地铁站计算分析报告失水.docx
- 文档编号:11865187
- 上传时间:2023-04-06
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:592.84KB
地铁站计算分析报告失水.docx
《地铁站计算分析报告失水.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地铁站计算分析报告失水.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
地铁站计算分析报告失水
广州市轨道交通六号线工程
天河客运站六号线基坑施工对已建成三号线车站影响
数值分析报告
(失水软化工况)
二○○六年六月
目录
一、工程概况3
二、地质条件5
三、计算原则和依据5
四、计算内容6
(一)模拟计算分析对象的选择6
(二)施工步骤及模拟工况6
五、计算模型、荷载、参数7
(一)结构计算模型、荷载7
(二)计算参数8
六、内力计算分析及建议9
一、工程概况
一)六号线车站基坑概况
广州市轨道交通六号线天河客运站呈南北走向。
车站南面为沙汕路,交通繁忙,东面为三号线车站,与三号线车站平行,六号线车站与号线车站采用通道换乘。
六号线车站主体基坑采用明挖顺作法施工。
本基坑宽约为19.7~27.4m,深度约为24m,纵向长度约为84.2m,采用1000厚的地下连续墙,地下连续墙长平均为32m,插入深度平均为8m,采用钢管(φ600mm,t=14mm)作为内支撑。
二)三号线车站设计及施工情况
广州市轨道交通三号线天河客运站为三号线支线段起点车站,主体基坑采用明挖顺作法施工。
本基坑宽约为10.9~34.7m,深度约为17m,纵向长度约为274.2m,采用600厚的地下连续墙,地下连续墙长平均为23.5m,插入深度平均为6.5m,采用钢管(φ600mm,t=12mm)作为内支撑。
三号线车站主体结构已于2005年施工完成,目前正在进行附属结构施工和主体内部装修和机电安装。
车站主体围护结构剖面及配筋如图所示,主体结构配筋见后面的配筋表。
附图1三号线车站主体围护结构剖面图
附图2三号线车站主体围护结构配筋图
三)六号线车站主体基坑与三号线主体结构相互关系
六号线车站主体基坑与三号线主体结构相互平行,三号线车站在东侧,六号车站在西侧,两车站相距为14.2~23.5m。
相互关系平剖面图如图3、4所示。
附图3六号线主体基坑与三号线主体结构相互关系平面图
附图4六号线主体基坑与三号线主体结构相互关系剖面图
二、地质条件
地质资料采用《广州市轨道交通六号线燕塘至柯木塱段初步岩土工程勘察报告》,地面基本平坦,丘陵地貌。
车站工程地质主要为:
人工填土层<1>、冲积-洪积粉细砂层<3-1>、冲积-洪积中粗砂层<3-2>、积-洪积土层<4-1>、可塑状残积土层<5H-1>、硬塑状残积土层<5H-2>、花岗岩全风化带<6H>。
各地层岩性详见相关图纸和说明。
三、计算原则和依据
1、采用ANSYS有限元通用程序进行数值模拟计算分析。
2、采用地层-结构模型对结构的受力和变形进行分析。
3、依据《广州市轨道交通六号线燕塘至柯木塱段初步岩土工程勘察报告》、《地铁设计规范》、有关六号线、三号线车站基坑资料、主体结构资料等建立计算模型。
四、计算内容
(一)模拟计算分析对象的选择
取最不利的部位,即选取附图4中的剖面,对六号线车站基坑开挖时,已建成的三号线车站主体结构、围护结构和地层受力和变形情况进行数值模拟计算。
六号线车站结构尺寸:
1000mm厚地下连续墙,连续墙插入深度为8米,钢管支撑φ600mm,t=14mm;主体结构顶板800mm,中板400mm,底板1100mm,侧墙650~800mm,立柱700X700mm(在计算中均折算为每延米刚度值)。
