地铁车站结构风险分析范文

1施工步序

利用预留围护桩+桩间土钉作为侧壁支护，先开挖土体、施工中洞结构，再凿除中间桩体，封闭结构。(1)开挖1号线车站两侧土体至1号线车站底板下2m，施作两边跨桩冠梁间混凝土撑(图1)。(2)开挖下穿结构至9号线车站底板，施工顶，底梁及中柱(图2)。(3)先后施工边跨底板及侧墙结构，满堂红脚手架支撑顶紧边墙及中间桩(图3)。(4)分段破除两边跨混凝土支撑，施工边跨顶板结构，满堂红脚手架顶紧顶板(图4)。(5)分段凿除中间桩，完成结构施工(图5)。2数值模型的建立(1)基本假定:①材料采用摩尔－库仑准则、大应变变形模型计算;②考虑到网格密度，开挖步长为2m;③对复合式钢格栅混凝土衬砌采用实体单元模拟;④地层和材料的应力应变均在弹塑性范围内变化;⑤不考虑地下水在开挖过程中的影响;⑥计算建模时，对洞周及关心的部位加密网格剖分;⑦模拟过程中主要考虑永久荷载，仅考虑地层压力，且初始应力场仅由自重产生，不考虑土体构造应力的影响。(2)计算模型及边界条件。根据圣维南原理和实际需要，整个模型计算范围为150m×90m×60m(宽×高×长)，计算模型网格划分如图6所示，包括98240个单元，104214个节点。隧道模型采用位移边界作为边界条件，除上表面为自由边界外，各外表面均约束法线方向的位移。

2计算结果分析

2.1下穿既有结构竖向位移场分析图7为下穿既有结构引发的竖向位移云图，由图可知:(1)在现行设计参数条件下，下穿既有结构引发竖向位移，1号线既有车站结构最大竖向位移为5mm，满足既有结构的安全性要求。(2)下穿既有结构引发周边地层竖向位移最大值为20.4mm，沿下穿结构底板逐渐向地层深处衰减。(3)下穿既有车站结构开挖竖向位移的影响范围大都发生在下穿结构中线两侧20m的范围。图8为下穿结构顶部竖向位移变化。分别选取下穿车站结构中线、左跨中线与右跨中线结构上方监测点，分析各开挖步竖向位移变化。(1)开挖中部区域竖向位移变化速率较大，且沉降值占总体沉降值的40%左右，这与之前预测结果基本吻合。(2)工序step4与step5竖向位移变化相对较小，主要是由于顶部临时支撑与顶板的施作有效限制了竖向位移的发展，起到了较理想的效果。

2.2下穿既有结构水平位移场分析图9为下穿既有结构引发的水平位移云图，由图可知:在现行设计参数条件下，下穿既有结构水平位移最大值为6.6mm，且发生在车站拱脚下方。由于下穿既有结构施工为1号线预留4排钻孔灌注桩的基础上施作的，特别是结构左右边界距离边桩仅0.1m。边桩的存在极大减小了洞周土体产生的侧向压力，有利于控制下穿结构水平位移的发展。3.3下穿既有结构洞周塑性区变化图10为下穿既有结构开挖引发的周围塑性区的变化，由图可知:(1)下穿既有结构各施工步序产生的塑性区均较小，表明开挖对洞周土体的扰动相对较小。主要原因在于1号线预留钻孔灌注桩有利于下穿车站的施作，有效控制了洞周地层塑性区的发展，如图10(a)、(b)所示。(2)车站周围塑性区范围随着开挖的进展逐步增大，但是在开挖中部区域表现得较为明显，故施工过程中开挖中部土体为最不利工况。(3)车站封闭以后，桩体与车站结构形成闭合受力体系，共同作用，洞周塑性区明显减小，如图10(c)所示。

3结语

(1)在现行设计参数条件下，下穿既有结构引发竖向位移，既有车站结构最大竖向位移为5mm，满足既有结构的安全性要求。(2)下穿既有结构引发周边地层竖向位移最大值为20.4mm，竖向位移的影响范围大都发生在下穿结构中线两侧20m的范围。(3)在现行设计参数条件下，下穿既有结构水平位移最大值为6.6mm，且发生在车站拱脚下方。(4)1号线预留钻孔灌注桩有利于下穿车站的施作，有效控制了洞周地层位移和塑性区的发展。(5)穿既有结构各施工步序产生的塑性区均较小，施工过程中开挖中部土体为最不利工况。

作者：史芳单位：陕西铁路工程职业技术学院建筑工程系