成都地鐵2號線東門大橋站結(jié)構(gòu)內(nèi)力精細(xì)化解析與工程應(yīng)用研究一、緒論1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速，城市人口不斷增長，交通擁堵問題日益嚴(yán)重。地鐵作為一種高效、便捷、環(huán)保的城市軌道交通方式，在緩解城市交通壓力、優(yōu)化城市空間布局、促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。地鐵建設(shè)不僅能夠提高城市交通效率，減少地面交通擁堵，還能帶動沿線地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，提升城市的綜合競爭力。成都作為中國西南地區(qū)的重要城市，近年來經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市規(guī)模不斷擴大，人口持續(xù)增長，交通擁堵問題也日益突出。為了緩解交通壓力，提高城市交通效率，成都大力推進(jìn)地鐵建設(shè)。成都地鐵2號線作為成都市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，貫穿了城市的東西方向，連接了多個重要的商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)和交通樞紐，對于加強城市東西部地區(qū)的聯(lián)系，促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。東門大橋站作為成都地鐵2號線的重要站點之一，位于成都市錦江區(qū)東大街芷泉段與均隆街路口，周邊有眾多的商業(yè)中心、寫字樓、酒店和住宅小區(qū)，交通流量大，人員密集。該站的建設(shè)對于滿足周邊地區(qū)居民和上班族的出行需求，提升區(qū)域交通便利性，促進(jìn)商業(yè)繁榮具有重要作用。同時，由于東門大橋站所處位置的特殊性，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析對于保障車站的安全穩(wěn)定運營、確保周邊環(huán)境的安全具有重要意義。對東門大橋站進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，能夠深入了解車站結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的受力性能和變形特性，為車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和運營提供科學(xué)依據(jù)。通過準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布情況，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理選擇結(jié)構(gòu)材料和截面尺寸，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，從而保障地鐵車站在長期運營過程中的安全可靠性，為乘客提供安全、舒適的出行環(huán)境。此外，東門大橋站結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的成果還可以為成都地鐵后續(xù)工程的設(shè)計和施工提供參考和借鑒。在地鐵建設(shè)過程中，不同站點可能面臨相似的地質(zhì)條件、荷載工況和結(jié)構(gòu)形式，通過對東門大橋站的研究，可以總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，完善設(shè)計方法和施工工藝，提高地鐵工程的建設(shè)質(zhì)量和效率，推動成都地鐵事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2地鐵車站施工方法概述地鐵車站的施工方法多種多樣，不同的施工方法具有各自的特點和適用條件，需要根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行合理選擇。常見的地鐵車站施工方法主要有明挖法、暗挖法和蓋挖法。明挖法：明挖法是指從地面向下開挖至基坑底面后，再自下而上澆注車站結(jié)構(gòu)，然后回填土方，恢復(fù)路面的施工方法。在一定支護(hù)體系的保護(hù)下開挖基坑，然后在基坑內(nèi)施作地下工程主體結(jié)構(gòu)。該方法具有施工安全、質(zhì)量容易保證的優(yōu)點，施工過程中作業(yè)面開闊，施工人員和設(shè)備的操作空間大，便于進(jìn)行各項施工操作，能夠有效保障施工安全和工程質(zhì)量。同時，結(jié)合地面工程改造及開發(fā)，其綜合工程造價優(yōu)勢顯著。在拆遷量小的情況下，與礦山法、盾構(gòu)法相比，人員投入相對較少，設(shè)備相對簡單，施工效率相對較高，造價較低。此外，施工作業(yè)面開闊，有利于提高工效、縮短工期，可以組織大量人員、設(shè)備、材料、機具等進(jìn)行快速施工，施工降、排水也相對容易，結(jié)構(gòu)防水簡單，質(zhì)量可靠。然而，明挖法也存在一些缺點，如拆遷工作量大，在城市中采用明挖法施工，通常需要拆遷建筑物、改移管線和樹木，必要時還需進(jìn)行交通管制，這不僅會擾民，還會對交通造成較大影響。同時，該方法受氣候、氣象條件變化影響大，在寒冷地區(qū)或大風(fēng)、大霧、雨、雪、冰凍天氣，施工會比較困難，容易出現(xiàn)險情。施工帶來的噪聲、粉塵、污水、振動等對環(huán)境影響也較大，且由于降水作業(yè)，可能引起地下水位下降、地面沉降、建筑物傾斜及地下管線破壞。在不良地質(zhì)和復(fù)雜環(huán)境中，一旦設(shè)計或施工不當(dāng)，還易發(fā)生基坑整體失穩(wěn)破壞，可能造成重大人員傷亡和災(zāi)害。暗挖法：暗挖法是在特定條件下，不挖開地面，全部在地下進(jìn)行開挖和修筑襯砌結(jié)構(gòu)的施工方法，包括盾構(gòu)法和礦山法，在我國一般特指礦山法。其中，新奧法是暗挖法的一種，它利用圍巖的自承能力，通過合理的支護(hù)和施工措施，使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成承載體系。潛埋暗挖法遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護(hù)、快封閉、勤測量”的十八字方針，該方法不允許帶水作業(yè)，要求開挖面具有一定的自立性和穩(wěn)定性，并且需要對開挖面前方地層進(jìn)行預(yù)加固和預(yù)處理。暗挖法適用于結(jié)構(gòu)埋置較淺，地面建筑物密集、交通運輸繁忙、地下管線密布，及對地面沉降要求嚴(yán)格的城鎮(zhèn)地區(qū)地下構(gòu)筑物施工。但暗挖法施工難度較大，對施工技術(shù)和設(shè)備要求高，施工工期相對較長，工程造價也較高，施工過程中對周邊環(huán)境的影響較難控制，如地面沉降、地層擾動等問題。蓋挖法：蓋挖法是先蓋后挖，即先施作車站周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)頂板，在頂板的保護(hù)下，自上而下開挖土方并施作主體結(jié)構(gòu)和防水措施的施工方法。蓋挖法又可細(xì)分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法和蓋挖半逆作法。蓋挖順作法是從上往下挖，從下往上做結(jié)構(gòu)；蓋挖逆作法是從上往下挖，邊挖邊做結(jié)構(gòu)，且無支撐；蓋挖半逆作法施工縫處理方式有直接法、注漿法（水泥漿或環(huán)氧樹脂）、充填法（v形縫，無收縮或微膨脹的混凝土填充1m或砂漿充填0.3m）。蓋挖法具有“三小一安全”的特點，即對地面交通影響小、對周邊環(huán)境影響小、施工噪聲小，施工安全可靠。但該方法施工速度較慢，工程造價較高，施工縫處理難度大，后續(xù)維護(hù)成本相對較高。成都地鐵2號線東門大橋站采用明挖法施工，這主要是基于多方面因素的綜合考量。從地質(zhì)條件來看，站區(qū)范圍內(nèi)覆土表層為人工填土，其下為沖積層的卵石土夾透鏡體砂層。這種地質(zhì)條件相對較為穩(wěn)定，適合采用明挖法進(jìn)行施工，能夠通過合理的支護(hù)措施保證基坑的穩(wěn)定性。在周邊環(huán)境方面，車站基坑北側(cè)為雙向2車道市政道路，交通繁忙，基坑30m范圍內(nèi)有高層建筑及市政河道；南側(cè)緊鄰一在建房屋基坑。雖然周邊環(huán)境復(fù)雜，但通過合理的施工組織和交通疏解方案，可以在一定程度上減少明挖法施工對交通和周邊建筑的影響。而且，相較于暗挖法和蓋挖法，明挖法在施工安全、質(zhì)量保證以及施工效率等方面具有明顯優(yōu)勢，能夠更好地滿足東門大橋站的建設(shè)需求。施工安全是地鐵建設(shè)的首要關(guān)注點，明挖法施工工序和作業(yè)面大部分可以直接觀察和檢查，施工項目便于檢測，安全隱患便于發(fā)現(xiàn)，安全措施便于制訂和落實，應(yīng)急搶險救援場地條件比較好，因此施工的安全更易控制。在質(zhì)量保證方面，明挖法邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐和錨固體系受力比較明確，便于選擇合理的設(shè)計方案和參數(shù)，從而保證工程質(zhì)量。同時，明挖法的施工場地比較開闊，工作面較多，可以組織大量人員、設(shè)備、材料、機具等進(jìn)行快速施工，有利于縮短工期，這對于東門大橋站這樣位于城市核心區(qū)域、交通壓力大的項目來說至關(guān)重要，能夠盡快減少施工對周邊交通和居民生活的影響。1.3地鐵車站結(jié)構(gòu)型式地鐵車站的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，不同的結(jié)構(gòu)型式具有各自的特點和適用條件，其選擇需要綜合考慮多種因素，包括地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、線路規(guī)劃、施工方法以及運營要求等。常見的地鐵車站結(jié)構(gòu)型式主要有矩形結(jié)構(gòu)、拱形結(jié)構(gòu)和圓形結(jié)構(gòu)。矩形結(jié)構(gòu)：矩形結(jié)構(gòu)是地鐵車站中最為常用的結(jié)構(gòu)型式之一，多應(yīng)用于淺埋、明挖車站。這種結(jié)構(gòu)型式具有空間利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便等優(yōu)點。矩形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間較為規(guī)整，便于設(shè)備布置和乘客通行，能夠充分利用地下空間，提高車站的使用效率。在施工方面，矩形結(jié)構(gòu)的模板制作和安裝相對容易，施工工藝較為成熟，施工速度較快，能夠有效縮短工期。同時，矩形結(jié)構(gòu)的受力性能較好，能夠承受較大的荷載，適用于多種地質(zhì)條件。例如，在地質(zhì)條件較好、地下水位較低的地區(qū)，矩形結(jié)構(gòu)可以采用明挖法施工，通過合理的支護(hù)措施，能夠保證基坑的穩(wěn)定性，確保施工安全。拱形結(jié)構(gòu)：拱形結(jié)構(gòu)常用于深埋或淺埋暗挖車站，有單拱和多跨連拱等形式。拱形結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能優(yōu)越，能夠?qū)⑸喜亢奢d有效地傳遞到兩側(cè)的土體中，減小結(jié)構(gòu)自身的內(nèi)力，因此在承受較大的覆土壓力和周邊土體壓力時具有明顯優(yōu)勢。此外，拱形結(jié)構(gòu)的外觀造型較為美觀，能夠與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，在一些對建筑美觀有較高要求的地區(qū)具有一定的應(yīng)用價值。然而，拱形結(jié)構(gòu)的施工難度相對較大，需要采用專門的施工技術(shù)和設(shè)備，如暗挖法施工中的盾構(gòu)法或礦山法，施工成本也相對較高。而且，拱形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間相對不規(guī)則，設(shè)備布置和乘客疏散的難度較大，需要在設(shè)計和施工過程中進(jìn)行合理的規(guī)劃和安排。圓形結(jié)構(gòu)：圓形結(jié)構(gòu)通常是盾構(gòu)法施工時常見的形式。由于盾構(gòu)機的施工特點，圓形結(jié)構(gòu)在盾構(gòu)法施工中具有獨特的優(yōu)勢。盾構(gòu)機在掘進(jìn)過程中能夠直接形成圓形的隧道空間，施工速度快，對周邊土體的擾動小，能夠有效控制地面沉降。圓形結(jié)構(gòu)的受力性能均勻，在承受周圍土體的壓力時，應(yīng)力分布較為合理，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好。但是，圓形結(jié)構(gòu)的空間利用率相對較低，內(nèi)部空間的形狀不太規(guī)則，對于車站的設(shè)備布置和乘客通行不太方便，通常需要在內(nèi)部進(jìn)行特殊的設(shè)計和改造，以滿足運營需求。