三号线车站结构尺寸:
600mm厚地下连续墙,围护结构插入深度为6.5米,钢管支撑φ600mm,t=12mm,主体结构顶板800mm,中板400mm,底板900mm,侧墙700mm;立柱φ800mm(在计算中均折算为每延米刚度值)。
(二)施工步骤及模拟工况
为了更准确地模拟六号线车站基坑开挖对三号线车站的影响,施工过程从三号线车站基坑开挖开始直至六号线结构施工完成。
本计算考虑三号线基坑和六号线基坑之间夹土体水的流失和软化,即六号线基坑开挖过程中,三号线基坑和六号线基坑之间夹土体水位随着六号线基坑开挖逐步向下降低至六号线基坑底,同时土体随着水位的降低逐步软化,根据三号线的经验教训,花岗岩残积土软化时,地层物理力学参数降低一级。
数值模拟计算时,施工开挖过程和计算步骤对应如下表1:
模拟时与施工步骤对应的载荷步表表1
施工工序对应载荷步
载荷步对应施工步骤说明
第1步
自重应力场,地面加20KPa超载
第2~11步
三号线车站基坑开挖及主体结构施工
第12步
三号线基坑地下水位恢复
第13~23步
六号线车站基坑开挖及主体结构施工,三号线基坑和六号线基坑之间土体水位逐步降低,夹土体逐步软化
第24步
地下水位回复至地表下2m
五、计算模型、荷载、参数
(一)结构计算模型、荷载
采用结构与地层共同作用的地层-结构模式(平面应变),模拟分析地铁三号线和六号线车站基坑开挖及主体结构施工过程中地层和结构的受力及变形特点和相互影响。
计算模型所取范围是:
水平方向,沿横断面方向以基坑宽的3倍为限,即基坑两侧取基坑开挖宽度的3倍范围(取150m),竖向取地面至基坑面以下3倍基坑宽度范围,即150m*70m。
计算中地层DP材料的弹塑性实体单元模拟,而基坑围护桩、主体结构采用弹性梁单元模拟,支撑用杆单元模拟,为保证不同单元变形的协调性,梁单元和实体单元之间用藕合方程连接,隧道围护结构和主体结构之间用仅压杆连接。
有限元计算中,采用莫尔—库仑屈服准则对结构的开挖过程进行弹塑性分析。
也即采用Drucker-Prager(DP)模型计算结构非线形的变形特性。
其等效应力为:
式中
;
;
—材料的内聚力,MPa;
—材料的内摩擦角。
屈服准则为:
基坑开挖过程中主要考虑水压力、初始地应力和开挖后二次应力的作用,地面超载取20KPa,考虑到地层渗透系数较大,采用水土分算。
(二)计算参数
各地层计算时围岩的物理力学指标依据本区间《广州市轨道交通六号线燕塘至柯木塱段初步岩土工程勘察报告》及《铁路喷锚构筑法围岩分类标准》加以选取。
具体如表2所示。
三号线基坑和六号线基坑之间夹土体逐步软化时,根据三号线经验,地层物理力学参数降低一级,即<5H-2>参数弱化为<5H-1>,<5H-1>及以上地层参数弱化为原来参数的一半。
围岩物理力学参数表2
地层及材料
弹性模量泊松比容重内聚力内摩擦角
E(kPa)μγ(kN/m3)c(KPa)φ(°)
<4-1>
<3-2>
<5H-1>
<5H-2>
3.0e40.3518.528.724.3
3.0e40.2320.00.030.0
2.5e40.3418.630.828.1
5.0e40.3118.836.127.4
结构材料特性参数表3
地层及材料
弹性模量泊松比容重
E(kPa)μγ(kN/m3)
C30(围护结构)
C30(主体、二衬)
钢管
2.8e70.1725
3.0e70.1725
2.1e80.2478
六、内力计算分析及建议
采用ANSYS有限元通用程序对地铁三号线和六号线车站基坑开挖及主体结构施工过程中地层和结构的受力及变形特点和相互影响进行计算分析,得到隧道结构的内力值和结构变形值。
由于篇幅关系,仅列出主要的计算结果,具体计算结果详见附图(本计算考虑三号线基坑和六号线基坑之间土体水的流失和土层软化的工况)。
