明挖地鐵車站支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算講義

明挖地鐵車站支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概述2明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)計(jì)算3暗挖結(jié)構(gòu)計(jì)算分析4幾點(diǎn)建議目錄1.1地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，最重要的問題就是如何確定作用在地下結(jié)構(gòu)上的荷載。1.2目前我們?cè)O(shè)計(jì)涉及的結(jié)構(gòu)計(jì)算。1.2.1地鐵車站結(jié)構(gòu)計(jì)算由于地鐵車站結(jié)構(gòu)遇到的地層基本上是第四紀(jì)堆積物，主要荷載就是水、土壓力。(對(duì)于地鐵車站基坑計(jì)算，達(dá)不到主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力值，一般取靜止土壓力和被動(dòng)土壓力降低值)

1地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概述1.2.2礦山法施工的隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算山嶺隧道圍巖壓力理論經(jīng)歷的三個(gè)階段：1、古典的壓力理論階段：認(rèn)為豎向荷載就是結(jié)構(gòu)上覆巖層的重量，側(cè)壓力有三種觀點(diǎn)：海姆認(rèn)為是1，郎金根據(jù)松散體理論認(rèn)為是tg2(450-φ/2)，而金尼克根據(jù)彈性理論認(rèn)為是μ/1-μ。2、松散體理論：認(rèn)為當(dāng)?shù)叵鹿こ搪裆钶^大時(shí)，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力只是圍巖塌落拱內(nèi)的松動(dòng)巖體重量（太沙基和普氏理論）。3、現(xiàn)代支護(hù)理論：支護(hù)與圍巖共同作用的理論。認(rèn)為圍巖即是地下工程的荷載同時(shí)也是承載體。新奧法是本理論的典型代表。1地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論概述2.1明挖車站基坑工程基坑計(jì)算一般包括三方面的內(nèi)容:穩(wěn)定性驗(yàn)算、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、基坑變形計(jì)算。2.1.1基坑工程荷載計(jì)算地鐵車站一般建設(shè)在城市主干道下方，基坑周邊環(huán)境對(duì)位移限制非常嚴(yán)格，因此土壓力取靜止土壓力。（最關(guān)鍵的是K0的確定）1、土壓力計(jì)算方法：對(duì)于地下水位線以下土體，側(cè)壓力計(jì)算時(shí)一般有兩個(gè)原則，即水土分算和水土合算。2明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)計(jì)算（a）水位線以下土壓力水土分算：適用于土孔隙中存在自由的重力水或土的滲透性較好的情況，一般適用于砂土、粉性土和粉質(zhì)粘土。土壓力公式：水土合算：認(rèn)為土孔隙中不存在自由的重力水，而是結(jié)合水，直接用土的飽和重度計(jì)算側(cè)壓力，這一原則適用于不透水的粘土層。土壓力公式：

2明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)計(jì)算（b）水位線以上土壓力計(jì)算公式（c）土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值：水土分算時(shí)計(jì)算土壓力應(yīng)該采用土的有效應(yīng)力。鑒于目前土的有效強(qiáng)度指標(biāo)c‘、φ’確定的實(shí)際困難，根據(jù)相關(guān)研究，可采用三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)。水土合算應(yīng)采用土的總應(yīng)力，計(jì)算式采用直剪固結(jié)快剪指標(biāo)。2、水壓力計(jì)算：（a）不考慮地下水滲流作用時(shí)，水壓力通常按靜水壓力取值。工程實(shí)測(cè)表明，對(duì)于粘性土實(shí)測(cè)孔隙水壓力約占靜水壓力70%，砂性土約占85%~90%。實(shí)測(cè)水壓力資料有限，且離散性較大，水壓力問題還需要進(jìn)一步研究。（b）考慮滲流作用時(shí)，計(jì)算水壓力的經(jīng)驗(yàn)方法基坑施工時(shí)，基坑內(nèi)降水形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外水頭差，地下水會(huì)從坑外流向坑內(nèi)，若為穩(wěn)態(tài)滲流，那么水壓力的計(jì)算可近似采用直線比例法，即假定滲流中水頭損失是沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲流輪廓線均勻分配的，其計(jì)算公式為：