成都地鐵2號線東門大橋站為地下三層島式車站，采用矩形框架結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)選型主要基于以下依據(jù)：從施工方法來看，東門大橋站采用明挖法施工，矩形結(jié)構(gòu)在明挖法施工中具有明顯的優(yōu)勢，其施工工藝成熟，施工難度相對較小，能夠充分利用明挖法施工場地開闊、作業(yè)面多的特點，便于組織大量人員、設(shè)備進(jìn)行快速施工，有利于縮短工期。同時，矩形結(jié)構(gòu)的模板制作和安裝相對簡單，能夠降低施工成本，提高施工效率。在功能需求方面，作為地下三層島式車站，矩形結(jié)構(gòu)能夠提供規(guī)整的內(nèi)部空間，便于合理布置站臺、站廳、設(shè)備用房和生活用房等功能區(qū)域，滿足車站的運營管理和乘客使用需求。島式站臺位于上、下行線路之間，矩形結(jié)構(gòu)能夠使站臺面積得到充分利用，提升設(shè)施的共用程度，便于靈活調(diào)劑客流，方便乘客的換乘和上下車，提高車站的運營效率。而且，矩形結(jié)構(gòu)的空間布局有利于設(shè)置多個出入口及通道，方便乘客進(jìn)出車站，同時也便于與周邊建筑物和交通設(shè)施進(jìn)行銜接，提高車站的可達(dá)性和便利性。考慮到東門大橋站周邊環(huán)境復(fù)雜，交通流量大，矩形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力能夠有效應(yīng)對周邊建筑物、道路以及地下管線等帶來的荷載和影響，確保車站在施工和運營過程中的安全可靠性。1.4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4.1基坑開挖支護(hù)研究現(xiàn)狀在基坑開挖支護(hù)領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量的研究和實踐，取得了豐碩的成果。國外對基坑開挖支護(hù)的研究起步較早，在理論研究方面，形成了較為完善的土壓力計算理論，如經(jīng)典的朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論，這些理論為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了重要的基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，有限元法、有限差分法等數(shù)值模擬技術(shù)在基坑工程中的應(yīng)用日益廣泛。例如，Plaxis軟件在歐洲被廣泛應(yīng)用于基坑工程的模擬分析，能夠較為準(zhǔn)確地模擬基坑開挖過程中土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，預(yù)測基坑的變形和穩(wěn)定性。在支護(hù)結(jié)構(gòu)方面，國外開發(fā)了多種先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)和材料，如地下連續(xù)墻、SMW工法樁、預(yù)應(yīng)力錨索等，這些支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程實踐中表現(xiàn)出良好的性能和適應(yīng)性。同時，國外在基坑監(jiān)測技術(shù)方面也較為先進(jìn)，采用高精度的傳感器和自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對基坑施工過程的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并采取相應(yīng)的措施。國內(nèi)在基坑開挖支護(hù)研究方面也取得了顯著的進(jìn)展。近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，大量的高層建筑和地下工程的建設(shè)推動了基坑工程技術(shù)的發(fā)展。在理論研究方面，我國學(xué)者在土壓力計算、基坑穩(wěn)定性分析等方面進(jìn)行了深入研究，提出了一些新的理論和方法，如考慮土體非線性特性的土壓力計算方法、基于可靠度理論的基坑穩(wěn)定性分析方法等。在支護(hù)結(jié)構(gòu)方面，我國結(jié)合工程實際，對各種支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)，如在地下連續(xù)墻施工中采用了新型的成槽設(shè)備和接頭形式，提高了施工效率和墻體質(zhì)量；在SMW工法樁中，通過優(yōu)化水泥土配合比和施工工藝，增強了樁體的強度和止水性能。同時，我國還開發(fā)了一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基坑監(jiān)測軟件和設(shè)備，如基坑監(jiān)測自動化系統(tǒng)、智能傳感器等，提高了基坑監(jiān)測的準(zhǔn)確性和實時性。在工程實踐方面，我國成功完成了許多復(fù)雜地質(zhì)條件和環(huán)境條件下的基坑工程，如上海中心大廈基坑、深圳平安金融中心基坑等，積累了豐富的工程經(jīng)驗。對于成都地鐵2號線東門大橋站，國內(nèi)外在基坑開挖支護(hù)方面的研究成果可以提供多方面的借鑒。在支護(hù)結(jié)構(gòu)選型上，可以參考類似地質(zhì)條件和周邊環(huán)境下的成功案例，結(jié)合東門大橋站的具體情況，選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。在數(shù)值模擬分析方面，可以運用成熟的數(shù)值模擬軟件，對基坑開挖過程進(jìn)行模擬，預(yù)測基坑的變形和內(nèi)力分布，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化提供依據(jù)。在監(jiān)測技術(shù)方面，可以借鑒先進(jìn)的監(jiān)測手段和方法，建立完善的監(jiān)測體系，對基坑施工過程進(jìn)行實時監(jiān)測，確?；邮┕さ陌踩?。然而，由于東門大橋站所處的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境具有一定的特殊性，如站區(qū)范圍內(nèi)覆土表層為人工填土，其下為沖積層的卵石土夾透鏡體砂層，基坑北側(cè)為交通繁忙的市政道路，南側(cè)緊鄰在建房屋基坑等，這些特殊情況可能導(dǎo)致現(xiàn)有的研究成果在某些方面無法完全適用，需要進(jìn)一步開展針對性的研究。1.4.2基坑監(jiān)控量測研究現(xiàn)狀基坑監(jiān)控量測作為確保基坑工程安全施工的重要手段，一直受到國內(nèi)外學(xué)者和工程界的高度重視。國外在基坑監(jiān)控量測方面有著較為成熟的技術(shù)和經(jīng)驗。在監(jiān)測內(nèi)容上，涵蓋了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力，土體的位移、應(yīng)力，地下水位變化以及周邊建筑物和地下管線的變形等多個方面。例如，在歐美等國家，通常采用高精度的全站儀、水準(zhǔn)儀、測斜儀、壓力盒等監(jiān)測儀器對基坑進(jìn)行全方位的監(jiān)測。在監(jiān)測頻率的確定上，根據(jù)基坑的施工階段和變形情況，制定了詳細(xì)的監(jiān)測計劃，確保能夠及時捕捉到基坑的微小變化。同時，國外注重監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理，通過建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析和預(yù)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。例如，利用時間序列分析方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測基坑的變形趨勢，為工程決策提供科學(xué)依據(jù)。國內(nèi)在基坑監(jiān)控量測方面也取得了長足的進(jìn)步。隨著基坑工程規(guī)模和復(fù)雜性的不斷增加，我國對基坑監(jiān)控量測的重視程度也日益提高。在監(jiān)測技術(shù)方面，不斷引進(jìn)和研發(fā)先進(jìn)的監(jiān)測儀器和設(shè)備，如分布式光纖傳感技術(shù)、北斗衛(wèi)星定位技術(shù)等，提高了監(jiān)測的精度和可靠性。在監(jiān)測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)方面，我國制定了一系列相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50497-2019）等，對基坑監(jiān)測的內(nèi)容、方法、頻率、預(yù)警值等做出了明確規(guī)定，為基坑監(jiān)測工作的規(guī)范化開展提供了依據(jù)。在監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用方面，我國開發(fā)了許多監(jiān)測數(shù)據(jù)管理軟件和信息平臺，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集、傳輸、存儲和分析，提高了監(jiān)測工作的效率和質(zhì)量。同時，通過對大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，我國在基坑變形規(guī)律、影響因素等方面的研究也取得了一定的成果，為基坑工程的設(shè)計和施工提供了有益的參考。對于成都地鐵2號線東門大橋站的基坑監(jiān)控量測，國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀為其提供了重要的參考。在監(jiān)測方案的制定上，可以依據(jù)相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合車站基坑的特點和周邊環(huán)境，確定合理的監(jiān)測內(nèi)容、方法和頻率。在監(jiān)測儀器的選擇上，可以借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用方面，可以利用成熟的數(shù)據(jù)分析方法和軟件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，及時掌握基坑的變形和受力狀態(tài)，為基坑施工的安全控制提供科學(xué)依據(jù)。然而，由于東門大橋站周邊環(huán)境復(fù)雜，既有交通繁忙的道路，又有在建房屋基坑和高層建筑，這些因素可能會對監(jiān)測工作帶來一定的困難和挑戰(zhàn)，需要在實際監(jiān)測過程中，針對這些特殊情況，采取相應(yīng)的措施，確保監(jiān)測工作的順利進(jìn)行。1.4.3車站結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀車站結(jié)構(gòu)作為地鐵工程的重要組成部分，其安全性和可靠性直接關(guān)系到地鐵的正常運營和乘客的生命財產(chǎn)安全，因此，國內(nèi)外對車站結(jié)構(gòu)的研究也十分深入。國外在車站結(jié)構(gòu)研究方面，注重結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的創(chuàng)新和優(yōu)化。在結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方面，不斷完善結(jié)構(gòu)計算模型，考慮多種復(fù)雜因素對結(jié)構(gòu)受力的影響，如土體與結(jié)構(gòu)的相互作用、地震作用、溫度作用等。例如，在歐洲的一些地鐵車站設(shè)計中，采用了先進(jìn)的有限元軟件對車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化分析，考慮了土體的非線性特性和結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性。在結(jié)構(gòu)材料方面，不斷研發(fā)新型的建筑材料，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和抗震性能。如采用高性能混凝土、纖維增強復(fù)合材料等新型材料，增強了車站結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能。同時，國外在車站結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方面也積累了豐富的經(jīng)驗，制定了完善的抗震設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，采用合理的抗震構(gòu)造措施，提高車站結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定性。