地铁车站端头井计算分析

姜立任

1 工程概况

某地铁车站为地下二层13m岛式站台，双层三跨箱形框架结构，有效站台长120m，标准段总净宽21.7m，车站总净长485.610m，主体结构顶板覆土约3.50m，车站标准段开挖深度约为18.2m，端头井开挖深度约为20.7m，基坑底板主要位于砂质粉土和淤泥质粉质粘土夹粉土中。围护结构标准段和端头井分别采用800mm厚、1000mm厚地下连续墙，标准段和端头井内衬墙厚分别为700mm和800mm，复合墙结构。本车站小里程端为盾构始发端，大里程端为盾构接收端。

2 荷载计算

取左边小里程处端头井进行计算，采用自重工况和水反工况分别计算配筋；主要考虑顶板覆土荷载、各层板自重、车辆荷载、吊顶荷载、地面超载、设备荷载、楼面活荷载、隔墙及装修荷载、水反力荷载、地震荷载以及人防荷载等，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009－2012）各项组合分项系数进行荷载组合，荷载计算结果如下。

图1 重力工况计算简图

3 模型建立及内力计算分析

图2 水反力工况计算简图

车站主体结构采用明挖法施工，计算按照平面应变假设，采用荷载—结构模式，计算软件采用通用结构分析与设计软件SAP2000进行计算，根据结构所处地层，边界采用弹性地层模式。结构按施工过程采用“增量法”进行受力分析，开挖期间围护结构作为支挡结构，承受全部的水土压力及路面荷载，使用阶段和主体结构一起承载。施工阶段受力分析模拟了施工过程，遵循“先变位，后支撑”的原则，在计算中计入结构的先期位移值及支撑变形，采用弹性有限元法进行结构计算，地基对结构的作用采用分布水土压力及一系列不能受拉的弹簧进行模拟，最终的位移及内力值为各阶段累加值。使用阶段将结构视为底板置于弹性地基上的平面框架进行分析。施工阶段验算时，土荷载应采用主动土压力，水土分算。根据铁路工程抗震设计规范6度区地下建筑物不考虑地震计算，同时通过其他类似工程的比较，有一定覆土的小跨度地下建筑物不考虑地震作用组合；本工程不考虑地震作用。

结构构件设计使用年限为100年；结构混凝土强度等级：顶板、底板、侧墙采用C35、P8，中板采用C35，柱采用C50，钢筋均采用HRB400级钢筋，顶板、侧墙、底板钢筋净保护层厚度外侧45mm，内侧35mm，楼板受力钢筋净保护层厚度为30mm，主梁钢筋净保护层厚度为45mm，柱受力钢筋净保护层厚度为40mm。具体模型及计算结果如下。

4 配筋结果对比

在荷载取值一致、荷载工况组合等一样情况下，通过SAP2000分别进行二维、三维计算，分别读取顶板、底板、中板计算结果弯矩进行配筋分析，具体如下：

图3 二维计算模型

图4 三维计算模型

图5 二维计算结果

（1）二维计算结果如表1。

（2）三维计算结果如表2。

表1、表2结果均采用准永久组合弯矩包络情况下的板截面裂缝宽度验算。

5 结论

图6 三维计算结果

表1

表2

二维纵向钢筋根据板厚最小配筋率及构造要求去配置，则二维与三维在中板配筋结果差别不大，顶板配筋稍有差别，但底板配筋结果差别较大，通过对车站端头井进行二维、三维计算分析结果表明，地铁车站盾构端头井受力具有明显空间特征，梁、板、墙等结构构件受力复杂，对计算模型进行合理简化，采用三维空间模型计算分析，可避免由于平面简化模型对板侧向刚度的不合理假定而造成的计算失真现象，更经济、更合理，因此，对地铁车站盾构端头井设计采用三维有限元分析计算更符合其受力特征，建议以后地铁车站盾构端头井均采用三维有限元计算分析。

[1]黎钜宏，盛建龙，邓静，王淇.地铁车站端头盾构井的空间分析.都市快轨交通，2013，26（6）：73～77.

[2]李铭军.地铁车站端头井内部结构的整体计算.地下工程与隧道，2006（2）：53～54.

[3]《建筑结构荷载规范》（GB50009－2012）.