水压超深埋层板位置盾构孔结构方案分析

水压超深埋层板位置盾构孔结构方案分析

李敏瑞

中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300000

摘要：盾构孔处环框梁尺寸是结构安全和盾构井规模的重要影响因素之一。为使地铁车站端头盾构井和盾构区间安全施工，同时尽可能压缩车站规模，降低工程造价，本文依托某市某线地铁中间风井兼大小盾构转换井工程，使用SAP2000研究环框梁设置与否以及层板尺寸对中纵梁内力及变形的影响。

关键词：地铁车站；盾构孔；环框梁；厚板；中纵梁

0 引言

随着我国城市化进程的持续稳步推进，城市人口越来越多，城市交通系统面临的挑战越来越大。轨道交通具有环保、高效及对周边环境影响较小等优点，使其成为缓解城市交通压力的优先选择。为了满足地铁施工作业的需要，经常需要在主体结构各层板上预留孔洞，比如盾构孔。随着过江通道的陆续开建，盾构埋深越来越大，工程水文地质环境日趋复杂，盾构井的设计、造价以及施工难度也在逐渐加大。本文依托某市某线地铁中间风井兼大小盾构转换井工程，使用SAP2000对三种盾构端头井结构方案在内力与变形两方面进行比较分析，为后续类似结构设计提供参考与借鉴。

1 工程概况

图1 盾构孔平面布置图 图2 方案一平面布置图

本大小盾构转换井端头井地处长江江心洲，据江堤最近约11.1m，距离二级水源保护地约77.5m。本工程为三柱四跨、地下五层箱型结构，宽33.30m，高38.81m，立柱采用钢管混凝土柱。沿中间一道纵梁两侧对称设置两个盾构孔，盾构孔尺寸为11.5m×8.7m。平面布置详见图1 盾构孔平面布置图。

2 工程地质与水文地质

拟建工程地貌单元属长江边滩，地势较平坦。场区地表普遍分布人工填土，往下依次为黏土、淤泥质粉质黏土（夹粉土、粉砂）、粉质黏土夹粉砂、粉砂、含卵砾石中粗砂，下伏基岩为砂砾岩、泥质砂岩。岩面起伏不大，埋深在49.5~52.2m之间。周边无地下管线且无重要构建筑物。拟建工程地处长江江心洲，与长江水力联系紧密。

3 结构方案与分析

地下连续墙厚度为1.5m，主体结构侧墙厚度为1.4m，地下连续墙与主体结构侧墙组成叠合墙。对提取负五层板盾构孔进行受力分析。假定负四下半部分与负五层上半部分水土压力及超载引起的侧向力全部由层板及层板处框梁承担，且层板位置处的侧向力不变。

3.1.1 结构方案一

在端墙及侧墙位置分别设置2000mm×3650mm 和2000mm×3000mm框梁，后期凿除侧墙侵限部分框梁。布置形式详见图2。结构尺寸参见表1。

表1 构建截面尺寸表

3.1.2 结构方案二

仅在端墙位置设置2000mm×3650mm框梁，盾构孔两侧楼板加厚，板厚600mm。布置形式详见图1。结构尺寸详见表2。

表2 构建截面尺寸表

3.1.3 结构方案三

仅在端墙位置设置2000mm×3650mm框梁，盾构孔两侧层板加厚，板厚800mm。布置形式详见图1。结构尺寸参见表3。

表3 构建截面尺寸表

3.2 计算结果分析

提取两方案基本组合下弯矩值与变形值，变形计算结果详见图3～图5，弯矩计算结果详见图6～图8。

方案一端墙处框梁最大位移0.015m，方案二端墙处框梁最大位移0.015m，方案三端墙处框梁最大位移0.014m。方案一与层板相连处中纵梁跨中横向最大位移0.005m，最大纵向位移0.005；方案二与层板相连处中纵梁跨中横向最大位移0.006m，最大纵向位移0.006；方案三与层板相连处中纵梁跨中最大横向位移0.004m，最大纵向位移0.005。

方案一端墙处框梁最大弯矩47278kN· m，方案二端墙处框梁最大弯矩42535kN· m，，方案三端墙处框梁最大弯矩44424kN· m。方案一与层板相连中纵梁跨中最大弯矩为1225kN· m，方案二与层板相连中纵梁跨中最大弯矩为2219kN· m，方案三与层板相连中纵梁跨中最大弯矩为1558kN· m。

图3 方案一基本组合下位移图 图4 方案二基本组合下位移图

图5 方案三基本组合下位移图 图6 方案一基本组合下弯矩图

图7 方案二基本组合下弯矩图 图8 方案三基本组合下弯矩图

经计算，三种方案的结构变形位移基本相同。侧墙框梁设置与否会对端墙框梁的内力产生较大影响，设置侧墙框梁后，端墙处框梁弯矩最大增加了4743 kN· m，弯矩增加较大。取消框梁对与层板相接处中纵梁侧向弯矩影响较大，当层板600mm厚时，中纵梁跨中横向弯矩增加994 kN· m，当层板800mm厚时，中纵梁跨中横向弯矩增加333kN· m。增加层板厚度可显著降低中纵梁跨中横向弯矩增加值。

4 结论

1 若侧墙不设置框梁，为了减小中纵梁侧向弯矩，减小中纵梁宽度，需要加大层板厚度抵抗侧向水土压力，为此可能会导致基坑开挖深度增加，但不会增加基坑横向规模。

2 若侧墙设置框梁，可能会导致基坑横向规模加大。若控制基坑横向规模，侧墙位置框梁需要后凿除，增加了施工难度和施工风险。

3 若端墙处框梁尺寸受限，可考虑采用不设置侧墙处框梁，同时加大层板厚度结构方案。

5 参考文献

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