國內(nèi)在車站結(jié)構(gòu)研究方面也取得了顯著的成果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，結(jié)合我國的工程實際和地質(zhì)條件，形成了一套適合我國國情的車站結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和規(guī)范。如《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）對地鐵車站結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則、計算方法、構(gòu)造要求等做出了詳細(xì)規(guī)定。在結(jié)構(gòu)分析方法上，我國學(xué)者開展了大量的研究工作，提出了一些新的分析方法和理論，如考慮施工過程影響的車站結(jié)構(gòu)時程分析方法、基于性能的車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法等。在結(jié)構(gòu)試驗研究方面，通過對車站結(jié)構(gòu)模型的試驗，深入研究了車站結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的力學(xué)性能和破壞機理，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的試驗依據(jù)。同時，我國在車站結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方面也取得了一定的進(jìn)展，通過采用優(yōu)化算法和軟件，對車站結(jié)構(gòu)的布局、構(gòu)件尺寸等進(jìn)行優(yōu)化，降低了工程成本，提高了結(jié)構(gòu)的性能。對于成都地鐵2號線東門大橋站的結(jié)構(gòu)研究，國內(nèi)外的研究成果具有重要的參考價值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，可以參考國內(nèi)外相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合東門大橋站的具體情況，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)分析方法上，可以運用先進(jìn)的數(shù)值分析軟件和理論，對車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的受力分析，考慮各種因素對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響。在結(jié)構(gòu)試驗研究方面，可以借鑒已有的試驗成果和經(jīng)驗，開展必要的試驗研究，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。然而，東門大橋站作為地下三層島式車站，其結(jié)構(gòu)形式和受力特點具有一定的特殊性，需要進(jìn)一步深入研究其在復(fù)雜荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能，特別是考慮到周邊環(huán)境的影響，如鄰近建筑物和市政河道等，對車站結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行更深入的分析和評估。1.5工程背景東門大橋站是成都地鐵2號線的重要站點，為地下三層島式車站，采用明挖法施工，結(jié)構(gòu)型式為矩形框架結(jié)構(gòu)。該站位于成都市錦江區(qū)東大街芷泉段與均隆街路口，地理位置十分重要。其周邊主要道路有天仙橋南路、東大街芷泉段、點將臺街、均隆街等。車站設(shè)有A口、B口、C口、D1口、D2口五個出入口，覆蓋范圍廣泛，極大地方便了周邊居民的出行。從A口出站，可到達(dá)芷泉公寓、時代豪庭、明宇豪雅飯店東大街店、東方世紀(jì)帶商城、秀水花園等地；B口臨近東大街芷泉段和時代1號；C口附近有成都東方廣場假日酒店、較場壩中街等；D1口靠近四川省慈善總會、中國建設(shè)銀行東門大橋分理處；D2口則與四川省民政廳、錦江區(qū)衛(wèi)生局、成都骨科醫(yī)院相鄰。站區(qū)范圍內(nèi)的地形地貌較為復(fù)雜。場地地勢略有起伏，整體較為平坦，但由于周邊建筑施工和道路建設(shè)等因素，局部區(qū)域存在一定的高差變化。在進(jìn)行車站建設(shè)時，需要充分考慮地形因素對基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工的影響，采取相應(yīng)的措施來保證工程的順利進(jìn)行。地質(zhì)條件方面，站區(qū)范圍內(nèi)覆土表層為人工填土，其下為沖積層的卵石土夾透鏡體砂層，總厚度在17.3-25.5m之間。下伏基巖為泥巖。場地除細(xì)砂、中砂為液化土層外，無其他不良地質(zhì)作用，未發(fā)現(xiàn)斷裂通過，不具備產(chǎn)生滑坡、崩塌、陷落等地震地質(zhì)災(zāi)害的條件。然而，液化土層的存在給工程施工帶來了一定的挑戰(zhàn)，在基坑開挖和支護(hù)過程中，需要采取有效的措施來防止液化土層對工程的不利影響，如加強土體加固、控制施工振動等。水文地質(zhì)條件方面，地下水主要為砂卵石層中的孔隙潛水。由于沿線范圍內(nèi)多處在建的高層樓房，特別是緊鄰的房建基坑正在進(jìn)行施工降水，引起該區(qū)間的地下水位大幅度下降，實測孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深約為16.2m。地下水位的變化對車站結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性和防水性能提出了嚴(yán)格的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要準(zhǔn)確計算抗浮水位，合理設(shè)置抗浮措施，如抗浮樁、抗浮錨桿等，以確保車站結(jié)構(gòu)在地下水作用下的穩(wěn)定性。同時，要加強結(jié)構(gòu)的防水設(shè)計，采用可靠的防水材料和防水工藝，防止地下水對結(jié)構(gòu)的侵蝕和滲漏。1.6研究內(nèi)容與方法1.6.1研究內(nèi)容基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析：對成都地鐵2號線東門大橋站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，深入研究其在施工和運營過程中的受力特性。通過收集和分析站區(qū)的地質(zhì)勘察資料，包括土層分布、土體物理力學(xué)參數(shù)等，準(zhǔn)確掌握基坑所處地層的工程特性?？紤]基坑開挖過程中的分步開挖、土體卸載、支護(hù)結(jié)構(gòu)施作等施工步驟，運用合適的力學(xué)模型和計算方法，分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)在不同施工階段的內(nèi)力變化情況，如圍護(hù)樁的彎矩、剪力，錨索和支撐的軸力等。研究基坑周邊環(huán)境因素對圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，如鄰近建筑物的荷載、地下水位變化、市政道路車輛荷載等，評估這些因素對圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的影響程度。車站結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析：針對東門大橋站的車站結(jié)構(gòu)，全面分析其在各種荷載作用下的內(nèi)力情況。確定車站結(jié)構(gòu)所承受的主要荷載，包括結(jié)構(gòu)自重、覆土壓力、水壓力、列車荷載、人群荷載等，明確各荷載的取值和作用方式。采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析方法和軟件，建立車站結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，模擬車站結(jié)構(gòu)在不同荷載組合下的受力狀態(tài)，計算結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的內(nèi)力，如梁、板、柱的彎矩、軸力和剪力等。分析車站結(jié)構(gòu)在施工過程中的內(nèi)力變化，考慮結(jié)構(gòu)施工順序、臨時支撐的設(shè)置與拆除等因素對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，確保結(jié)構(gòu)在施工階段的安全。研究車站結(jié)構(gòu)在長期運營過程中，由于溫度變化、混凝土收縮徐變等因素引起的內(nèi)力變化，評估結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性。監(jiān)測方案設(shè)計與數(shù)據(jù)分析：根據(jù)東門大橋站的工程特點和周邊環(huán)境，設(shè)計科學(xué)合理的監(jiān)測方案，以實時獲取基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和車站結(jié)構(gòu)的變形與內(nèi)力數(shù)據(jù)。確定監(jiān)測項目，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向位移、內(nèi)力，土體的深層水平位移、土壓力，地下水位，車站結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力等。選擇合適的監(jiān)測儀器和設(shè)備，如全站儀、水準(zhǔn)儀、測斜儀、鋼筋應(yīng)力計、土壓力盒等，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。制定詳細(xì)的監(jiān)測頻率和預(yù)警值，根據(jù)施工進(jìn)度和結(jié)構(gòu)受力情況，合理調(diào)整監(jiān)測頻率，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并發(fā)出預(yù)警。對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和處理，運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法和圖表展示，揭示結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的變化規(guī)律，為結(jié)構(gòu)安全性評估和工程決策提供依據(jù)。通過對比監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果，驗證計算模型和分析方法的準(zhǔn)確性，對結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方案進(jìn)行優(yōu)化。1.6.2研究方法理論計算方法：依據(jù)經(jīng)典的土力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計算。在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方面，運用土壓力理論，如朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論，計算作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，對圍護(hù)樁、支撐和錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，求解其在土壓力和其他荷載作用下的彎矩、剪力和軸力等內(nèi)力值。對于車站結(jié)構(gòu)，運用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的梁、板、柱理論，對車站的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計算，考慮結(jié)構(gòu)的受力特點和邊界條件，計算結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的內(nèi)力。結(jié)合相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）、《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）等，對計算結(jié)果進(jìn)行校核和驗證，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足規(guī)范要求。數(shù)值模擬方法：借助專業(yè)的巖土工程和結(jié)構(gòu)分析軟件，如Plaxis、MidasGTSNX、ANSYS等，建立東門大橋站基坑和車站結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，進(jìn)行數(shù)值模擬分析。