地铁站计算分析报告无失水.docx
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地铁站计算分析报告无失水
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
(无失水工况)
二○○六年六月
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。
三号线车站主体围护结构剖面图1附图
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》,面基本平坦,丘陵地貌。
地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。
、、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》3.
《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。
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1表
施工工序对应载荷步对应施工步骤说明载荷步超载自重应力场,地面加20KPa第1三号线车站基坑开挖及主体结构施工2~第第12第13~
步11步步23步
三号线基坑地下水位恢复步六号线车站基坑开挖及主体结构施工2m地下水位回复至地表下
24第
五、计算模型、荷载、参数
(一)结构计算模型、荷载模拟分析地铁三号,结构模式(平面应变)采用结构与地层共同作用的地层-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倍为限,沿横断面方向以基坑宽的3计算模型所取范围是:
相互影响。
水平方向,3,竖向取地面至基坑面以下3倍范围(取150m)即基坑两侧取基坑开挖宽度的材料的弹塑性实体单元模拟,。
计算中地层DP倍基坑宽度范围,即150m*70m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。
库仑屈服准则对结构的开挖过程进行弹塑性分析。
—有限元计算中,采用莫尔其等效应力为:
)模型计算结构非线形的变形特性。
也即采用Drucker-Prager(DP11?
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2?
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T?
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SM?
S3?
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y?
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sin?
sin33?
33—材料的内聚力,MPa;—材料的内摩擦角。
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c屈服准则为:
11?
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F?
3SM?
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ym2?
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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。
围岩物理力学参数2表
地层及材料<4-1><3-2><5H-1><5H-2>部位顶板端支座(上缘)顶板中支座(上缘)顶板跨中(下缘)0.11
18@150+60
-793
-65
Φ(上中板端支座Φ18@300缘)0.10(上中板中支座18@150
Φ54
-793
-50
缘).
弹性模量泊松比μ
容重kN/mγ(-850-365-453-850-850
内聚力内摩擦角3)
ω(mm)0.10.1
)(EkPa-450
c(KPa)φ(°)
Φ28@150+Φ25@15028@150+ΦΦ20@30028@150
Φ
3.0e40.3518.528.724.33.0e40.2320.00.030.02.5e40.3418.630.828.1-490
5.0e40.3118.836.127.4-891
0.130
结构材料特性参数3表
地层及材料弹性模量泊松比容重
3)kN/mγ(E(kPa)μ2.8e70.1725(围护结构)C303.0e70.1725C30(主体、二衬)2.1e80.2478
钢管
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。
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
项目弯矩(KN.m)
轴力(KN)
剪力(KN)
配筋裂缝宽
中板跨中(下-45-7930Φ18@1500.100.180.120.100.200.100.10
缘)底板端支座(下
-933Φ-545Φ28@150+-1078
缘)
25@150
底板中支座(下
28@150+-456Φ-680Φ-933
缘)
20@300
底板跨中(上
049025@150Φ-933
缘)
Φ28@150+-763-542侧墙端支座(外Φ-1078
25@150缘)(外-256-763Φ-45025@150侧墙中支座缘)22@150
Φ-763
350
侧墙跨中(内0
缘)
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
厚度弯矩剪力位移全断面配筋率
(%)(mm))(KN·m)
(KN)(mm1.23
600
18.1
394
~910
-935~-354
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
项目弯矩(KN.m)
轴力(KN)
剪力(KN)
配筋裂缝宽
ω部位(mm)
0.1
-835
-453
-366
顶板端支座(上Φ28@150+Φ25@150缘)
0.1
-475
-511
(上-835
28@150+ΦΦ顶板中支座20@300缘)0.1528@150
Φ0
-835
-912
顶板跨中(下
缘)
中板端支座(上-65
-723
61
Φ18@150+Φ0.11
18@300缘)
中板中支座缘)
-0.1018@150(上-723
-50
55
Φ
中板跨中(下缘)底板端支座缘)底板中支座
0.10
18@150
-45
-723
0
Φ0.19
Φ-913
(下-547
Φ28@150+-111825@150
0.13Φ-476
28@150+(下Φ-720
-913
20@300缘)0.10-913
25@150
0
底板跨中(上Φ480
缘)0.20
(外侧墙端支座ΦΦ-663
-1118
-565
28@150+25@150缘)
0.11(外侧墙中支座Φ25@150
-267
-470
-663
缘)0.10
368
侧墙跨中(内-663
22@150
0
Φ缘)
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
厚度弯矩剪力位移全断面配筋率
(%mm))(mm)(KN·m)
(KN)(0.81
600
28.1
413
950
-387~~-968
3、内力表、内力图、变形图中看出,由于三号线基坑与六号基坑相距较远,六号线车站基坑施工前后内力变化非常小(10%以内),六号线基坑开挖前后对三号线车站影响不大。
4、六号线结构施工前后,三号线结构最大相对水平位移为10mm,相对沉降为8mm,数值虽小,但有整体向六号线方向平移的趋势,因此,六号线基坑开挖时,应及时架设支撑,严禁超挖。
.
5、地层塑性区看出,在六号线基坑底部出现塑性区,是由于基坑开挖时基底变形引起,因此,为防止基坑底的塑性破坏,六号线基坑开挖前,应对六号线基坑底进行加固处理。
6、由于六号线基坑采用地下连续墙(止水效果好),同时基底采用旋喷加固止水,本计算为不考虑六号线基坑开挖引的水流失和花岗石残积土的软化的理想状态下的计算(据估算,基坑开挖引的水流失和花岗石残积土的软化对三号线影响较大),施工时应严格控制施工质量,严防水土流失。
7、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
(KN.m)
,地下连续墙弯矩图载荷步)3三号线基坑第一步开挖时(第
载荷步),三号线基坑第二步开挖,架设临时支撑时(第4(KN.m)
地下连续墙弯矩图
载荷步)三号线基坑第三步开挖,架设临时支撑时(第5,(KN.m)
地下连续墙弯矩图
载荷步),三号线基坑第四步开挖,架设临时支撑时(第6(KN.m)
地下连续墙弯矩图
载荷步)三号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第7,(KN.m)
地下连续墙弯矩图
载荷步),7三号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第(m)
水平位移图
,拆除第四道临时支撑三号线施工底板及部分侧墙(KN.m)
,结构弯矩图载荷步)9架设倒撑时(第
拆除临时支撑、三号线施工中板及部分侧墙,(KN.m)
载荷步),结构弯矩图倒撑时(第10
载荷步)拆除临时支撑时(第三号线施工顶板及侧墙,11,(KN.m)
结构弯矩图
(KN.m)
载荷步),结构弯矩图三号线恢复水位时(第12
(KN)
,结构轴力图载荷步)12三号线恢复水位时(第
(KN)
载荷步),结构剪图三号线恢复水位时(第12
(m)
12三号线恢复水位时(第载荷步),水平位移
,19载荷步)六号线基坑第五步开挖,架设临时支撑时(第(KN.m)
结构弯矩图
(KN.m)结构弯矩图,23拆除临时支撑时六号线施工顶板及侧墙,(第载荷步)
(KN.m)
载荷步),结构弯矩图六号线恢复水位时(第24
(KN)
,结构轴力图24六号线恢复水位时(第载荷步)
(KN)
载荷步),结构剪力图六号线恢复水位时(第24
(m)
终态水平位移
塑性区
m六号线结构施工前后,三号线结构相对水平位移()
六号线结构施工前后,三号线结构相对沉降(m)
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