盾构隧道基础上修建三连拱地铁车站结构参数研究论文.docVIP

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盾构隧道基础上修建三连拱地铁车站结构参数研究论文.doc

  盾构隧道基础上修建三连拱地铁车站结构参数研究论文 .freel , 局部可见淤泥质土和细砂透镜体。强风化岩面埋深5. 1~ 14. 5 m 。地质构造简单,未发现有断层通过。部分地段有砂层孔隙水, 及风化岩裂隙水,稳定地下水位埋深1. 90~5. 70 m 。 1. 2 设计原则和技术标准 根据《广州市轨道交通3 号线工程总体策划纲要(讨论稿) 》中的车站施工方法及综合情况一览表,林和西路站为3 级车站、客流4 365 人/h、线路轨面埋深15 ~20 m 、岛式站台、站台宽8 m 、线间距13. 2 m 、施工方法为盾构过站后采用矿山法扩挖。林和西路地铁车站的主要技术标准以《地下铁道设计规范》( GB50157 -92) 为准。 1. 3 车站结构型式 根据对林和西路站的具体情况分析,结合现阶段国内施工装备和能力,提出车站为单层三连拱岛式站台车站,站厅设在地面或两端地下,站台两端可设辅助用房,站台与站厅之间由楼梯和自动扶梯连接(车站断面图见图1) 的车站结构型式。 2 有限元数值模拟 采用两种平面应变数值模拟方法对在区间盾构隧道基础上采用矿山法扩挖的单层三连拱岛式站台地铁车站进行数值模拟研究。首先采用荷载2结构模式对三连拱岛式站台地铁车站在不同埋深条件下最终主体结构的高跨比和厚度进行研究;再采用考虑施工效应的数值模拟方法对车站的整个施工过程进行模拟,对施工中的临时支护和主体结构的适应性进行研究。 2. 1 荷载2结构模式 2. 1. 1 基本假设和计算模式 荷载2结构模式的基本假设为:主体结构为小变形弹性梁,将主体结构离散为足够多个等厚度直梁单元; 用布置于全周各节点上的弹簧单元来模拟围岩与结构的相互作用;弹簧单元不承受拉力,受拉力的弹簧自动脱落;拱底作用相同的竖向反力来平衡地面荷载、土压、水压及结构的自重。具体计算模式如图2 所示。 2. 1. 2 计算参数和模型本次采用ANSYS 软件梁单元(BEAM 3) 模拟主体结构,弹簧单元(BIN 14) 模拟弹簧,将所有的荷载换算为等效节点荷载加到每个节点上。在每个节点上都加上径向的弹簧,弹簧的刚度为同一点处地层的弹性抗力系数,通过反复计算确定弹簧的有无。总共划分了128 个梁单元和28 个弹簧单元。岩土体计算参数以实际的地质勘测资料为准,主体结构盾构隧道管片为C50 混凝土,但根据管片的接头效应和刚度等效原理,将其弹模折减到原值的0. 755 ,其他结构取C30 混凝土的参数。计算采用水土合算的形式,荷载取值如下:岩土体的容重为20 kN/m3,钢筋混凝土的容重为25 kN/立方米,地面活载为20 kN/平方米,水平压力用竖向荷载乘以侧压力系数0. 538(地质资料) 。地层的弹性抗力为16 MPa/m , 有限元模型网格、约束和荷载见图3。 2. 1. 3 计算情况 根据荷载2结构模式的基本假设,本次计算取车站主体结构的最不利受荷情况即可能的最大埋深:轨面埋深21. 5 m 模拟计算。站厅取3 种不同的净高,分别为5. 5 m 、6. 0 m 和6. 5 m ; 每种站厅净高下主体结构取3 种不同的厚度,分别为0. 4 m 、0. 5 m 和0. 6 m 。 2. 1. 4 计算结果和分析 每一种情况的计算结果包括结构的变形、弯矩、轴6. 5 m , 主体结构厚度0. 5 m 为例,将部分计算结果如力和剪力。将部分计算结果由表1 列出,以站厅净高图4~ 图6 列出。 表1 主体结构最大弯矩及相应的轴力 从以上计算结果分析: (1) 随着站厅净高的增加,拱顶、仰拱和盾构管片的最大弯矩都明显减小,拱顶处最大减小了80 %(从328 kN·m 减小到59 kN·m) ;虽然相应的轴力也有所减小,但减小的百分比很小,最大只有6 %(从1 080 kN 减小到1 022 kN) ,对于混凝土材料而言,这样的内力变化是有利的,故在考虑站厅净高时,在条件允许的情况下,应尽量增加站厅的净高。 (2) 两侧立柱弯矩的变化情况是先由小增大再由大减小(从274 kN·m 增大到303 kN·m , 再从303 kN ·m 减小到297 kN·m) ,而相应的轴力减小却不太明显,最大只有6 %(从2 373 kN 减小到2 221 kN) ,说明对立柱而言,并非站厅的净高越高越好,而是有一个合理的高度。 (3) 在相同站厅净高条件下,拱顶和仰拱的弯矩随主体结构厚度增加的变化情况是先由大减小再由小增大(以站厅净高6. 5 m , 拱顶的弯矩变化为例,先从101 kN·m 减小到59 kN ·m , 再从59 kN ·m 增大到141 kN·m) ,相应的轴力变化情况是先由小增大再由大减小(从1 160 kN 增大到1 181 kN , 再从1 181 kN 减小到1 140 kN

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