1、经计算,地铁三号线车站主体在六号线车站修建前的内力图和配筋如下表(注:
本配筋表即为本车站施工时采用的配筋表):
六号线车站施工前三号线主体结构内力及配筋表(每延米,标准值)表4
项目
部位
弯矩(KN.m)
轴力(KN)
剪力(KN)
配筋
裂缝宽
ω(mm)
顶板端支座(上缘)
-450
-850
-365
Φ28@150+Φ25@150
0.1
顶板中支座(上缘)
-490
-850
-453
Φ28@150+Φ20@300
0.1
顶板跨中(下缘)
-891
-850
0
Φ28@150
0.13
中板端支座(上缘)
-65
-793
60
Φ18@150+Φ18@300
0.11
中板中支座(上缘)
-50
-793
54
Φ18@150
0.10
中板跨中(下缘)
-45
-793
0
Φ18@150
0.10
底板端支座(下缘)
-1078
-933
-545
Φ28@150+Φ25@150
0.18
底板中支座(下缘)
-680
-933
-456
Φ28@150+Φ20@300
0.12
底板跨中(上缘)
490
-933
0
Φ25@150
0.10
侧墙端支座(外缘)
-1078
-763
-542
Φ28@150+Φ25@150
0.20
侧墙中支座(外缘)
-450
-763
-256
Φ25@150
0.10
侧墙跨中(内缘)
350
-763
0
Φ22@150
0.10
注:
由于时间关系,本表仅为抗浮最不利工况的结构内力和配筋
六号线车站施工前三号线主体连续墙控制内力表(每延米,设计值)表5
厚度
(mm)
弯矩
(KN·m)
剪力
(KN)
位移
(mm)
全断面配筋率
(%)
600
-935~910
-354~394
18.1
1.23
2、三号线车站主体在六号线车站修建时的内力图和配筋(不变)如下表,经计算,原设计配筋满足规范要求。
六号线车站施工时三号线主体结构内力及配筋表(每延米,标准值)表6
项目
部位
弯矩(KN.m)
轴力(KN)
剪力(KN)
配筋
裂缝宽
ω(mm)
顶板端支座(上缘)
-433
-831
-365
Φ28@150+Φ25@150
0.10
顶板中支座(上缘)
-515
-830
-471
Φ28@150+Φ20@300
0.10
顶板跨中(下缘)
-712
-832
0
Φ28@150
0.10
中板端支座(上缘)
-63
-721
61
Φ18@150+Φ18@300
0.11
中板中支座(上缘)
-52
-721
56
Φ18@150
0.10
中板跨中(下缘)
-43
-725
0
Φ18@150
0.10
底板端支座(下缘)
-1401
-571
-557
Φ28@150+Φ25@150
0.25
底板中支座(下缘)
-520
-913
-476
Φ28@150+Φ20@300
0.10
底板跨中(上缘)
780
-913
0
Φ25@150
0.15
侧墙端支座(外缘)
-1401
-563
-545
Φ28@150+Φ25@150
0.32
侧墙中支座(外缘)
-470
-663
-267
Φ25@150
0.11
侧墙跨中(内缘)
368
-663
0
Φ22@150
0.10
六号线车站施工时三号线主体连续墙控制内力表(每延米,设计值)表7
厚度
(mm)
弯矩
(KN·m)
剪力
(KN)
位移
(mm)
全断面配筋率
(%)
600
-1215~1183
-407~535
38.1
1.6
3、从内力表、内力图中看出,由于三号线基坑与六号基坑之间土体失水和软化,三号线围护结构、主体结构底板和侧墙内力增大了30%,原来结构配筋未能满足承载要求。
4、六号线结构施工前后,三号线结构最大相对水平位移为20mm,最大相对沉降为32mm,三号线结构有整体向六号线方向倾斜,是由于三、六号线夹土体失水和软化引起三号线的偏载。
