明-暗挖結(jié)合地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震分析

劉金波，姜 磊，楊成蛟，王鐵東

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 工程概況

本工程車站位于交通繁忙的交叉路口處，車站跨路口設(shè)置，垂直于車站方向的道路下方市政管線較多，其中兩根DN1500mm的排水管和一根DN1200mm的給水管改移難度較大，方案論證后車站在跨路口段采用暗挖兩層(暗挖段長度約28m)，路口兩側(cè)采用明挖三層兩跨矩形框架結(jié)構(gòu)。車站總長155m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度21m。頂板覆土約4～7m，底板埋深約24.4～26.8m。車站主體結(jié)構(gòu)采用半蓋挖法，局部暗挖施工，車站主體與風(fēng)道結(jié)構(gòu)合建，共用基坑，基坑長155.3m,基坑寬21.1～30.65m，采用鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護(hù)型式。

車站主體采用半蓋挖法施工，車站在十字路口段為暗挖兩層，暗挖段長度為28m，路口兩側(cè)為明挖三層，長度分別為56m和71m，車站縱剖圖見圖1。

圖1 車站縱剖圖

2 結(jié)構(gòu)斷面及工程地質(zhì)法

2.1 結(jié)構(gòu)斷面

車站明挖段覆土4m,暗挖段覆土7m，明挖標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)寬21m，高20.6m，暗挖段主體結(jié)構(gòu)寬21m，高17.45m。車站明挖段、暗挖段橫剖面及結(jié)構(gòu)尺寸見圖2。

2.2 工程地質(zhì)

車站范圍地層自上而下分別為雜填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、礫砂、圓礫、中粗砂第四紀(jì)晚更新世沖洪積層。土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。

3 結(jié)構(gòu)抗震計算

3.1 計算模型

本工程沿縱向結(jié)構(gòu)型式變化較大，應(yīng)進(jìn)行三維計算。車站結(jié)構(gòu)板、側(cè)墻采用板單元模擬，梁、柱構(gòu)件采用梁單元進(jìn)行模擬，土體采用實體單元進(jìn)行模擬，整個計算模型的范圍為長240m，寬150m，高度方向(z方向)取100m。整體模型的網(wǎng)格劃分見圖3所示，共劃分70626個單元，70117個節(jié)點。

3.2 地震波的選取

依據(jù)該工程的地震安全評價報告，本次計算采用水平向x方向和y方向地震波同時振動，水平向y方向地震動加速度峰值考慮折減為設(shè)計地震動峰值加速度的0.85倍[1-5](如圖4所示)。結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特別是位移反應(yīng)需要有一定的持續(xù)時間才能達(dá)到最大值，本項目時程分析的時間根據(jù)地震波的情況取為60s，時程分析的步長取為0.02s[6-8]。

圖2 車站橫剖面圖

表1 土層參數(shù)表

圖3 計算模型

3.3 計算結(jié)果

首先對E2 地震作用下車站結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行計算，計算結(jié)果如圖5～圖6所示。

由圖5～圖6可知，E2 地震作用下車站側(cè)墻和柱變形云圖可知，結(jié)構(gòu)整體變形近似線性變化，越接近地表結(jié)構(gòu)位移越大。由表2可知明挖三層段負(fù)一層側(cè)墻最大位移為6.52mm，暗挖兩層段負(fù)一層側(cè)墻最大位移為7.36mm，側(cè)墻位移均滿足限制要求。

圖4 地震波加速度時程曲線

圖5 設(shè)防地震作用下車站側(cè)墻相對位移TX云圖

圖6 設(shè)防地震作用下車站側(cè)墻相對位移TY云圖

表2 E2地震作用下車站側(cè)墻位移值

其次，對E2 地震作用下車站結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行計算，計算結(jié)果如表3所示。

表3 靜力工況及E2地震作用下車站主要構(gòu)件的內(nèi)力值

由表3可知：

(1)結(jié)構(gòu)板在靜力作用和地震作用下內(nèi)力規(guī)律一致，均呈現(xiàn)頂、底板彎矩大中板彎矩小的規(guī)律。

(2)側(cè)墻和中柱地震作用下內(nèi)力均略小于靜力工況下內(nèi)力。

(3)在基本組合工況下的車站結(jié)構(gòu)配筋為最大包絡(luò)配筋，地震工況為非控制性工況。

最后，對車站進(jìn)行了E3地震作用下的彈塑性變形分析。車站在地震作用下的變形、塑性區(qū)、層間相對位移見圖7、圖8及表4。

圖7 E3地震作用下車站側(cè)墻相對位移TX云圖

對罕遇地震E3作用下車站進(jìn)行彈塑性計算，發(fā)現(xiàn)車站明暗挖交接處有一定范圍的塑性開展，但整體滿足抗震性能要求Ⅱ。分析表明車站明暗挖交

圖8 E3地震作用下車站側(cè)墻相對位移TY云圖

表4 E3地震作用下車站側(cè)墻位移值

接處是工程抗震的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取加強(qiáng)措施，提高連接節(jié)點抵抗變形的能力。

4 結(jié)論

(1)通過三維數(shù)值模擬對車站結(jié)構(gòu)在E2地震作用下的彈性內(nèi)力和變形進(jìn)行計算，滿足抗震性能要求I；同時對比了靜力工況和E2地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，表明地震工況為非控制性工況。

(2)對罕遇地震E3作用下車站進(jìn)行彈塑性計算，結(jié)果表明車站明暗挖交接處有一定范圍的塑性開展，但整體滿足抗震性能要求Ⅱ。分析表明車站明暗挖交接處是工程抗震的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取加強(qiáng)措施，提高連接節(jié)點抵抗變形的能力，確保結(jié)構(gòu)抗震工況下的整體性。