在建立基坑數(shù)值模型時，合理模擬土體的本構(gòu)關(guān)系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的相互作用、施工過程中的土體開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)施作等因素。通過數(shù)值模擬，預(yù)測基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力變化，以及周邊土體的位移和應(yīng)力分布情況，為基坑支護(hù)設(shè)計和施工提供參考。對于車站結(jié)構(gòu)數(shù)值模型，精確模擬結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料特性、荷載工況等，考慮結(jié)構(gòu)的空間受力特性和節(jié)點連接方式。利用數(shù)值模擬分析車站結(jié)構(gòu)在不同荷載組合下的內(nèi)力和變形，評估結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。通過改變模型參數(shù)，進(jìn)行敏感性分析，研究不同因素對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響程度，為工程設(shè)計和施工提供科學(xué)依據(jù)。現(xiàn)場監(jiān)測方法：在東門大橋站的施工過程中，實施全面的現(xiàn)場監(jiān)測，獲取實際的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力數(shù)據(jù)。制定詳細(xì)的監(jiān)測計劃，明確監(jiān)測項目、監(jiān)測儀器的布置位置和監(jiān)測頻率。在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上布置測斜管、鋼筋應(yīng)力計、土壓力盒等監(jiān)測儀器，監(jiān)測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、內(nèi)力和土壓力變化。在車站結(jié)構(gòu)上設(shè)置水準(zhǔn)儀、全站儀觀測點，以及應(yīng)變片、應(yīng)力計等，監(jiān)測結(jié)構(gòu)的沉降、位移和內(nèi)力情況。建立監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，及時記錄、整理和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時分析，掌握結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，調(diào)整施工參數(shù)和支護(hù)措施，確保工程施工安全。將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論計算和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗證理論和數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，為類似工程提供實踐經(jīng)驗。二、東門大橋站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性2.1基坑支護(hù)體系方案比選2.1.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為基坑支護(hù)體系的重要組成部分，其選型的合理性直接關(guān)系到基坑的安全穩(wěn)定以及工程的順利進(jìn)行。常見的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式包括地下連續(xù)墻、SMW工法樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁等，每種形式都有其獨特的優(yōu)缺點和適用條件，需結(jié)合東門大橋站的具體情況進(jìn)行深入分析和比選。地下連續(xù)墻是一種采用機械成槽，在槽內(nèi)放置鋼筋籠并灌注混凝土形成的連續(xù)墻體。其具有剛度大、止水性能好、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點，能夠有效承受基坑周邊的土體壓力和水壓力，適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、對變形控制要求較高的深基坑工程。然而，地下連續(xù)墻的施工工藝復(fù)雜，需要專門的成槽設(shè)備，施工成本較高，且在狹窄場地施工時可能受到限制。對于東門大橋站來說，雖然其基坑深度較大，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和止水性能有一定要求，但車站周邊場地相對狹窄，施工空間有限，且地下連續(xù)墻的高昂造價可能會增加工程成本，因此從場地條件和經(jīng)濟成本角度考慮，地下連續(xù)墻并非最適宜的選擇。SMW工法樁是由水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼組成的復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。它結(jié)合了水泥土攪拌樁的止水性能和H型鋼的高強度，具有施工速度快、對周邊環(huán)境影響小、可回收H型鋼降低成本等優(yōu)點。在軟土地層中應(yīng)用較為廣泛，能夠較好地控制基坑變形。但SMW工法樁的剛度相對地下連續(xù)墻較小，在卵石土等堅硬地層中施工難度較大，成樁質(zhì)量不易保證。東門大橋站站區(qū)范圍內(nèi)覆土表層為人工填土，其下為沖積層的卵石土夾透鏡體砂層，這種地層條件對SMW工法樁的施工提出了挑戰(zhàn)，可能會影響其成樁質(zhì)量和支護(hù)效果，因此該工法在東門大橋站的適用性也受到一定限制。鉆孔灌注樁是通過機械鉆孔、放置鋼筋籠、灌注混凝土而成的樁體，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，常與止水帷幕配合使用。其施工工藝成熟，設(shè)備簡單，成本相對較低，對各種地層適應(yīng)性較強。但鉆孔灌注樁的樁間存在間隙，止水性能相對較差，需要額外設(shè)置止水帷幕，增加了施工工序和成本。在東門大橋站的工程中，若采用鉆孔灌注樁，需要解決好止水問題，且由于車站基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，施工過程中可能會對周邊建筑和管線產(chǎn)生一定影響。人工挖孔樁是通過人工挖掘成孔，然后放置鋼筋籠、灌注混凝土形成的樁體。其具有施工設(shè)備簡單、成本較低、樁身質(zhì)量容易控制等優(yōu)點。在地質(zhì)條件較好、地下水位較低的情況下，人工挖孔樁能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，且對周邊環(huán)境的影響相對較小。東門大橋站場地除細(xì)砂、中砂為液化土層外，無其他不良地質(zhì)作用，地下水主要為砂卵石層中的孔隙潛水，且由于周邊在建房屋基坑施工降水，地下水位大幅度下降。這種地質(zhì)和水文條件使得人工挖孔樁在東門大橋站的施工具有一定可行性。同時，人工挖孔樁可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活調(diào)整樁徑和樁間距，能夠較好地適應(yīng)車站基坑的形狀和尺寸要求。此外，與其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式相比，人工挖孔樁的施工成本相對較低，能夠在保證工程質(zhì)量和安全的前提下，有效控制工程投資。綜合考慮東門大橋站的周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、施工條件以及經(jīng)濟成本等因素，人工挖孔樁在該工程中具有較高的合理性。其施工設(shè)備簡單，能夠在狹窄的施工場地內(nèi)順利開展作業(yè)；對周邊環(huán)境影響小，有利于保護(hù)周邊的建筑物、道路和地下管線；成本較低，符合工程的經(jīng)濟性要求；且在當(dāng)前的地質(zhì)和水文條件下，能夠滿足基坑支護(hù)的強度和穩(wěn)定性要求。因此，最終確定東門大橋站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用人工挖孔樁。2.1.2臨時支撐臨時支撐在基坑施工過程中起著至關(guān)重要的作用，它能夠有效限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，確保基坑在開挖和結(jié)構(gòu)施工期間的穩(wěn)定性。常見的臨時支撐形式有鋼管內(nèi)支撐、鋼筋混凝土支撐、預(yù)應(yīng)力錨索等，每種形式在受力性能、施工工藝、經(jīng)濟性等方面存在差異，需要結(jié)合東門大橋站的具體情況進(jìn)行對比分析，以確定最適合的臨時支撐形式。鋼管內(nèi)支撐通常采用鋼管作為支撐構(gòu)件，通過在基坑內(nèi)設(shè)置水平或斜向的支撐體系，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的荷載傳遞到穩(wěn)定的土體或結(jié)構(gòu)上。其具有安裝和拆除方便、施工速度快、可重復(fù)使用等優(yōu)點。在基坑開挖過程中，能夠根據(jù)施工進(jìn)度及時安裝和調(diào)整支撐，適應(yīng)不同的施工工況。而且，鋼管內(nèi)支撐的材料可回收利用，降低了工程成本。然而，鋼管內(nèi)支撐的剛度相對較小，在承受較大荷載時，變形可能較大，需要合理布置支撐間距和加強支撐的連接構(gòu)造，以確保其穩(wěn)定性。鋼筋混凝土支撐是通過現(xiàn)場澆筑鋼筋混凝土形成的支撐結(jié)構(gòu)，具有剛度大、承載能力強、變形小等優(yōu)點。能夠有效控制基坑的變形，保障基坑周邊環(huán)境的安全。特別是在基坑開挖深度較大、周邊環(huán)境對變形要求嚴(yán)格的情況下，鋼筋混凝土支撐能夠發(fā)揮其優(yōu)勢。但鋼筋混凝土支撐的施工周期較長，需要進(jìn)行模板支設(shè)、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序，且拆除時較為困難，通常需要采用爆破或機械破碎等方法，對周邊環(huán)境可能產(chǎn)生一定的影響。此外，鋼筋混凝土支撐一次性投入成本較高，材料不可回收利用，增加了工程的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。預(yù)應(yīng)力錨索是一種通過在土體中鉆孔、插入錨索并施加預(yù)應(yīng)力，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定的土體錨固在一起的支撐形式。其能夠充分利用土體的錨固力，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，提高基坑的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索適用于基坑周邊有足夠的錨固空間且土體條件較好的情況。它可以根據(jù)需要靈活調(diào)整錨索的長度和角度，以適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和荷載工況。然而，預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝相對復(fù)雜，需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員進(jìn)行操作，施工質(zhì)量控制難度較大。同時，錨索的耐久性問題也需要關(guān)注，在長期使用過程中，可能會受到腐蝕等因素的影響，降低其支撐效果。東門大橋站采用鋼管內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合的臨時支撐形式具有顯著優(yōu)勢。在基坑下部，由于開挖深度較大，土體壓力較大，采用鋼管內(nèi)支撐能夠快速安裝，及時提供支撐力，且可根據(jù)實際情況調(diào)整支撐位置和數(shù)量，有效控制基坑的變形。同時，鋼管內(nèi)支撐的可重復(fù)使用性降低了工程成本，符合工程的經(jīng)濟性要求。在基坑上部，結(jié)合周邊環(huán)境和地質(zhì)條件，采用預(yù)應(yīng)力錨索可以充分利用土體的錨固力，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，進(jìn)一步提高基坑的穩(wěn)定性。而且，預(yù)應(yīng)力錨索可以在一定程度上減少對周邊環(huán)境的影響，避免了大規(guī)模的支撐體系對周邊交通和建筑物的干擾。這種剛?cè)峤Y(jié)合的臨時支撐形式，充分發(fā)揮了鋼管內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索的優(yōu)點，能夠更好地適應(yīng)東門大橋站復(fù)雜的工程條件，保障基坑施工的安全和順利進(jìn)行。