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明挖地铁车站与风道接口结构设计问题探讨

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-07-17

  以明挖地铁车站与风道接口结构设计问题为研究对象,结合相关理论及实际工程设计经验,从结构布置、抗浮等角度展开分析与探讨。在此接口的结构设计中,应加强和优化变形缝的布置及接口处梁柱体系的设计,选择合理的设计参数,确保结构安全可靠;地下水位特别高的车站,应做好接口处主体结构局部抗浮验算,采取合理有效的抗浮措施,确保主体结构抗浮满足要求;同时,对预留接口的相关设计问题也进行了探讨。

  目前,国内对明挖地铁车站多从应力、变形、抗裂等角度进行分析,针对风道接口相关设计问题的文献较少。文献[2]认为地铁结构中靠近顶板或底板的孔洞边缘处的应力集中系数较孔洞其他部位大,为受力不利部位;文献[3]认为风道开口部位由于围护结构(已破除)不参与抗浮导致接口处主体结构抗浮不满足,但整体抗浮满足要求;文献[4-5]论述了地下结构抗浮问题的原理及常用的抗浮措施。

  变形缝的存在增加了结构布置的复杂性,其合理与否对后期的运营安全可能产生影响。一般变形缝布置主要考虑以下方面:1)变形缝的平面和立面形状尽量保持顺直,减少弯折。弯折过多将给止水带的制作和安装带来困难,且易成为后期漏水的隐患。2)变形缝突出车站主体侧墙一般为1.0~1.5 m,不宜过长。过长使此处风道顶板悬挑过大,结构的变形及裂缝难以满足设计要求;过短可能使变形缝置于车站主体围护结构内,导致底板处变形缝两侧落于软硬不均基础上,削弱其后期抵抗变形的能力,且可能削弱后期防水效果。某城市地铁车站与风道接口变形缝如图1所示。

  风道接口处由于主体侧墙开洞,使侧墙受力整体性受到削弱,一般设置梁柱体系确保受力的可靠和结构安全,同时应进行详细的设计与验算,确保设计方案安全可靠。

  设置变形缝的情况下,接口处梁柱体系布置应综合考虑变形缝的位置及形状,主要考虑以下方面:1)根据跨度、覆土厚度等因素,全面考虑恒载、活载按不同工况下最不利组合进行结构设计及配筋,满足结构(含梁、柱体系)的变形、裂缝控制要求。2)考虑到变形缝的施工空间要求,梁/柱边缘距离变形缝应不小于0.3 m,否则影响止水带的安装。3)受风道建筑空间及通风要求的限制,不可避免地存在顶梁上翻和底梁下翻,实际设计中尽量降低上/下翻的高度,有条件时可考虑采用宽边梁方案。地铁车站与风道接口梁柱布置如图2和图3所示。

  在不设缝情况下,为预防运营后接口两侧地基不均匀沉降对结构产生不利影响,一般需对附属基底进行局部加固处理(主体一侧较深,地层相对较好,一般不对主体基底进行加固,且主体结构完成较早,沉降已基本稳定),加固可采用三轴搅拌桩、高压旋喷桩或其他有效的加固形式,一般加固深度基底下不小于2.0 m。基底加固处理如图5所示。

  在地下水位特别高的地区,车站主体抗浮往往难以满足。针对主体结构的抗浮措施,目前国内广泛采用围护结构与压顶梁相结合、利用二者自重参与抗浮来进行设计。根据理论分析验算,此时风道接口范围内由于围护结构无法参与抗浮导致主体结构抗浮无法满足要求,需采取加强抗浮措施,常用的措施如下:1)在靠近风道侧主体底板下设置部分抗拔桩参与抗浮,抗拔桩的参数根据接口范围的抗浮计算确定。2)将风道底板以下围护桩或地连墙锚入风道底板,使之参与主体结构抗浮,满足主体结构抗浮要求,同时应做好节点防水的设计,确保防水效果

  。也可以将上述2种防水方案相结合使用。风道与主体接口处主体结构常采用的抗浮措施如图6和图7所示。

  1)在建通道侧墙处预留暗柱及过梁,保证后期开洞结构体系安全,使用阶段按照一般墙体所受恒载和活载进行结构设计封堵,同时预留后期连接条件,一般在暗柱、过梁及底部预埋钢筋接驳器。后期开发时人工或机械破除暗柱及过梁范围内墙体。预留接口的结构处理设计图1如图8所示。

  此方案不考虑后期连接型式,施工简便,但后期开发中问题较多。按目前的施工技术水平,后期破除墙体施工极易破坏既有主体侧墙结构,影响主体结构安全;接缝处防水难以处理,漏水后会在主体与通道内串流,影响二者的正常使用;同时施工时可能影响站内的正常运营。

  此方案使在建通道施工时结构局部外扩,导致基坑及围护结构布置不规则,既增加了设计难度,也增加了一部分工程量,在后期开发中具有优势。后期墙体破除施工基本不影响主体结构安全;防水处理空间充裕,防水质量可较好保证;同时接口施工对既有车站的运营影响较小。此方案可作为近期预留开发使用,远期预留开发亦可推荐使用。

  在明挖车站主体与风道接口设计中,应加强和优化变形缝及接口处梁柱体系的布置,合理选择设计参数。地下水位特别高的车站,应做好接口处车站主体局部抗浮验算,采取合理的抗浮措施,以满足主体结构的抗浮要求。

  根据近远期的施工需求并综合考虑对后期施工的影响,合理选择预留接口型式,可考虑采用结构外扩、不外扩及同期实施3种方式,既满足短期施工及使用需求,又尽量降低远期开发建设对既有结构及运营产生不利影响。预留接口处涉及到的结构布置、抗浮等内容参考风道内容进行设计。

  [1] 王雯.地铁车站主体结构内力分布规律及其影响因素研究[D].西安:西安建筑科技大学,2015.

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