基于FLAC3D变形结果的某地铁车站主体结构的平安性评估

基于FLAC3 D变形结果的某地铁车站主体结
构的平安性评估
摘要：基于用FLAC3D模拟拟建隧道穿越某地铁车站主体结构所得的变形结果，用结构分析软件SAP来分析该车站主体结构的内力。

然后与既有车站主体结构的许诺应力比较，得出各个构件的平安系数，从而做出结构平安评估。

在此基础上把平安系数小于的作为监测的重点，在施工时针对变形量过大的，专门是超过允许值的地段做好注浆预加固，为盾构的同步注浆及二次注浆工作提供依据。

关键词：地下工程地铁车站
1 项目背景
拟建隧道沿向呈东向西，其中有一段穿越某地铁车站主体结构，在该段范围内拟建隧道与该隧道车站主体结组成十字交叉关系(图1)。

拟建隧道采纳盾构施工，隧道设计轨顶绝对标高为7. 53m，距离地面 m，距离既有地铁车站主体底板13. 9m。

既有地铁车站主体的双层段采纳单断面，拱形顶板，单层段采纳两个矩形断面、复合衬砌结构。

双层段宽 m，底板距离拱形起拱处15. 2m，单个矩形断面宽9. 85m，高9m，两个矩形断面之间的净距为4. 1 m。

详细尺寸见以下图2,3。

为了评估隧道建设时该地铁车站主体结构的相应，以判定该地铁车站主体结构是不是平安。

咱们利用专业数值模拟分析软件FLAC3D模拟的结果，用专业软件SAP对该车站主体结构进行平安性评估。

2 评估方式
拟建隧道施工以前，该地铁车站主体结构处于初始平稳状态。

现在，该车站主体结构所受荷载为:顶板、侧墙受到土压力及地面超载的作用;约束条件为:底板受到土体的约束，通过计算，可得出结构的内力，即初始内力。

拟建隧道施工以后，该地铁车站受其阻碍发生了变形，结构的初始平稳状态被打破，待沉降变形稳固以后，结构又达到了新的平稳，结构内力相关于施工前有所转变，此内力转变量可通过位移法计算取得。

上面二者的叠加得出该地铁车站沉降变形以后的实际内力。

另一方面，依照该地铁车站结构的材料强度、结构尺寸、所配钢筋数量及结构现状检测评估报告，可计算出车站结构各部位所能经受的最大内力，即许诺内力。

评估该地铁车站结构在拟建隧道施工期间的平安性，确实是将该车站主体结构的实际内力与许诺内力相较较，然后判定该车站主体结构的工作状态。

3 评估模型
本次平安性评估的范围是:该地铁车站结构受拟建隧道施工阻碍的四个变形缝区段，共计宽22. 5m、长117m的车站结构(图4)。

模型说明:
(1)对板、墙构件采纳板壳单元进行模拟，梁、柱构件采纳梁、柱单元进行模拟。

(2)车站主体结构两头既是模型边界又是变形缝位置。

(3)结构的位移受到限制，因此计算模型在该断面的极点上设!南北方向平动的约束。

由于其在三维中Y,Z方向无转动，故在极点处设置了转动的约束。

(4)该车站主体结构单层与双层过渡段用堵头墙。

(5)该车站三段结构之间是变形缝，计算模型以只能传递压力、不能传递拉力、剪力和弯矩的弹簧将二者连接。

(6)施工前的初始状态，设置了竖直方向的土弹簧，现在不设置水平弹赞(用侧压力来模拟实际土的作用);施工后的沉降变形稳固状态，既设置水平土弹赞(现在无侧压力)，同时在底板设置竖向土弹簧，来模拟沉降变形作用。

基于上次说明成立的三维有限元模型如以下图5。

4 模型计算
模型计算荷载
计算考虑车站的大体组合工况，结构所受荷载为恒荷载(结构自重十土压力)与活荷载(地面超载，取20kPa)。

这两种荷载均按标准值进行计算。

4. 2 模型计算简化
(1)拟建隧道施工前后该地铁车站结构的约束条件、荷载条件相同，知足内力迭加原理;
(2)该地铁车站底板在同一横断面上各点的沉降值相等;
(3)变形前为平面的横截面，变形后仍为平面;
(4)钢筋混凝土材料知足线弹性的本构关系。

4. 3 模型计算结果
本次平安性评估别离对车站5个截面纵横向的底、顶板及侧墙配筋及梁柱配筋进行评估。

计算选取的5个典型横断面如下表1及图6。

所得平安系数结果见表2。

依照上述平安系数一览表，得出结论:
(1) s个横断面中:代表双层段的断面1,2断面其平安系数都大于1，最小是1. 1;断面3的最小平安系数为0. 82，其中小于1的有两个点，位于底板中央，小于s%的规定。

因此该断面底板、顶板、侧墙都是平安的。

(2)单层段的侧墙弯矩最小平安系数为2. 6 ,底板的中部的平安系数
是2. 3。

故单层段的环向仍是纵向配筋知足平安要求。

(3)东顶、底梁弯矩的最小平安系数为1. 5，知足平安要求。

剪力的平安系数都在1. 8以上，由于东顶、底梁与西顶、底梁受力对称，配筋同，故梁的平安能达到要求。

(4)柱子的平安系数大部份都在3. 0以上，故平安。

5 结果
本文基于用FLAC3D模拟拟建隧道穿越一地铁车站主体结构所得的变形结果，用结构分析软件SAP来分析该车站主体的内力，然后与既有车站主体结构的允许极限应力比较，得出该地铁车站主体结构为平安的。

并同时针对平安系数小于1. 0的车站主体结构部位作为监测重点部位，做好注浆预加固，为盾构的同步注浆及二次注浆工作提供依据。

参考文献
[1]北京城建设计研究总院.地铁设计标准(GB50157一2003 ).北京:中国打算出版社
[2]中华人民共和国建设部.混凝土结构设什标准(GB510010 -2002).北京:中国建筑工业出版社
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[4]中华人民共和国铁遭部铁路隧道设计标准(TB10003 -2001).北京:中国铁道出版社.。