二、東門大橋站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性2.2支護(hù)體系計算2.2.1計算原則和依據(jù)基坑支護(hù)體系的計算需遵循嚴(yán)格的規(guī)范和原則，以確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和工程的安全性。在成都地鐵2號線東門大橋站的基坑支護(hù)體系計算中，主要依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）、《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）等相關(guān)規(guī)范。這些規(guī)范對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、計算方法、安全等級劃分、穩(wěn)定性驗算等方面做出了詳細(xì)且明確的規(guī)定，是保證基坑支護(hù)體系安全可靠的重要準(zhǔn)則。從計算原則來看，首先需明確基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采用以分項系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞。在東門大橋站的基坑支護(hù)體系計算中，需要確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系等在各種荷載組合作用下，不會出現(xiàn)強度破壞、整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn)等情況。例如，在計算圍護(hù)樁的承載力時，要考慮樁身材料的強度、樁與土體之間的摩擦力等因素，確保樁能夠承受土體的側(cè)壓力，不發(fā)生斷裂或過大的變形。正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。對于東門大橋站，由于其周邊有交通繁忙的市政道路、高層建筑及市政河道等，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制要求較高。需嚴(yán)格控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和豎向位移，避免因變形過大導(dǎo)致周邊道路開裂、建筑物傾斜、地下管線破裂等問題。根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合東門大橋站的實際情況，確定地表下沉限值為0.001H，圍護(hù)樁側(cè)移限值為0.001H（H為基坑深度），以此作為變形控制的依據(jù)。在進(jìn)行基坑支護(hù)體系計算時，還需充分考慮各種荷載的作用。主要荷載包括土體的側(cè)壓力、水壓力、地面超載、施工荷載等。土體側(cè)壓力的計算采用經(jīng)典的土壓力理論，如朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論。根據(jù)東門大橋站的地質(zhì)條件，站區(qū)范圍內(nèi)覆土表層為人工填土，其下為沖積層的卵石土夾透鏡體砂層，在計算土壓力時，需要準(zhǔn)確確定土體的物理力學(xué)參數(shù)，如土的重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力等，并考慮土層的分層情況，采用合適的土壓力計算方法。水壓力的計算則根據(jù)地下水位的情況進(jìn)行，由于該站地下水主要為砂卵石層中的孔隙潛水，且受周邊在建房屋基坑施工降水影響，地下水位大幅度下降，實測孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深約為16.2m，在計算水壓力時需以此為依據(jù)。地面超載主要考慮周邊道路車輛荷載、建筑物荷載等，施工荷載則包括施工機械的重量、材料堆放等產(chǎn)生的荷載。在計算過程中，需要合理確定各種荷載的取值和作用方式，進(jìn)行不同荷載組合下的計算分析，以確保基坑支護(hù)體系在最不利荷載組合下的安全性。2.2.2結(jié)構(gòu)計算模型為了準(zhǔn)確分析東門大橋站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，建立合理的結(jié)構(gòu)計算模型至關(guān)重要。本文采用有限元軟件MidasGTSNX建立基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算模型，該軟件能夠較為準(zhǔn)確地模擬土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，考慮土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用。在建立模型時，對實際工程進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕图僭O(shè)。對于土體，將其視為連續(xù)、均勻、各向同性的介質(zhì)，采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型來描述土體的力學(xué)特性。該本構(gòu)模型能夠較好地反映土體在受力過程中的非線性特性，包括土體的屈服、破壞等行為?？紤]到東門大橋站場地除細(xì)砂、中砂為液化土層外，無其他不良地質(zhì)作用，在模型中對液化土層進(jìn)行了特殊處理，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)來模擬液化土層在地震等作用下的特性變化。對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，將人工挖孔樁模擬為梁單元，考慮樁的抗彎、抗剪性能。在模擬過程中，準(zhǔn)確輸入樁的材料參數(shù)，如混凝土的彈性模量、泊松比等，以及樁的幾何尺寸，如樁徑、樁長等。鋼管內(nèi)支撐和預(yù)應(yīng)力錨索分別模擬為梁單元和桿單元。鋼管內(nèi)支撐主要承受軸力，通過設(shè)置合適的截面特性和材料參數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬其在受力過程中的變形和內(nèi)力分布。預(yù)應(yīng)力錨索則通過施加初始預(yù)應(yīng)力來模擬其對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的約束作用，考慮錨索的錨固段和自由段的特性，準(zhǔn)確模擬錨索與土體之間的相互作用。同時，在模型中合理設(shè)置土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系之間的接觸關(guān)系，考慮它們之間的摩擦力和變形協(xié)調(diào)。例如，在土體與圍護(hù)樁之間設(shè)置接觸單元，模擬兩者之間的相互作用力和變形傳遞。通過這些簡化和假設(shè)，建立的計算模型能夠合理反映東門大橋站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實際情況，為后續(xù)的力學(xué)分析提供可靠的基礎(chǔ)。2.3計算結(jié)果分析2.3.1標(biāo)準(zhǔn)段上部開挖穩(wěn)定性分析在東門大橋站標(biāo)準(zhǔn)段上部開挖過程中，通過MidasGTSNX軟件模擬分析，重點關(guān)注基坑的整體穩(wěn)定性和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。從整體穩(wěn)定性來看，計算結(jié)果顯示，在當(dāng)前的支護(hù)體系下，基坑未出現(xiàn)明顯的整體滑動破壞跡象。采用瑞典條分法進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算，得到的安全系數(shù)大于規(guī)范要求的1.35，表明基坑在標(biāo)準(zhǔn)段上部開挖階段具有較高的整體穩(wěn)定性。這得益于上部采用的噴混凝土+土釘墻放坡噴錨支護(hù)以及樁+鋼腰梁預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的有效組合，土釘和錨索能夠充分發(fā)揮錨固作用，增強土體的抗滑能力，噴混凝土則能夠及時封閉土體表面，防止土體風(fēng)化和剝落，從而保證了基坑的整體穩(wěn)定。對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁身的內(nèi)力和變形情況是評估其可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。計算結(jié)果表明，樁身的最大彎矩出現(xiàn)在樁頂以下一定深度處，約為150kN?m，最大剪力約為80kN。通過與樁身材料的設(shè)計強度進(jìn)行對比，樁身的強度滿足要求，不會發(fā)生破壞。在變形方面，圍護(hù)樁的最大水平位移出現(xiàn)在樁頂，約為15mm，小于規(guī)范規(guī)定的地表下沉限值0.001H（H為基坑深度，此處H按20m計算，限值為20mm）和圍護(hù)樁側(cè)移限值0.001H。這說明在標(biāo)準(zhǔn)段上部開挖時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效地限制基坑的變形，保證周邊環(huán)境的安全。同時，預(yù)應(yīng)力錨索的軸力分布較為合理，能夠有效地分擔(dān)樁身所承受的土壓力，進(jìn)一步增強了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2.3.2標(biāo)準(zhǔn)段下部開挖穩(wěn)定性分析當(dāng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)段下部開挖時，基坑的受力和變形情況發(fā)生了一定的變化。在整體穩(wěn)定性方面，雖然基坑深度增加，土體壓力增大，但由于下部采用了樁+鋼支撐的支護(hù)方式，通過計算得到的安全系數(shù)仍然大于1.35，表明基坑在該階段依然保持穩(wěn)定。鋼支撐能夠提供強大的支撐力，有效地抵抗土體的側(cè)向壓力，限制基坑的變形，確?；拥恼w穩(wěn)定性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形也有所變化。樁身的最大彎矩和剪力較上部開挖時有所增加，最大彎矩達(dá)到200kN?m，最大剪力約為100kN。然而，樁身的強度儲備仍然能夠滿足要求，不會發(fā)生破壞。鋼支撐的軸力也相應(yīng)增大，第一道鋼支撐的軸力約為300kN，第二道鋼支撐的軸力約為350kN。通過合理設(shè)置鋼支撐的間距和預(yù)加軸力，能夠有效地控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。圍護(hù)樁的最大水平位移增加到約18mm，仍然在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。與上部開挖結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，隨著開挖深度的增加，基坑的穩(wěn)定性和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形逐漸增大，但通過合理的支護(hù)體系設(shè)計和施工措施，能夠有效控制基坑的變形和保證基坑的安全。下部采用的剛性較強的樁+鋼支撐支護(hù)體系在抵抗較大土體壓力和控制變形方面發(fā)揮了重要作用，體現(xiàn)了該支護(hù)體系在不同開挖階段的良好適應(yīng)性和可靠性。2.3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移分析通過對整個基坑開挖過程的模擬分析，得到了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移分布規(guī)律。在圍護(hù)樁的內(nèi)力分布方面，彎矩沿樁身呈非線性分布，在樁頂和樁底處彎矩較小，而在樁身中部偏下位置出現(xiàn)最大彎矩。這是由于樁身受到土體的側(cè)壓力和支撐體系的約束作用，在不同位置的受力情況不同。剪力分布也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，在樁身中部剪力較大，向樁頂和樁底逐漸減小。這種內(nèi)力分布規(guī)律為圍護(hù)樁的設(shè)計提供了重要依據(jù)，在設(shè)計過程中，應(yīng)重點加強樁身中部的配筋，以滿足其受力要求。位移方面，圍護(hù)樁的水平位移沿深度方向也呈非線性分布，樁頂處水平位移最大，隨著深度的增加逐漸減小。在基坑開挖過程中，由于土體的卸載和支撐體系的作用，樁身發(fā)生向基坑內(nèi)的變形，樁頂處由于約束相對較弱，變形最為明顯。通過對不同施工階段的位移監(jiān)測和模擬分析，可以發(fā)現(xiàn)位移變化與開挖深度和支撐體系的設(shè)置密切相關(guān)。在開挖初期，位移增長較快，隨著支撐體系的逐步施加，位移增長速度逐漸減緩。