斷面形式對PBA逆筑法所修地鐵車站主體結(jié)構(gòu)受力的影響

1、斷面形式對PBA逆筑法所修地鐵車站主體構(gòu)造受力的影響1 引言淺 埋 暗 挖 洞 樁 法(Pile-Beam-Archmethod，簡稱PBA 工法)是我國工程師于1992年首次提出的一種地鐵車站施工方法，該方法是在傳統(tǒng)地下工程施工技術(shù)的根底上，把地面建筑的施工理念引入到地下工程中，通過小導(dǎo)洞、鉆孔樁、扣拱等成熟技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，從而形成的一種施工方法。我國采用 PBA 工法已修建或建立中的地鐵車站的斷面形式一般分為單跨或雙跨形式，其區(qū)別是在開挖斷面跨中部位設(shè)頂縱梁、構(gòu)造中柱及底縱梁以構(gòu)成縱向簡支梁構(gòu)造體系作為拱部的支座;單跨車站隧道可獲得寬闊的空間和宏偉的建筑效果，但是其相應(yīng)的施工難度比雙跨車站

2、大。本文嘗試應(yīng)用數(shù)值計(jì)算手段，對上述兩種均采用 PBA 工法修筑而斷面形式不同的車站主體構(gòu)造受力進(jìn)展比較分析，為今后地鐵車站的設(shè)計(jì)提供一定的理論根據(jù)。2 數(shù)值模擬方法2.1 車站斷面設(shè)計(jì)單跨及雙跨車站的主體構(gòu)造均分為上下兩層，上層為拱形，下層為矩形，拱部構(gòu)造形式為復(fù)合式襯砌，側(cè)墻采用變樁及內(nèi)襯墻間夾柔性防水層的重合墻構(gòu)造。其中站廳層凈空為 7.76m18.6m，站臺層凈空為7.19m18.6m，拱部采用 42 超前小導(dǎo)管注漿加固地層，格柵拱架、噴射混凝土作初期支護(hù)，二次襯砌用 C40、P10 模筑鋼筋混凝土。2.2 計(jì)算模型本文計(jì)算采用平面彈性有限元法進(jìn)展計(jì)算，其中模型邊界的計(jì)算范圍為橫向兩端

3、各取2 倍跨徑，總共寬 100m;豎直方向車站底部向下取 1 倍車站高度，拱頂以上取至原地面線，模型高 44m。3 數(shù)值模擬結(jié)果分析提取兩種構(gòu)造形式的拱部及側(cè)墻外輪廓線、內(nèi)輪廓線的節(jié)點(diǎn)力，通過專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件 MATLAB 繪制曲線進(jìn)展比較分析，其中所繪拱部曲線的橫坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)到車站中線間隔 ，側(cè)墻曲線的橫坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)到拱頂所在程度線的間隔 。不同車站斷面形式拱部二襯外側(cè)、內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力，從圖可以看出不同車站斷面形式的拱部二襯外側(cè)最大拉應(yīng)力值根本在1MPa 以內(nèi)，相應(yīng)地最大拉應(yīng)力差值也較小;而單拱與雙拱車站的拱部二襯外側(cè)最大拉應(yīng)力的變化規(guī)律在距車站中線 6m 以外的部位根本趨于相似。不同車站斷面形

4、式的拱部二襯內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力差值在距車站中線 04m 的部位較大，為 4MPa 以上，其中，單跨車站的拱部二襯內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力值在此部位為 45MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度;而兩種車站斷面的拱部二襯內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力值及變化規(guī)律在距車站中線 7m 以外的部位均較為相近。綜上所述，車站斷面形式對拱部內(nèi)側(cè)受拉的影響程度遠(yuǎn)大于拱部外側(cè)，其中在車站中線附近 2/5 整體跨度的范圍內(nèi)，單跨車站的拱部內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙跨車站拱部內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力;愈靠近拱腳，兩種斷面的拱部最大拉應(yīng)力差值及變化規(guī)律越接近，即斷面形式的改變對車站拱部二襯的影響愈小。4 結(jié)語4.1 PBA 逆筑法修筑的車站斷面形式不同對拱部內(nèi)

5、側(cè)受拉的影響程度遠(yuǎn)大于拱部外側(cè)，其中在車站中線附近 2/5 整體跨度的范圍內(nèi)，單跨車站的拱部內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙跨車站拱部內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力;愈靠近拱腳，斷面形式的改變對車站拱部二襯的影響愈小。所以在設(shè)計(jì)時(shí)須采用單跨斷面時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)車站中線附近區(qū)域拱部內(nèi)側(cè)的配筋。4.2PBA 逆筑法修筑的車站斷面形式不同對拱部外側(cè)受壓的影響與拱部內(nèi)側(cè)不同，拱部外側(cè)主要是車站中線部位受影響較顯著，而內(nèi)側(cè)拱腰、拱腳受影響較大;兩種構(gòu)造的拱部外側(cè)最大壓應(yīng)力變化規(guī)律在拱腰、拱腳部位整體形似，而拱部內(nèi)側(cè)最大壓應(yīng)力的變化規(guī)律那么沿整個(gè)拱部構(gòu)造相似。另外，斷面形式不同對于拱部受拉的影響程度要顯著地大于拱部受壓。4.3 PBA 逆筑法修筑的車站斷面形式不同對于側(cè)墻的受拉、受壓影響較小