5、地层塑性区看出,在六号线基坑底部、三号线、六号线之间夹土体出现塑性区,是由于基坑开挖时基底变形、夹土体失水和软化引起。
6、从以上分析中看出,六号线基坑开挖引起的土体失水和软化对三号线结构的影响是比较大的,因此,在六号线车站基坑开挖过程注意防止基坑外水的流失。
六号线围护结构采用连续墙是确实可行方案,但同时注意连续墙各墙幅之间的连接,必要时加旋喷桩加固止水,基坑底为防止渗水,可采用基底旋喷桩加固和加长连续墙的插入深稀度等办法;同时注意控制基坑水平变形也是控制基坑外水的流失有效办法。
7、经计算(见无失工况计算,在另一分册),在只要有效控制水的流失,控制基坑水平变形,就可有效保护三号线结构的安全。
8、由于本数值计算是根据广州轨道交通六号线地质资料进行的理想状态下的模拟施工开挖过程,与现场情况(如地质的变化,实际施工方法与施工工艺,施工质量等)是有一定出入的,基坑开挖时,注意必须加强对三号线车站结构变形的监测,加强施工质量的控制。
发现三号线基坑变形接近或达到警戒值(根据计算分析,三号线基坑水平变形警戒值<10mm,),立即停止施工,通知相关单位并采取紧急处理措施。
7、附图
模型图
三号线基坑第一步开挖时(第3载荷步),地下连续墙弯矩图(KN.m)
三号线基坑第二步开挖,架设临时支撑时(第4载荷步),
地下连续墙弯矩图(KN.m)
三号线基坑第三步开挖,架设临时支撑时(第5载荷步),
地下连续墙弯矩图(KN.m)
三号线基坑第四步开挖,架设临时支撑时(第6载荷步),
地下连续墙弯矩图(KN.m)
三号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第7载荷步),
地下连续墙弯矩图(KN.m)
三号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第7载荷步),
水平位移图(m)
三号线施工底板及部分侧墙,拆除第四道临时支撑,
架设倒撑时(第9载荷步),结构弯矩图(KN.m)
三号线施工中板及部分侧墙,拆除临时支撑、
倒撑时(第10载荷步),结构弯矩图(KN.m)
三号线施工顶板及侧墙,拆除临时支撑时(第11载荷步),
结构弯矩图(KN.m)
三号线恢复水位时(第12载荷步),结构弯矩图(KN.m)
三号线恢复水位时(第12载荷步),结构轴力图(KN)
三号线恢复水位时(第12载荷步),结构剪图(KN)
三号线恢复水位时(第12载荷步),
三号线主体结构弯矩图(KN.m)
三号线恢复水位时(第12载荷步),水平位移(m)
六号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第19载荷步),
结构弯矩图(KN.m)
六号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第19载荷步),
三号线主体结构弯矩图(KN.m)
六号线施工顶板及侧墙,拆除临时支撑时(第23载荷步),结构弯矩图(KN.m)
六号线施工顶板及侧墙,拆除临时支撑时(第23载荷步),
三号线主体结构弯矩图(KN.m)
六号线恢复水位时(第24载荷步),结构弯矩图(KN.m)
六号线恢复水位时(第24载荷步),结构轴力图(KN)
六号线恢复水位时(第24载荷步),结构剪力图(KN)
六号线恢复水位时(第24载荷步),
三号线主体结构弯矩图(KN.m)
终态水平位移(m)
塑性区
六号线结构施工前后,三号线结构相对水平位移(m)
六号线结构施工前后,三号线结构相对沉降(m)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地铁 计算 分析 报告 失水