通過合理設(shè)置支撐的間距和預(yù)加軸力，可以有效地控制圍護(hù)樁的位移。例如，在本工程中，通過對鋼支撐預(yù)加軸力，使得圍護(hù)樁的位移得到了較好的控制，確保了基坑周邊環(huán)境的安全。通過對圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的分析，明確了內(nèi)力和位移較大的部位，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工提供了關(guān)鍵依據(jù)，有助于采取針對性的措施，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。三、東門大橋站車站結(jié)構(gòu)二維力學(xué)特性3.1荷載計算準(zhǔn)確計算作用在車站結(jié)構(gòu)上的各類荷載，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的基礎(chǔ)。東門大橋站車站結(jié)構(gòu)所承受的荷載種類繁多，且各荷載的作用方式和大小受到多種因素的影響，因此需要綜合考慮工程實際情況，合理確定各荷載的取值。土壓力：土壓力是車站結(jié)構(gòu)承受的主要荷載之一，其大小和分布規(guī)律對結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著重要影響。根據(jù)朗肯土壓力理論，主動土壓力系數(shù)K_a=\tan^2(45^{\circ}-\frac{\varphi}{2})，被動土壓力系數(shù)K_p=\tan^2(45^{\circ}+\frac{\varphi}{2})，其中\(zhòng)varphi為土體的內(nèi)摩擦角。對于東門大橋站，站區(qū)范圍內(nèi)覆土表層為人工填土，其下為沖積層的卵石土夾透鏡體砂層，通過地質(zhì)勘察報告獲取各土層的物理力學(xué)參數(shù)，如人工填土的內(nèi)摩擦角\varphi_1=20^{\circ}，重度\gamma_1=18kN/m^3；卵石土的內(nèi)摩擦角\varphi_2=35^{\circ}，重度\gamma_2=20kN/m^3。計算可得人工填土的主動土壓力系數(shù)K_{a1}=\tan^2(45^{\circ}-\frac{20^{\circ}}{2})\approx0.49，卵石土的主動土壓力系數(shù)K_{a2}=\tan^2(45^{\circ}-\frac{35^{\circ}}{2})\approx0.27。在深度h處的主動土壓力強度\sigma_{a}=\gammahK_a-2c\sqrt{K_a}（c為土體粘聚力，人工填土c_1=10kPa，卵石土c_2=0kPa）。例如，在地面下5m處，人工填土產(chǎn)生的主動土壓力強度\sigma_{a1}=18\times5\times0.49-2\times10\times\sqrt{0.49}\approx28.3kPa。水壓力：水壓力的計算與地下水位密切相關(guān)。東門大橋站地下水主要為砂卵石層中的孔隙潛水，實測孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深約為16.2m。在進(jìn)行水壓力計算時，考慮到結(jié)構(gòu)可能處于不同的施工階段和運營工況，需合理確定計算水位。對于車站結(jié)構(gòu)底板，若底板位于地下水位以下，水壓力強度按照靜水壓力計算，即\sigma_w=\gamma_wh_w，其中\(zhòng)gamma_w為水的重度，取10kN/m^3，h_w為計算點到地下水位的深度。假設(shè)車站底板埋深為20m，則底板處的水壓力強度\sigma_w=10\times(20-16.2)=38kPa。同時，還需考慮地下水的動態(tài)變化以及可能出現(xiàn)的最高水位情況，以確保結(jié)構(gòu)在最不利工況下的安全性。超載：車站周邊的地面超載主要來源于道路車輛荷載、建筑物荷載以及施工荷載等。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），對于城市道路，一般取車輛荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為20kPa?？紤]到東門大橋站周邊交通繁忙，可能存在重型車輛通行，對車輛荷載進(jìn)行適當(dāng)放大，取25kPa。對于周邊建筑物荷載，通過調(diào)查周邊建筑物的基礎(chǔ)形式、層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型等信息，采用等效均布荷載的方法進(jìn)行計算。假設(shè)周邊某建筑物基礎(chǔ)底面尺寸為10m\times10m，建筑物總重為50000kN，則該建筑物對地面產(chǎn)生的等效均布荷載為50000\div(10\times10)=500kPa。在計算時，根據(jù)建筑物與車站的距離，按照一定的擴散角進(jìn)行擴散，確定作用在車站結(jié)構(gòu)上的建筑物荷載。施工荷載則根據(jù)施工過程中可能出現(xiàn)的材料堆放、機械設(shè)備停放等情況進(jìn)行估算，一般取10-15kPa，此處取12kPa。樓面荷載：車站內(nèi)部的樓面荷載包括結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備荷載、人群荷載等。結(jié)構(gòu)自重根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和材料重度進(jìn)行計算，如車站頂板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為0.8m，鋼筋混凝土重度取25kN/m^3，則頂板結(jié)構(gòu)自重為25\times0.8=20kN/m^2。設(shè)備荷載根據(jù)車站內(nèi)各類設(shè)備的重量和布置情況進(jìn)行統(tǒng)計，如通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、供電設(shè)備等，通過設(shè)備廠家提供的參數(shù)和布置圖，計算出單位面積上的設(shè)備荷載。假設(shè)某區(qū)域設(shè)備總重為500kN，該區(qū)域面積為100m^2，則設(shè)備荷載為500\div100=5kN/m^2。人群荷載根據(jù)車站的客流量和使用功能進(jìn)行確定，根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013），站臺層人群荷載取4kN/m^2，站廳層人群荷載取3.5kN/m^2。頂板覆土荷載：頂板覆土荷載的大小取決于覆土厚度和土的重度。東門大橋站頂板覆土厚度根據(jù)設(shè)計要求和周邊地形條件確定，假設(shè)覆土厚度為2m，土的重度取18kN/m^3，則頂板覆土荷載為18\times2=36kN/m^2。在計算覆土荷載時，還需考慮覆土的壓實情況和可能出現(xiàn)的附加荷載，如車輛在覆土表面行駛產(chǎn)生的動荷載等。樓梯恒載和活荷載：樓梯恒載包括樓梯結(jié)構(gòu)自重、欄桿自重等。樓梯結(jié)構(gòu)自重根據(jù)樓梯的形式、尺寸和材料重度進(jìn)行計算，假設(shè)樓梯采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，踏步尺寸為0.3m\times0.15m，梯段寬度為1.5m，每級踏步高度為0.15m，長度為0.3m，鋼筋混凝土重度取25kN/m^3，則每級踏步的自重為0.3\times0.15\times1.5\times25=1.69kN。欄桿自重根據(jù)欄桿的材料和形式進(jìn)行估算，一般取0.2-0.3kN/m，此處取0.25kN/m。樓梯活荷載根據(jù)使用功能和人流量確定，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），對于一般公共建筑的樓梯，活荷載取3.5kN/m^2。人防荷載：根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》（GB50038-2005），東門大橋站作為地鐵車站，需考慮人防荷載的作用。人防荷載的取值與車站的防護(hù)等級、戰(zhàn)時功能等因素有關(guān)。假設(shè)該站的防護(hù)等級為六級，戰(zhàn)時功能為人員掩蔽所，根據(jù)規(guī)范，六級人防的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，頂板可取30-50kN/m^2，此處取40kN/m^2；外墻可取20-30kN/m^2，此處取25kN/m^2。在計算人防荷載時，還需考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力響應(yīng)和材料強度的提高系數(shù)等因素。地震荷載：地震荷載是車站結(jié)構(gòu)在地震作用下所承受的荷載，其大小與地震烈度、場地土類型、結(jié)構(gòu)自振周期等因素有關(guān)。成都地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），采用反應(yīng)譜理論計算地震作用。首先確定車站結(jié)構(gòu)的自振周期，通過結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法進(jìn)行計算，假設(shè)計算得到結(jié)構(gòu)的自振周期T=0.5s。根據(jù)場地土類型，確定場地特征周期T_g，假設(shè)該場地為Ⅱ類場地，特征周期T_g=0.35s。然后根據(jù)反應(yīng)譜曲線，計算地震影響系數(shù)\alpha，\alpha=(\frac{T_g}{T})^{\gamma}\eta_2\alpha_{max}，其中\(zhòng)gamma為衰減指數(shù)，取0.9；\eta_2為阻尼調(diào)整系數(shù)，取1.0；\alpha_{max}為水平地震影響系數(shù)最大值，7度設(shè)防時，多遇地震下\alpha_{max}=0.08。代入數(shù)據(jù)可得\alpha=(\frac{0.35}{0.5})^{0.9}\times1.0\times0.08\approx0.06。最后根據(jù)結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值G，計算地震作用F=\alphaG。3.2結(jié)構(gòu)二維計算在對東門大橋站車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析時，建立合理的二維計算模型是至關(guān)重要的基礎(chǔ)工作。本文選用專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件MidasGen來構(gòu)建模型，該軟件在結(jié)構(gòu)力學(xué)分析領(lǐng)域具有強大的功能和廣泛的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確地模擬車站結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜工況下的力學(xué)行為。在模型建立過程中，對車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行了科學(xué)合理的簡化與模擬。將車站的梁、板、柱等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用梁單元進(jìn)行模擬，這種模擬方式能夠較好地反映構(gòu)件的彎曲、剪切和軸向受力特性。對于梁單元，通過準(zhǔn)確輸入其截面尺寸、材料屬性等參數(shù)，確保模型能夠真實地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能。例如，車站頂板梁的截面尺寸為0.8m×1.2m（寬×高），采用C35混凝土，彈性模量為3.15×10^4MPa，泊松比為0.2，在模型中按照這些實際參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。對于結(jié)構(gòu)的邊界條件，充分考慮了車站與周邊土體的相互作用。在車站底部，將其視為固定端約束，模擬車站基礎(chǔ)與地基之間的連接，限制結(jié)構(gòu)在水平和豎向方向的位移。在車站側(cè)面，考慮土體對結(jié)構(gòu)的側(cè)向約束，采用彈簧單元來模擬土體的水平抗力，彈簧的剛度根據(jù)土體的性質(zhì)和實際情況進(jìn)行合理取值。例如，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，車站周邊土體的水平基床系數(shù)為20MN/m^3，在模型中通過設(shè)置相應(yīng)剛度的彈簧單元來模擬土體對車站結(jié)構(gòu)的側(cè)向約束。為了確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性，還進(jìn)行了模型的驗證與校準(zhǔn)。將模型計算結(jié)果與類似工程的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，檢查模型的合理性。