王天水

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430000)

華南地區(qū)地下水水位較高，地鐵明挖車站一般在基坑降水后施工，為保證車站主體結(jié)構(gòu)在施工過程中不產(chǎn)生上浮，車站主體結(jié)構(gòu)在車站底板澆筑后一般會(huì)預(yù)留部分泄壓井，待明挖車站完成覆土后再對(duì)泄壓井進(jìn)行封堵。地鐵車站主體結(jié)構(gòu)受力隨著地下水位的變化隨之發(fā)生改變。隨著社會(huì)進(jìn)步，目前雙柱三跨車站較少，無柱車站因造價(jià)較高也相對(duì)較少，而單柱雙跨車站較多；又常規(guī)情況下明挖車站一般為地下二層，故本文針對(duì)地下二層單柱雙跨明挖車站進(jìn)行分析。

1 工程概況

東莞地鐵R1號(hào)線某二層單柱雙跨明挖島式車站，車站站臺(tái)寬11 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段外輪廓寬度為19.7 m，頂板覆土厚度3.8 m，地下一層結(jié)構(gòu)凈高4.95 m，地下二層結(jié)構(gòu)凈高6.21 m，車站頂板厚0.8 m，中板厚0.4 m，底板厚0.9 m，側(cè)墻厚0.7 m。地質(zhì)情況由上至下分別為雜填土層、素填土層、淤泥層、砂質(zhì)黏性土層、全風(fēng)化混合片麻巖層、強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖層，車站底板位于強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖層中(圖1)。

圖1 車站標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位：mm)

2 主體結(jié)構(gòu)受力分析

采用SAP2000有限元軟件分析地下水位在不斷上漲過程中主體結(jié)構(gòu)受力情況，以此來分析水位對(duì)車站結(jié)構(gòu)的影響。為簡(jiǎn)化計(jì)算分析過程，將地下水位考慮由明挖車站基坑底以下1 m每次上漲2 m直至地面作為計(jì)算分析過程。車站主體結(jié)構(gòu)受力計(jì)算采用荷載——結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算，將橫斷面等效為寬度為單位長(zhǎng)度的梁體系進(jìn)行平面計(jì)算(即采用等效剛度法)，并建模時(shí)考慮板墻結(jié)合處的剛域效果。根據(jù)有限元計(jì)算原理，將組成結(jié)構(gòu)的各段梁柱分成梁?jiǎn)卧鲉卧g以節(jié)點(diǎn)相連。主體結(jié)構(gòu)周邊土體采用受壓彈簧進(jìn)行模擬，對(duì)于車站底板彈簧剛度大小取所在土層垂直基床系數(shù)，側(cè)墻彈簧剛度大小取所在土層水平基床系數(shù)。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，將荷載直接添加到主體結(jié)構(gòu)上。

結(jié)構(gòu)所承受荷載包括永久荷載、可變荷載，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，地鐵車站配筋控制一般為裂縫控制，故在本次計(jì)算分析中僅對(duì)準(zhǔn)永久組合進(jìn)行分析。

3 計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

針對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算中常用的計(jì)算節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出準(zhǔn)永久組合值(表1～表4)。

表1 彎矩計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)(一) kN·m

表2 彎矩計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)(二) kN·m

表3 剪力計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì) kN

通過上述統(tǒng)計(jì)表格可以分析得出如下結(jié)論。

3.1 地下水位上升對(duì)構(gòu)件彎矩值的影響

隨著地下水位的上升，頂板側(cè)墻支座、中板側(cè)墻支座、側(cè)墻中板支座、地下二層側(cè)墻跨中及底板側(cè)墻支座彎矩值隨之增大；地下一層側(cè)墻跨中、中板跨中、中板中支座、底板跨中及底板中支座彎矩值隨之減小；頂板跨中及頂板中支座彎矩值不變。地下一層側(cè)墻跨中、側(cè)墻中板支座及地下二層側(cè)墻跨中彎矩對(duì)地下水位變化比較敏感，最高水位彎矩值與最低水位彎矩值比值分別為0.44、3.11及1.95。

3.2 地下水位上升對(duì)構(gòu)件剪力值的影響

隨著地下水位的上升，頂板側(cè)墻支座、中板側(cè)墻支座、側(cè)墻中板支座及底板側(cè)墻支座的剪力值隨之增大；中板中支座

表4 軸力計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì) kN

及底板中支座剪力值隨之減小；頂板中支座剪力值不變。側(cè)墻中板支座對(duì)地下水位變化比較敏感，最高水位剪力值與最低水位剪力值比值為2.13。

3.3 地下水位上升對(duì)構(gòu)件軸力值的影響

隨著地下水位的上升，頂板軸力值先減小然后增加，但減小幅度不明顯(與最低水位工況對(duì)比減小約2 %)；其余構(gòu)件軸力值均隨之增大。中板及底板軸力對(duì)地下水位變化比較敏感，最高水位軸力值與最低水位軸力值比值分別為：2.25及1.49。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)不同水位下二層雙跨明挖地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的受力分析，找出了各個(gè)構(gòu)件內(nèi)力隨地下水位上升過程中的變化規(guī)律。大多數(shù)部位的結(jié)構(gòu)內(nèi)力隨地下水位上升都有一定變化，除頂板軸力外，構(gòu)件的內(nèi)力最大值及最小值都出現(xiàn)在最低水位及最高水位工況，由于頂板軸力最小值變化幅度很小，可忽略其影響。但是為了保證設(shè)計(jì)質(zhì)量并提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作效率，對(duì)于二層雙跨明挖地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算應(yīng)采用最低水位和最高水位工況分別計(jì)算。