地鐵站計算分析報告(無失水)

廣州市軌道交通六號線工程天河客運站六號線基坑施工對已建成三號線車站影響數(shù)值分析報告（無失水工況）二○○六年六月目錄一、工程概況 3二、地質(zhì)條件 5三、計算原則和依據(jù) 5四、計算內(nèi)容 6（一）模擬計算分析對象的選擇 6（二）施工步驟與模擬工況 6五、計算模型、荷載、參數(shù) 7（一）結(jié)構(gòu)計算模型、荷載 7（二）計算參數(shù) 8六、內(nèi)力計算分析與建議 9一、工程概況一）六號線車站基坑概況廣州市軌道交通六號線天河客運站呈南北走向。車站南面為沙汕路，交通繁忙，東面為三號線車站，與三號線車站平行，六號線車站與號線車站采納通道換乘。六號線車站主體基坑采納明挖順作法施工。本基坑寬約為19.7~27.4m，深度約為24m，縱向長度約為84.2m，采納1000厚的地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻長平均為32m，插入深度平均為8m，采納鋼管(φ600mm,t=14mm)作為內(nèi)支撐。二）三號線車站設(shè)計與施工狀況廣州市軌道交通三號線天河客運站為三號線支線段起點車站,主體基坑采納明挖順作法施工。本基坑寬約為10.9~34.7m，深度約為17m，縱向長度約為274.2m，采納600厚的地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻長平均為23.5m，插入深度平均為6.5m，采納鋼管(φ600mm,t=12mm)作為內(nèi)支撐。三號線車站主體結(jié)構(gòu)已于2005年施工完成，目前正在進(jìn)行附屬結(jié)構(gòu)施工和主體內(nèi)部裝修和機電安裝。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面與配筋如圖所示,主體結(jié)構(gòu)配筋見后面的配筋表。附圖1三號線車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖附圖2三號線車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)配筋圖三）六號線車站主體基坑與三號線主體結(jié)構(gòu)相互關(guān)系六號線車站主體基坑與三號線主體結(jié)構(gòu)相互平行，三號線車站在東側(cè)，六號車站在西側(cè)，兩車站相距為14.2~23.5m。相互關(guān)系平剖面圖如圖3、4所示。附圖3六號線主體基坑與三號線主體結(jié)構(gòu)相互關(guān)系平面圖附圖4六號線主體基坑與三號線主體結(jié)構(gòu)相互關(guān)系剖面圖二、地質(zhì)條件地質(zhì)資料采納《廣州市軌道交通六號線燕塘至柯木塱段初步巖土工程勘察報告》，地面基本平坦，丘陵地貌。車站工程地質(zhì)主要為：人工填土層<1>、沖積-洪積粉細(xì)砂層<3-1>、沖積-洪積中粗砂層<3-2>、積-洪積土層<4-1>、可塑狀殘積土層<5H-1>、硬塑狀殘積土層<5H-2>、花崗巖全風(fēng)化帶<6H>。各地層巖性詳見相關(guān)圖紙和說明。三、計算原則和依據(jù)1、采納ANSYS有限元通用程序進(jìn)行數(shù)值模擬計算分析。2、采納地層-結(jié)構(gòu)模型對結(jié)構(gòu)的受力和變形進(jìn)行分析。3、依據(jù)《廣州市軌道交通六號線燕塘至柯木塱段初步巖土工程勘察報告》、《地鐵設(shè)計規(guī)范》、有關(guān)六號線、三號線車站基坑資料、主體結(jié)構(gòu)資料等建立計算模型。四、計算內(nèi)容（一）模擬計算分析對象的選擇取最不利的部位，即選取附圖4中的剖面，對六號線車站基坑開挖時，已建成的三號線車站主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地層受力和變形狀況進(jìn)行數(shù)值模擬計算。六號線車站結(jié)構(gòu)尺寸：1000mm厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻插入深度為8米，鋼管支撐φ600mm,t=14mm；主體結(jié)構(gòu)頂板800mm，中板400mm，底板1100mm，側(cè)墻650~800mm，立柱700X700mm（在計算中均折算為每延米剛度值）。三號線車站結(jié)構(gòu)尺寸：600mm厚地下連續(xù)墻，圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度為6.5米，鋼管支撐φ600mm,t=12mm，主體結(jié)構(gòu)頂板800mm，中板400mm，底板900mm，側(cè)墻700mm；立柱φ800mm（在計算中均折算為每延米剛度值）。（二）施工步驟與模擬工況為了更精確地模擬六號線車站基坑開挖對三號線車站的影響，施工過程從三號線車站基坑開挖起先直至六號線結(jié)構(gòu)施工完成。