；第三種工況，襯砌厚度0.4m。

表1 各材料參數(shù)

3數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本例用有限元軟件ANSYS模擬其施工步驟，其模擬過程應(yīng)與實(shí)際施工過程相適應(yīng)。其具體的模擬過程為：首先根據(jù)實(shí)際的模型建立好有限元單元模型，然后對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)不同的材料賦予不同的材料屬性，完成前處理過程。對(duì)建好的模型施加節(jié)點(diǎn)約束及自重，然后進(jìn)行第一次計(jì)算[4]。

在第一步計(jì)算實(shí)際上為巖體在自重應(yīng)力作用下的變形，定義為第一種工況。然后模擬開挖，將第一層土體單元?dú)⑺溃瑢?duì)第一層的各節(jié)點(diǎn)力進(jìn)行部分釋放，制作撐起及錨桿，將開挖面附近的單元激活，并賦予襯砌的材料屬性，建立桿單元用于模擬土釘。完成這兩步相當(dāng)于是完成了第一層的支護(hù)，并將節(jié)點(diǎn)力完全釋放，計(jì)算，并提取下一層土的節(jié)點(diǎn)力。以上述方法開挖以下的土體，直至工程結(jié)束[5]。

計(jì)算結(jié)果如下：

從圖中可以看出，整個(gè)模型中，X方向位移最大值出現(xiàn)在靠近頂部且靠近開挖面的地方，并由此可以看出，水平方向的位移是趨近于開挖面的。

圖1 立體車庫X方向的位移云圖

圖2 節(jié)點(diǎn)46（地面靠近開挖面的節(jié)點(diǎn)）的水平位移變化情況

表2 三種施工方案結(jié)果對(duì)比

由表中可以看出，第二種施工方案的最終沉降量最小，那么相應(yīng)的，此施工方案因開挖而引起的變形也就最大。第三種施工方案因施工引起的變形量最小，而第一種介于二者之間。

從表2的后兩項(xiàng)指標(biāo)中的最大應(yīng)力值皆指開挖面附近、錨桿及混凝土襯砌的應(yīng)力值中的較大值。從表中可以看出可以看出，混凝土襯砌厚度的不同，各值的大小不同，且變化趨勢(shì)也不相同。

4結(jié)論

本章主要從山洞式立體停車庫的主體結(jié)構(gòu)開挖出發(fā)，通過有限元軟件ANSYS計(jì)算在三種不同情況下，主體結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向沉降、X及Y方向的應(yīng)力變化及其數(shù)值大小。通過比對(duì)，得出如下的相關(guān)結(jié)論：

1、在其他條件均不變的情況下，水平位移值與豎向沉降量是與混凝土襯砌厚度密切相關(guān)的，且在一定范圍內(nèi)，水平位移是隨著混凝土厚度成反相關(guān)，豎向位移與混凝土厚度成正相關(guān)；

2、水平位移值及豎向沉降量都是逐漸減小，且有收斂的趨勢(shì)。

3、應(yīng)力的大小與混凝土厚度有一定的聯(lián)系，從計(jì)算圖形中可以看出，混凝土厚度越大，其應(yīng)力值越小，但是其周圍巖體的應(yīng)力值反而越大；

[1]賀擁軍，楊承超，周緒紅.立體車庫的應(yīng)用形式及發(fā)展與應(yīng)用[J]，建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009,12

[2]李圍.ANSYS在土木工程中的應(yīng)用[M].北京：中國水利出版社，2007

[3]劉相新，孟憲頤.ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程[M],北京：科學(xué)出版社，2006

[4]OMRON SYSMAC C一series Raek PCs Optieal Remote I/0 SYSTEM MANUAL,1990

[5]王成.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2009.8

TU75

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1007-6344（2015）06-0276-01

第一作者：羅偉（1989.05—），男，四川資陽人，在讀研究生，主要從事隧道工程設(shè)計(jì)理論及巖土工程方面的研究。