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斷面形式對(duì)PBA逆筑法所修地鐵車(chē)站主體結(jié)構(gòu)受力的影響論文
1 引言
淺 埋 暗 挖 洞 樁 法(Pile-Beam-Archmethod，簡(jiǎn)稱“PBA 工法”)是我國(guó)工程師于1992年首次提出的一種地鐵車(chē)站施工方法，該方法是在傳統(tǒng)地下工程施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，把地面建筑的施工理念引入到地下工程中，通過(guò)小導(dǎo)洞、鉆孔樁、扣拱等成熟技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，從而形成的一種施工方法。
我國(guó)采用 PBA 工法已修建或建設(shè)中的地鐵車(chē)站的斷面形式一般分為單跨或雙跨形式，其區(qū)別是在開(kāi)挖斷面跨中部位設(shè)頂縱梁、結(jié)構(gòu)中柱及底縱梁以構(gòu)成縱向“簡(jiǎn)支梁”結(jié)構(gòu)體系作為拱部的支座;單跨車(chē)站隧道可獲得寬敞的空間和宏偉的建筑效果，但是其相應(yīng)的施工難度比雙跨車(chē)站大。本文嘗試應(yīng)用數(shù)值計(jì)算手段，對(duì)上述兩種均采用 PBA 工法修筑而斷面形式不同的車(chē)站主體結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行比較分析，為今后地鐵車(chē)站的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。
2 數(shù)值模擬方法
2.1 車(chē)站斷面設(shè)計(jì)
單跨及雙跨車(chē)站的主體結(jié)構(gòu)均分為上下兩層，上層為拱形，下層為矩形，拱部結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合式襯砌，側(cè)墻采用變樁及內(nèi)襯墻間夾柔性防水層的重合墻結(jié)構(gòu)。其中站廳層凈空為 7.76m×18.6m，站臺(tái)層凈空為7.19m×18.6m，拱部采用 φ42 超前小導(dǎo)管注漿加固地層，格柵拱架、噴射混凝土作初期支護(hù)，二次襯砌用 C40、P10 模筑鋼筋混凝土。
2.2 計(jì)算模型
本文計(jì)算采用平面彈性有限元法進(jìn)行計(jì)算，其中模型邊界的計(jì)算范圍為橫向兩端各取2 倍跨徑，總共寬 100m;豎直方向車(chē)站底部向下取 1 倍車(chē)站高度，拱頂以上取至原地面線，模型高 44m。
3 數(shù)值模擬結(jié)果分析
提取兩種結(jié)構(gòu)形式的拱部及側(cè)墻外輪廓線、內(nèi)輪廓線的節(jié)點(diǎn)力，通過(guò)專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件 MATLAB 繪制曲線進(jìn)行比較分析，其中所繪拱部曲線的橫坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)到車(chē)站中線距離，側(cè)墻曲線的橫坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)到拱頂所在水平線的距離。
不同車(chē)站斷面形式拱部二襯外側(cè)、內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力，從圖可以看出不同車(chē)站斷面形式的拱部二襯外側(cè)最大拉應(yīng)力值基本在1MPa 以內(nèi)，相應(yīng)地最大拉應(yīng)力差值也較小;而單拱與雙拱車(chē)站的拱部二襯外側(cè)最大拉應(yīng)力的變化規(guī)律在距車(chē)站中線 6m 以外的部位基本趨于相似。不同車(chē)站斷面形式的拱部二襯內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力差值在距車(chē)站中線 0~4m 的部位較大，為 4MPa 以上，其中，單跨車(chē)站的拱部二襯內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力值在此部位為 4~5MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度;而兩種車(chē)站斷面的拱部二襯內(nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力值及變化規(guī)律在距車(chē)站中線 7m 以外的部位均較為相近。
綜上所述，車(chē)站斷面形式對(duì)拱部?jī)?nèi)側(cè)受拉的影響程度遠(yuǎn)大于拱部外側(cè)，其中在車(chē)站中線附近 2/5 整體跨度的范圍內(nèi)，單跨車(chē)站的拱部?jī)?nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙跨車(chē)站拱部?jī)?nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力;愈靠近拱腳，兩種斷面的拱部最大拉應(yīng)力差值及變化規(guī)律越接近，即斷面形式的改變對(duì)車(chē)站拱部二襯的影響愈小。
4 結(jié)語(yǔ)
4.1 PBA 逆筑法修筑的車(chē)站斷面形式不同對(duì)拱部?jī)?nèi)側(cè)受拉的影響程度遠(yuǎn)大于拱部外側(cè)，其中在車(chē)站中線附近 2/5 整體跨度的范圍內(nèi)，單跨車(chē)站的拱部?jī)?nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙跨車(chē)站拱部?jī)?nèi)側(cè)最大拉應(yīng)力;愈靠近拱腳，斷面形式的改變對(duì)車(chē)站拱部二襯的影響愈小。所以在設(shè)計(jì)時(shí)須采用單跨斷面時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)車(chē)站中線附近區(qū)域拱部?jī)?nèi)側(cè)的配筋。
4.2PBA 逆筑法修筑的車(chē)站斷面形式不同對(duì)拱部外側(cè)受壓的影響與拱部?jī)?nèi)側(cè)不同，拱部外側(cè)主要是車(chē)站中線部位受影響較顯著，而內(nèi)側(cè)拱腰、拱腳受影響較大;兩種結(jié)構(gòu)的拱部外側(cè)最大壓應(yīng)力變化規(guī)律在拱腰、拱腳部位整體形似，而拱部?jī)?nèi)側(cè)最大壓應(yīng)力的變化規(guī)律則沿整個(gè)拱部結(jié)構(gòu)相似。另外，斷面形式不同對(duì)于拱部受拉的影響程度要顯著地大于拱部受壓。
4.3 PBA 逆筑法修筑的車(chē)站斷面形式不同對(duì)于側(cè)墻的受拉、受壓影響較小，在一定程度上可以忽略斷面形式改變所帶來(lái)的影響。
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