數(shù)值模擬計算時，施工開挖過程和計算步驟對應(yīng)如下表1：模擬時與施工步驟對應(yīng)的載荷步表表1施工工序?qū)?yīng)載荷步載荷步對應(yīng)施工步驟說明第1步自重應(yīng)力場，地面加20KPa超載第2～11步三號線車站基坑開挖與主體結(jié)構(gòu)施工第12步三號線基坑地下水位復(fù)原第13～23步六號線車站基坑開挖與主體結(jié)構(gòu)施工第24步地下水位回復(fù)至地表下2m五、計算模型、荷載、參數(shù)（一）結(jié)構(gòu)計算模型、荷載采納結(jié)構(gòu)與地層共同作用的地層-結(jié)構(gòu)模式（平面應(yīng)變），模擬分析地鐵三號線和六號線車站基坑開挖與主體結(jié)構(gòu)施工過程中地層和結(jié)構(gòu)的受力與變形特點和相互影響。計算模型所取范圍是：水平方向，沿橫斷面方向以基坑寬的3倍為限，即基坑兩側(cè)取基坑開挖寬度的3倍范圍（取150m）,豎向取地面至基坑面以下3倍基坑寬度范圍，即150m*70m。計算中地層DP材料的彈塑性實體單元模擬，而基坑圍護(hù)樁、主體結(jié)構(gòu)采納彈性梁單元模擬，支撐用桿單元模擬，為保證不同單元變形的協(xié)調(diào)性，梁單元和實體單元之間用藕合方程連接，隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)之間用僅壓桿連接。有限元計算中，采納莫爾—庫侖屈服準(zhǔn)則對結(jié)構(gòu)的開挖過程進(jìn)行彈塑性分析。也即采納 Drucker-Prager（DP）模型計算結(jié)構(gòu)非線形的變形特性。其等效應(yīng)力為：式中；；—材料的內(nèi)聚力，MPa；—材料的內(nèi)摩擦角。屈服準(zhǔn)則為：基坑開挖過程中主要考慮水壓力、初始地應(yīng)力和開挖后二次應(yīng)力的作用，地面超載取20KPa，考慮到地層滲透系數(shù)較大，采納水土分算。（二）計算參數(shù)各地層計算時圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)本區(qū)間《廣州市軌道交通六號線燕塘至柯木塱段初步巖土工程勘察報告》與《鐵路噴錨構(gòu)筑法圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)》加以選取。詳細(xì)如表2所示。圍巖物理力學(xué)參數(shù)表2地層與材料彈性模量泊松比容重內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角E（kPa）μγ（kN/m3）c（KPa）φ（°）<4-1><3-2><5H-1><5H-2>3.0e40.3518.528.724.33.0e40.2320.00.030.02.5e40.3418.630.828.15.0e40.3118.836.127.4結(jié)構(gòu)材料特性參數(shù)表3地層與材料彈性模量泊松比容重E（kPa）μγ（kN/m3）C30（圍護(hù)結(jié)構(gòu)）C30（主體、二襯）鋼管2.8e70.17253.0e70.17252.1e80.2478六、內(nèi)力計算分析與建議采納ANSYS有限元通用程序?qū)Φ罔F三號線和六號線車站基坑開挖與主體結(jié)構(gòu)施工過程中地層和結(jié)構(gòu)的受力與變形特點和相互影響進(jìn)行計算分析，得到隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力值和結(jié)構(gòu)變形值。由于篇幅關(guān)系，僅列出主要的計算結(jié)果，詳細(xì)計算結(jié)果詳見附圖。1、經(jīng)計算，地鐵三號線車站主體在六號線車站修建前的內(nèi)力圖和配筋如下表（注：本配筋表即為本車站施工時采納的配筋表）：六號線車站施工前三號線主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力與配筋表（每延米，標(biāo)準(zhǔn)值）表4項目部位彎矩(KN.m)軸力(KN)剪力(KN)配筋裂縫寬ω(mm)頂板端支座（上緣）-450-850-365Φ28@150+Φ25@1500.1頂板中支座（上緣）-490-850-453Φ28@150+Φ20@3000.1頂板跨中（下緣）-891-8500Φ28@1500.13中板端支座（上緣）-65-79360Φ18@150+Φ18@3000.11中板中支座（上緣）-50-79354Φ18@1500.10中板跨中（下緣）-45-7930Φ18@1500.10底板端支座（下緣）-1078-933-545Φ28@150+Φ25@1500.18底板中支座（下緣）-680-933-456Φ28@150+Φ20@3000.12底板跨中（上緣）490-9330Φ25@1500.10側(cè)墻端支座（外緣）-1078-763-542Φ28@150+Φ25@1500.20側(cè)墻中支座（外緣）-450-763-256Φ25@1500.10側(cè)墻跨中（內(nèi)緣）350-7630Φ22@1500.10注：由于時間關(guān)系,本表僅為抗浮最不利工況的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋六號線車站施工前三號線主體連續(xù)墻限制內(nèi)力表(每延米，設(shè)計值)表5厚度（mm）彎矩(KN·m)剪力（KN）位移（mm）全斷面配筋率（%）600-935～910-354～39418.11.232、三號線車站主體在六號線車站修建時的內(nèi)力圖和配筋(不變)如下表,經(jīng)計算,原設(shè)計配筋滿意規(guī)范要求。