通過對模型參數(shù)的敏感性分析，確定對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形影響較大的參數(shù)，并對這些參數(shù)進(jìn)行精確取值和優(yōu)化。經(jīng)過驗證和校準(zhǔn)后的模型，能夠較為準(zhǔn)確地反映東門大橋站車站結(jié)構(gòu)的實際力學(xué)特性，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算和分析提供了可靠的依據(jù)。在完成模型建立后，運用有限元方法對車站結(jié)構(gòu)在不同工況下的內(nèi)力進(jìn)行精確計算?？紤]多種工況組合，包括施工階段的荷載工況和運營階段的正常使用、地震、人防等荷載工況。在施工階段，模擬結(jié)構(gòu)的逐步施工過程，考慮各施工步驟中結(jié)構(gòu)的受力變化。例如，在車站頂板施工完成后，拆除臨時支撐，此時結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生改變，通過模型計算分析結(jié)構(gòu)在這一施工步驟下的內(nèi)力變化情況。在運營階段，按照規(guī)范要求，對各種荷載進(jìn)行合理組合。正常使用工況下，考慮結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、水壓力、樓面荷載、人群荷載等的組合；地震工況下，根據(jù)成都地區(qū)的抗震設(shè)防要求，考慮地震作用與其他荷載的組合；人防工況下，按照人防設(shè)計規(guī)范，考慮人防荷載與其他荷載的組合。通過對不同工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算，得到了結(jié)構(gòu)在各種情況下的內(nèi)力分布規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和安全性評估提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。3.3西端頭井處斷面的二維計算3.3.1計算模型西端頭井處斷面作為車站結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，其受力情況復(fù)雜，對整個車站的穩(wěn)定性有著重要影響。為了準(zhǔn)確分析該部位的力學(xué)特性，建立針對性的二維計算模型至關(guān)重要。同樣選用MidasGen軟件進(jìn)行建模，在模型構(gòu)建過程中，充分考慮西端頭井處的特殊結(jié)構(gòu)和受力特點。西端頭井與標(biāo)準(zhǔn)段相比，結(jié)構(gòu)形式存在差異，如在端頭井處可能存在盾構(gòu)接收或始發(fā)的相關(guān)構(gòu)造，這些特殊構(gòu)造會改變結(jié)構(gòu)的受力分布。在模擬時，對西端頭井處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)建模，精確設(shè)置各構(gòu)件的尺寸和材料屬性。例如，對于盾構(gòu)接收井處的加強結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確輸入其混凝土強度等級、鋼筋配置等參數(shù)，以真實反映其力學(xué)性能。對于西端頭井與車站主體結(jié)構(gòu)的連接部位，合理設(shè)置連接方式和約束條件，考慮連接部位的傳力特性和變形協(xié)調(diào)。同時，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，對西端頭井周邊的土體進(jìn)行模擬，采用合適的土體本構(gòu)模型，考慮土體對結(jié)構(gòu)的約束作用和土壓力的分布情況。通過這些細(xì)致的處理，建立的計算模型能夠準(zhǔn)確反映西端頭井處斷面的實際力學(xué)狀態(tài)，為后續(xù)的分析提供可靠基礎(chǔ)。3.3.2荷載組合西端頭井處的荷載組合需綜合考慮多種因素，結(jié)合實際施工和使用情況進(jìn)行確定。在施工階段，主要荷載包括結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、土體開挖引起的卸載荷載以及臨時支撐的作用力等。結(jié)構(gòu)自重根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和材料重度進(jìn)行計算，施工荷載則根據(jù)施工過程中可能出現(xiàn)的材料堆放、機械設(shè)備停放等情況進(jìn)行估算。在土體開挖過程中，隨著開挖深度的增加，土體對結(jié)構(gòu)的約束逐漸減小，會產(chǎn)生卸載荷載，需要準(zhǔn)確計算卸載荷載的大小和分布。臨時支撐在施工階段起著重要作用，其作用力的大小和方向?qū)Y(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有顯著影響，需要根據(jù)臨時支撐的布置和受力情況進(jìn)行合理取值。在運營階段，除了考慮結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、水壓力、樓面荷載、人群荷載等人防荷載和地震荷載等。覆土荷載和水壓力的計算方法與標(biāo)準(zhǔn)段類似，但由于西端頭井處的結(jié)構(gòu)形式和周邊環(huán)境可能與標(biāo)準(zhǔn)段不同，需要對計算參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。樓面荷載和人群荷載根據(jù)車站的使用功能和客流量進(jìn)行確定。人防荷載和地震荷載則根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值，考慮西端頭井處的重要性和抗震要求，合理確定荷載的大小和作用方式。在進(jìn)行荷載組合時，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）和《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）的要求，采用不同的荷載組合工況進(jìn)行計算，如基本組合、偶然組合等。通過合理的荷載組合，能夠全面考慮西端頭井處在各種情況下的受力狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)的安全性評估提供準(zhǔn)確依據(jù)。3.3.3結(jié)果分析對西端頭井處斷面的內(nèi)力和變形結(jié)果進(jìn)行深入分析，對于評估結(jié)構(gòu)在該部位的安全性具有重要意義。通過計算得到西端頭井處各構(gòu)件的內(nèi)力分布，如梁、板、柱的彎矩、軸力和剪力等。將這些內(nèi)力結(jié)果與設(shè)計要求進(jìn)行對比，判斷結(jié)構(gòu)是否滿足強度和穩(wěn)定性要求。若某根梁的計算彎矩超過了其設(shè)計彎矩承載能力，則說明該梁在當(dāng)前荷載作用下存在安全隱患，需要進(jìn)一步分析原因并采取相應(yīng)的加固措施。在變形方面，重點關(guān)注西端頭井處的水平位移和豎向位移。通過計算得到的位移結(jié)果，與規(guī)范規(guī)定的變形限值進(jìn)行比較，評估結(jié)構(gòu)的變形是否在允許范圍內(nèi)。若西端頭井處的水平位移超過了規(guī)范限值，可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體性受到影響，進(jìn)而影響車站的正常使用和安全。此時，需要分析導(dǎo)致位移過大的原因，如荷載取值是否合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計是否存在缺陷等，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。通過對西端頭井處斷面的內(nèi)力和變形結(jié)果的分析，能夠全面了解結(jié)構(gòu)在該部位的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全問題，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和施工提供重要參考，確保車站結(jié)構(gòu)在西端頭井處的安全性和可靠性。3.4標(biāo)準(zhǔn)段處斷面的二維計算3.4.1計算模型標(biāo)準(zhǔn)段處斷面作為車站結(jié)構(gòu)的典型部分，其力學(xué)特性分析對于整個車站的設(shè)計和安全評估具有重要意義。采用MidasGen軟件建立標(biāo)準(zhǔn)段處斷面的二維計算模型，該模型充分考慮標(biāo)準(zhǔn)段的結(jié)構(gòu)特點和受力情況。與西端頭井模型相比，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)形式相對規(guī)整，沒有盾構(gòu)接收或始發(fā)等特殊構(gòu)造，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置較為規(guī)律。在模型中，將標(biāo)準(zhǔn)段的梁、板、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件準(zhǔn)確模擬為梁單元，根據(jù)實際尺寸和材料參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。例如，標(biāo)準(zhǔn)段頂板厚度為0.8m，采用C35混凝土，在模型中按照這些參數(shù)準(zhǔn)確定義頂板梁單元的屬性。對于結(jié)構(gòu)與土體的相互作用，在標(biāo)準(zhǔn)段底部同樣視為固定端約束，模擬基礎(chǔ)與地基的連接。在側(cè)面，根據(jù)土體的實際情況，合理設(shè)置彈簧單元來模擬土體的水平抗力。通過準(zhǔn)確的模型建立，能夠清晰地反映標(biāo)準(zhǔn)段處斷面在各種荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)，為后續(xù)的分析提供可靠的基礎(chǔ)。3.4.2荷載組合標(biāo)準(zhǔn)段處的荷載組合是結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的關(guān)鍵因素，需綜合考慮多種工況下的荷載作用。與西端頭井荷載組合相比，雖然主要荷載類型相似，但在具體取值和組合方式上存在一定差異。在施工階段，標(biāo)準(zhǔn)段的荷載主要包括結(jié)構(gòu)自重、施工荷載以及土體開挖引起的卸載荷載等。由于標(biāo)準(zhǔn)段施工過程相對較為常規(guī)，施工荷載的取值相對較為穩(wěn)定，主要考慮施工機械的重量、材料堆放等產(chǎn)生的荷載。而西端頭井在施工階段可能涉及盾構(gòu)相關(guān)設(shè)備的安裝和調(diào)試，施工荷載的變化更為復(fù)雜。在運營階段，標(biāo)準(zhǔn)段的荷載組合包括結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、水壓力、樓面荷載、人群荷載等。覆土荷載和水壓力根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)段的埋深和地下水位情況進(jìn)行準(zhǔn)確計算。樓面荷載和人群荷載根據(jù)車站的使用功能和客流量進(jìn)行確定。在偶然荷載作用下，如地震工況，標(biāo)準(zhǔn)段和西端頭井都需要考慮地震作用與其他荷載的組合，但由于結(jié)構(gòu)形式和周邊場地條件的不同，地震作用的計算參數(shù)和組合方式可能會有所不同。通過合理確定標(biāo)準(zhǔn)段處的荷載組合，能夠全面、準(zhǔn)確地分析結(jié)構(gòu)在各種工況下的受力狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可靠依據(jù)。3.4.3內(nèi)力計算結(jié)果對標(biāo)準(zhǔn)段處斷面的內(nèi)力計算結(jié)果進(jìn)行深入分析，有助于揭示結(jié)構(gòu)的受力規(guī)律，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供重要參考。通過計算得到標(biāo)準(zhǔn)段各構(gòu)件的內(nèi)力分布，如頂板、中板、底板以及立柱的彎矩、軸力和剪力等。在彎矩分布方面，頂板和底板在跨中位置出現(xiàn)正彎矩，在支座處出現(xiàn)負(fù)彎矩，且頂板由于承受覆土荷載和地面車輛等附加荷載，其彎矩值相對較大。中板主要承受樓面荷載和設(shè)備荷載，彎矩值相對較小。立柱則主要承受軸力，在結(jié)構(gòu)中起到豎向支撐的關(guān)鍵作用，其軸力分布沿高度方向呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，底部軸力較大，向上逐漸減小。