地鐵車站結構風險分析范文

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1施工步序

利用預留圍護樁+樁間土釘作為側壁支護，先開挖土體、施工中洞結構，再鑿除中間樁體，封閉結構。(1)開挖1號線車站兩側土體至1號線車站底板下2m，施作兩邊跨樁冠梁間混凝土撐(圖1)。(2)開挖下穿結構至9號線車站底板，施工頂，底梁及中柱(圖2)。(3)先后施工邊跨底板及側墻結構，滿堂紅腳手架支撐頂緊邊墻及中間樁(圖3)。(4)分段破除兩邊跨混凝土支撐，施工邊跨頂板結構，滿堂紅腳手架頂緊頂板(圖4)。(5)分段鑿除中間樁，完成結構施工(圖5)。2數值模型的建立(1)基本假定:①材料采用摩爾－庫侖準則、大應變變形模型計算;②考慮到網格密度，開挖步長為2m;③對復合式鋼格柵混凝土襯砌采用實體單元模擬;④地層和材料的應力應變均在彈塑性范圍內變化;⑤不考慮地下水在開挖過程中的影響;⑥計算建模時，對洞周及關心的部位加密網格剖分;⑦模擬過程中主要考慮永久荷載，僅考慮地層壓力，且初始應力場僅由自重產生，不考慮土體構造應力的影響。(2)計算模型及邊界條件。根據圣維南原理和實際需要，整個模型計算范圍為150m×90m×60m(寬×高×長)，計算模型網格劃分如圖6所示，包括98240個單元，104214個節點。隧道模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由邊界外，各外表面均約束法線方向的位移。

2計算結果分析

2.1下穿既有結構豎向位移場分析圖7為下穿既有結構引發的豎向位移云圖，由圖可知:(1)在現行設計參數條件下，下穿既有結構引發豎向位移，1號線既有車站結構最大豎向位移為5mm，滿足既有結構的安全性要求。(2)下穿既有結構引發周邊地層豎向位移最大值為20.4mm，沿下穿結構底板逐漸向地層深處衰減。(3)下穿既有車站結構開挖豎向位移的影響范圍大都發生在下穿結構中線兩側20m的范圍。圖8為下穿結構頂部豎向位移變化。分別選取下穿車站結構中線、左跨中線與右跨中線結構上方監測點，分析各開挖步豎向位移變化。(1)開挖中部區域豎向位移變化速率較大，且沉降值占總體沉降值的40%左右，這與之前預測結果基本吻合。(2)工序step4與step5豎向位移變化相對較小，主要是由于頂部臨時支撐與頂板的施作有效限制了豎向位移的發展，起到了較理想的效果。

2.2下穿既有結構水平位移場分析圖9為下穿既有結構引發的水平位移云圖，由圖可知:在現行設計參數條件下，下穿既有結構水平位移最大值為6.6mm，且發生在車站拱腳下方。由于下穿既有結構施工為1號線預留4排鉆孔灌注樁的基礎上施作的，特別是結構左右邊界距離邊樁僅0.1m。邊樁的存在極大減小了洞周土體產生的側向壓力，有利于控制下穿結構水平位移的發展。3.3下穿既有結構洞周塑性區變化圖10為下穿既有結構開挖引發的周圍塑性區的變化，由圖可知:(1)下穿既有結構各施工步序產生的塑性區均較小，表明開挖對洞周土體的擾動相對較小。主要原因在于1號線預留鉆孔灌注樁有利于下穿車站的施作，有效控制了洞周地層塑性區的發展，如圖10(a)、(b)所示。(2)車站周圍塑性區范圍隨著開挖的進展逐步增大，但是在開挖中部區域表現得較為明顯，故施工過程中開挖中部土體為最不利工況。(3)車站封閉以后，樁體與車站結構形成閉合受力體系，共同作用，洞周塑性區明顯減小，如圖10(c)所示。

3結語

(1)在現行設計參數條件下，下穿既有結構引發豎向位移，既有車站結構最大豎向位移為5mm，滿足既有結構的安全性要求。(2)下穿既有結構引發周邊地層豎向位移最大值為20.4mm，豎向位移的影響范圍大都發生在下穿結構中線兩側20m的范圍。(3)在現行設計參數條件下，下穿既有結構水平位移最大值為6.6mm，且發生在車站拱腳下方。(4)1號線預留鉆孔灌注樁有利于下穿車站的施作，有效控制了洞周地層位移和塑性區的發展。(5)穿既有結構各施工步序產生的塑性區均較小，施工過程中開挖中部土體為最不利工況。

作者：史芳單位：陜西鐵路工程職業技術學院建筑工程系