六號線車站施工時三號線主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力與配筋表（每延米，標(biāo)準(zhǔn)值）表6項目部位彎矩(KN.m)軸力(KN)剪力(KN)配筋裂縫寬ω(mm)頂板端支座（上緣）-453-835-366Φ28@150+Φ25@1500.1頂板中支座（上緣）-511-835-475Φ28@150+Φ20@3000.1頂板跨中（下緣）-912-8350Φ28@1500.15中板端支座（上緣）-65-72361Φ18@150+Φ18@3000.11中板中支座（上緣）-50-72355Φ18@150-0.10中板跨中（下緣）-45-7230Φ18@1500.10底板端支座（下緣）-1118-913-547Φ28@150+Φ25@1500.19底板中支座（下緣）-720-913-476Φ28@150+Φ20@3000.13底板跨中（上緣）480-9130Φ25@1500.10側(cè)墻端支座（外緣）-1118-663-565Φ28@150+Φ25@1500.20側(cè)墻中支座（外緣）-470-663-267Φ25@1500.11側(cè)墻跨中（內(nèi)緣）368-6630Φ22@1500.10六號線車站施工時三號線主體連續(xù)墻限制內(nèi)力表(每延米，設(shè)計值)表7厚度（mm）彎矩(KN·m)剪力（KN）位移（mm）全斷面配筋率（%）600-968～950-387～41328.10.813、內(nèi)力表、內(nèi)力圖、變形圖中看出，由于三號線基坑與六號基坑相距較遠(yuǎn)，六號線車站基坑施工前后內(nèi)力改變特別?。?0%以內(nèi)），六號線基坑開挖前后對三號線車站影響不大。4、六號線結(jié)構(gòu)施工前后，三號線結(jié)構(gòu)最大相對水平位移為10mm，相對沉降為8mm，數(shù)值雖小，但有整體向六號線方向平移的趨勢，因此，六號線基坑開挖時，應(yīng)與時架設(shè)支撐，嚴(yán)禁超挖。5、地層塑性區(qū)看出，在六號線基坑底部出現(xiàn)塑性區(qū)，是由于基坑開挖時基底變形引起，因此，為防止基坑底的塑性破壞，六號線基坑開挖前，應(yīng)對六號線基坑底進(jìn)行加固處理。6、由于六號線基坑采納地下連續(xù)墻（止水效果好），同時基底采納旋噴加固止水，本計算為不考慮六號線基坑開挖引的水流失和花崗石殘積土的軟化的志向狀態(tài)下的計算（據(jù)估算，基坑開挖引的水流失和花崗石殘積土的軟化對三號線影響較大），施工時應(yīng)嚴(yán)格限制施工質(zhì)量，嚴(yán)防水土流失。7、由于本數(shù)值計算是依據(jù)廣州軌道交通六號線地質(zhì)資料進(jìn)行的志向狀態(tài)下的模擬施工開挖過程，與現(xiàn)場狀況（如地質(zhì)的改變，實際施工方法與施工工藝，施工質(zhì)量等）是有肯定出入的，基坑開挖時，留意必需加強對三號線車站結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測，加強施工質(zhì)量的限制。發(fā)覺三號線基坑變形接近或達(dá)到警戒值（依據(jù)計算分析，三號線基坑水平變形警戒值<10mm，），馬上停止施工，通知相關(guān)單位并實行緊急處理措施。7、附圖模型圖三號線基坑第一步開挖時（第3載荷步），地下連續(xù)墻彎矩圖(KN.m)

三號線基坑其次步開挖，架設(shè)臨時支撐時（第4載荷步），地下連續(xù)墻彎矩圖(KN.m)三號線基坑第三步開挖，架設(shè)臨時支撐時（第5載荷步），地下連續(xù)墻彎矩圖(KN.m)三號線基坑第四步開挖，架設(shè)臨時支撐時（第6載荷步），地下連續(xù)墻彎矩圖(KN.m)三號線基坑第五步開挖，架設(shè)臨時支撐時（第7載荷步），地下連續(xù)墻彎矩圖(KN.m)三號線基坑第五步開挖，架設(shè)臨時支撐時（第7載荷步），水平位移圖(m)三號線施工底板與部分側(cè)墻,拆除第四道臨時支撐,架設(shè)倒撐時（第9載荷步），結(jié)構(gòu)彎矩圖(KN.m)三號線施工中板與部分側(cè)墻,拆除臨時支撐、倒撐時（第10載荷步），結(jié)構(gòu)彎矩圖(KN.m)三號線施工頂板與側(cè)墻,拆除臨時支撐時（第11載荷步），結(jié)構(gòu)彎矩圖(KN.m)三號線復(fù)原水位時（第12載荷步），結(jié)構(gòu)彎矩圖(KN.m)三號線復(fù)原水位時（第12載荷步），