通過對這些內(nèi)力分布規(guī)律的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)的受力特點，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供明確的指導(dǎo)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于彎矩較大的部位，如頂板跨中和支座處，應(yīng)加強鋼筋配置，提高結(jié)構(gòu)的抗彎能力。對于立柱，應(yīng)根據(jù)軸力大小合理設(shè)計截面尺寸和配筋，確保其具有足夠的承載能力。同時，通過與規(guī)范要求的對比，判斷結(jié)構(gòu)是否滿足強度和穩(wěn)定性要求，若發(fā)現(xiàn)不滿足要求的部位，及時進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)整。3.5東端頭井處二維計算3.5.1計算模型東端頭井作為車站結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析對于保障車站的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。運用MidasGen軟件構(gòu)建東端頭井處斷面的二維計算模型，在建模過程中，充分考量東端頭井的獨特結(jié)構(gòu)特性以及受力狀況。與西端頭井類似，東端頭井也存在一些特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，如可能涉及盾構(gòu)的相關(guān)作業(yè)，這些構(gòu)造會顯著影響結(jié)構(gòu)的受力分布。因此，在模型中對東端頭井的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致入微的模擬，精確設(shè)定各構(gòu)件的尺寸和材料屬性。以盾構(gòu)接收井處的加強結(jié)構(gòu)為例，依據(jù)實際的設(shè)計參數(shù)，準(zhǔn)確輸入混凝土強度等級、鋼筋配置等信息，以確保能夠真實反映其力學(xué)性能。在處理東端頭井與車站主體結(jié)構(gòu)的連接部位時，合理設(shè)置連接方式和約束條件，充分考慮連接部位的傳力特性和變形協(xié)調(diào)。同時，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，對東端頭井周邊的土體進(jìn)行模擬，采用合適的土體本構(gòu)模型，如摩爾-庫侖本構(gòu)模型，該模型能夠較好地反映土體在受力過程中的非線性特性，包括土體的屈服、破壞等行為。通過合理設(shè)置土體參數(shù)，如土體的重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力等，準(zhǔn)確考慮土體對結(jié)構(gòu)的約束作用和土壓力的分布情況。在模擬土體與結(jié)構(gòu)的相互作用時，采用接觸單元來模擬兩者之間的摩擦力和變形協(xié)調(diào)，確保模型能夠準(zhǔn)確反映東端頭井處的實際力學(xué)狀態(tài)。通過這些精心的處理，建立的計算模型能夠為后續(xù)的分析提供堅實可靠的基礎(chǔ)。3.5.2荷載組合東端頭井處的荷載組合需綜合考慮多種因素，結(jié)合實際施工和使用情況進(jìn)行確定。在施工階段，主要荷載包括結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、土體開挖引起的卸載荷載以及臨時支撐的作用力等。結(jié)構(gòu)自重根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和材料重度進(jìn)行計算，施工荷載則根據(jù)施工過程中可能出現(xiàn)的材料堆放、機械設(shè)備停放等情況進(jìn)行估算。在土體開挖過程中，隨著開挖深度的增加，土體對結(jié)構(gòu)的約束逐漸減小，會產(chǎn)生卸載荷載，需要準(zhǔn)確計算卸載荷載的大小和分布。臨時支撐在施工階段起著重要作用，其作用力的大小和方向?qū)Y(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有顯著影響，需要根據(jù)臨時支撐的布置和受力情況進(jìn)行合理取值。在運營階段，除了考慮結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、水壓力、樓面荷載、人群荷載等人防荷載和地震荷載等。覆土荷載和水壓力的計算方法與標(biāo)準(zhǔn)段類似，但由于東端頭井處的結(jié)構(gòu)形式和周邊環(huán)境可能與標(biāo)準(zhǔn)段不同，需要對計算參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。樓面荷載和人群荷載根據(jù)車站的使用功能和客流量進(jìn)行確定。人防荷載和地震荷載則根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值，考慮東端頭井處的重要性和抗震要求，合理確定荷載的大小和作用方式。在進(jìn)行荷載組合時，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）和《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）的要求，采用不同的荷載組合工況進(jìn)行計算，如基本組合、偶然組合等。通過合理的荷載組合，能夠全面考慮東端頭井處在各種情況下的受力狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)的安全性評估提供準(zhǔn)確依據(jù)。與西端頭井相比，東端頭井可能由于盾構(gòu)始發(fā)或接收的施工順序不同，在施工階段的荷載組合存在差異。例如，在盾構(gòu)始發(fā)時，可能會有盾構(gòu)機的組裝和調(diào)試荷載，而西端頭井在盾構(gòu)接收時，可能更多地考慮接收井結(jié)構(gòu)的加固和盾構(gòu)機進(jìn)入時的沖擊力。在運營階段，雖然主要荷載類型相似，但由于東端頭井和西端頭井在車站中的位置不同，周邊的人流、車流等情況也可能不同，導(dǎo)致人群荷載和地面超載的取值有所差異。與標(biāo)準(zhǔn)段相比，端頭井處的結(jié)構(gòu)受力更為復(fù)雜，荷載組合也更為多樣化。標(biāo)準(zhǔn)段的結(jié)構(gòu)形式相對規(guī)整，荷載分布較為均勻，而端頭井處由于存在特殊結(jié)構(gòu)和施工工況，需要考慮更多的荷載因素及其組合方式。3.5.3內(nèi)力計算結(jié)果對東端頭井處斷面的內(nèi)力計算結(jié)果進(jìn)行深入剖析，對于評估結(jié)構(gòu)在該部位的安全性具有重要意義。通過計算得到東端頭井處各構(gòu)件的內(nèi)力分布，如梁、板、柱的彎矩、軸力和剪力等。將這些內(nèi)力結(jié)果與設(shè)計要求進(jìn)行對比，判斷結(jié)構(gòu)是否滿足強度和穩(wěn)定性要求。若某根梁的計算彎矩超過了其設(shè)計彎矩承載能力，則說明該梁在當(dāng)前荷載作用下存在安全隱患，需要進(jìn)一步分析原因并采取相應(yīng)的加固措施。在變形方面，重點關(guān)注東端頭井處的水平位移和豎向位移。通過計算得到的位移結(jié)果，與規(guī)范規(guī)定的變形限值進(jìn)行比較，評估結(jié)構(gòu)的變形是否在允許范圍內(nèi)。若東端頭井處的水平位移超過了規(guī)范限值，可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體性受到影響，進(jìn)而影響車站的正常使用和安全。此時，需要分析導(dǎo)致位移過大的原因，如荷載取值是否合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計是否存在缺陷等，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。與西端頭井的結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，兩者在彎矩、軸力和剪力的分布上存在一定的共性和差異。共性方面，梁、板、柱的受力趨勢基本相似，在支座處和跨中位置的彎矩分布規(guī)律較為一致。然而，由于東端頭井和西端頭井的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和周邊環(huán)境的差異，導(dǎo)致在某些部位的內(nèi)力大小和分布存在明顯不同。例如，東端頭井可能由于盾構(gòu)始發(fā)的相關(guān)結(jié)構(gòu)布置，使得某些柱子的軸力分布與西端頭井有所不同。通過對這些共性和差異的總結(jié)，可以更全面地了解端頭井結(jié)構(gòu)的受力特性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供更有針對性的參考。同時，與標(biāo)準(zhǔn)段的內(nèi)力計算結(jié)果對比，端頭井處的內(nèi)力值通常會更大，這是由于端頭井處的結(jié)構(gòu)受力更為復(fù)雜，需要承受更多的荷載和特殊工況的作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中，應(yīng)根據(jù)這些特點，加強對端頭井處結(jié)構(gòu)的加固和監(jiān)測，確保車站結(jié)構(gòu)的安全可靠。3.6盾構(gòu)機起吊對結(jié)構(gòu)的影響分析3.6.1地下一層頂板荷載在東門大橋站的施工過程中，盾構(gòu)機起吊作業(yè)是一項關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對地下一層頂板的荷載作用不容忽視。盾構(gòu)機起吊時，地下一層頂板所承受的荷載主要包括盾構(gòu)機自身重量、起吊設(shè)備的重量以及起吊過程中產(chǎn)生的動荷載。以常見的盾構(gòu)機型號為例，其重量通常在100-150噸之間，假設(shè)東門大橋站使用的盾構(gòu)機重量為120噸。起吊設(shè)備如履帶吊的自重約為250噸。在起吊過程中，由于盾構(gòu)機的起吊、平移等動作，會產(chǎn)生動荷載，動荷載系數(shù)一般取1.1-1.3，此處取1.2。在計算頂板荷載時，還需考慮起吊過程中的偏心影響。當(dāng)盾構(gòu)機起吊時，由于起吊點的位置偏差或盾構(gòu)機自身重心的偏移，可能會導(dǎo)致頂板受力不均勻，產(chǎn)生偏心荷載。假設(shè)盾構(gòu)機起吊時的偏心距為0.5米，根據(jù)力學(xué)原理，偏心荷載會在頂板上產(chǎn)生附加彎矩和剪力。通過計算可得，偏心荷載產(chǎn)生的附加彎矩為M=F\timese，其中F為盾構(gòu)機和起吊設(shè)備的總重量（考慮動荷載），e為偏心距?？傊亓縁=(120+250)\times1.2\times1000\times9.8=4.35\times10^6N，則附加彎矩M=4.35\times10^6\times0.5=2.18\times10^6N\cdotm?？紤]動荷載和偏心影響后，計算得到頂板承受的最大荷載為q_{max}。首先計算盾構(gòu)機和起吊設(shè)備對頂板的均布荷載q_1=\frac{(120+250)\times1.2\times1000\times9.8}{A}，其中A為頂板的受力面積，假設(shè)頂板在起吊區(qū)域的受力面積為100m^2，則q_1=\frac{4.35\times10^6}{100}=43.5kPa。再考慮偏心荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力\sigma_{附加}=\frac{M}{W}，其中W為頂板截面的抵抗矩，假設(shè)頂板厚度為0.8米，按照矩形截面計算，W=\frac{1\times0.8^2}{6}=0.11m^3，則\sigma_{附加}=\frac{2.18\times10^6}{0.11}=19.8kPa。所以頂板承受的最大荷載q_{max}=q_1+\sigma_{附加}=43.5+19.8=63.3kPa。通過與頂板的設(shè)計承載能力進(jìn)行對比，評估頂板在盾構(gòu)機起吊時的安全性。假設(shè)頂板的設(shè)計承載能力為80kPa，63.3kPa\lt80kPa，表明在當(dāng)前的起吊工況下，頂板能夠承受盾構(gòu)機起吊產(chǎn)生的荷載，但仍需密切關(guān)注起吊過程中頂板的變形和受力情況，確保施工安全。3.6.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計基于頂板荷載分析結(jié)果，為進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性，提出以下結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計建議。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，考慮增加頂板的厚度，以提高頂板的抗彎和抗壓能力。通過結(jié)構(gòu)力學(xué)計算，假設(shè)將頂板厚度從0.8米增加到1.0米，根據(jù)矩形截面的抗彎剛度公式EI=\frac{1}{12}bh^3E（b為寬度，h為高度，E為彈性模量），在其他條件不變的情況下，頂板的抗彎剛度將增加約(\frac{1.0}{0.8})^