式中：Hi為圍護(hù)結(jié)構(gòu)流線上某點(diǎn)i的滲流總水頭；L為經(jīng)折算后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲流總長(zhǎng)度；Si為自i點(diǎn)沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)輪廓線至下游端點(diǎn)的折算長(zhǎng)度；h0——上下游總水頭差。滲透情況下的水壓力:L=H+d-j+d-i=H+2d-i-jSi=2(d-i)h0=H+d-jdjHiγw(d-i)ufufγw(H+d-j)3、地層反力系數(shù)的確定

單道及多道支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力計(jì)算一般采用豎向彈性地基梁方法?；娱_挖面以下土層的水平抗力(基坑側(cè))σx等于該點(diǎn)的地層反力系數(shù)Kx與該點(diǎn)的水平位移x的乘積，即：a、常數(shù)法:假定地層反力系數(shù)沿深度方向均勻分布b、“m”法：假定土的地層反力隨深度成正比的增加。(b)(c)(a)3、“K”法：假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土中彈性曲線的第一個(gè)橫向位移零點(diǎn)以下的地層反力系數(shù)為一常數(shù)，而地面至第一橫向位移零點(diǎn)之間的地層反力系數(shù)隨深度按直線增大。2.1.2基坑工程穩(wěn)定性驗(yàn)算基坑穩(wěn)定性是指基坑周圍土體或土體與圍護(hù)體系一起保持穩(wěn)定性的能力?；拥氖Х€(wěn)形態(tài)可歸納為兩類：一是因基坑土體強(qiáng)度不足、地下水滲流作用而造成基坑失穩(wěn)。二是因支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不足引起支護(hù)體系破壞而造成基坑失穩(wěn)1、第一類失穩(wěn)形態(tài)主要表現(xiàn)為一下幾種

基坑內(nèi)外側(cè)土體整體滑動(dòng)失穩(wěn)、基坑底土隆起失穩(wěn)、地層因承壓水作用發(fā)生管涌失穩(wěn)、底鼓失穩(wěn)等。管涌(c)

砂地層管涌失穩(wěn)定承壓水不透水層(d)

底鼓失穩(wěn)(a)整體滑動(dòng)失穩(wěn)滑動(dòng)面(b)踢腳引起隆起失穩(wěn)2、第二類失穩(wěn)

3、入土深度的確定基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算主要是基坑的整體失穩(wěn)、隆起失穩(wěn)、管涌失穩(wěn)、底鼓失穩(wěn)等幾方面的驗(yàn)算。而影響穩(wěn)定性很重要的因素之一就是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度。合理的入土深度既能保證基坑工程的安全要求，又能節(jié)省造價(jià)。

(b)

支撐強(qiáng)度，剛度不夠(a)圍護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足

（a）根據(jù)抗基坑整體滑動(dòng)失穩(wěn)的穩(wěn)定條件確定入土深度在整體失穩(wěn)時(shí)，坑底被動(dòng)側(cè)達(dá)到被動(dòng)土壓力(假定滑裂面通過墻底)。在求Pa時(shí)，不計(jì)上部土壓力。安全系數(shù)：?jiǎn)螕位蜃钕乱坏罁蜠PaPpLpLa(b)根據(jù)基坑抗隆起的穩(wěn)定條件確定入土深度基坑開挖后，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生隆起失穩(wěn)，取決于地質(zhì)條件、入土深度以及基坑尺寸和形狀等。①計(jì)及墻體極限彎矩的抗隆起方法開挖面以下的墻體能起到幫助基底抵抗基底土體隆起的作用，并假定沿墻體底面滑動(dòng)，認(rèn)為墻體地面以下的滑動(dòng)面為一圓弧。dzO′DAZBCdτ′″zτ″zτ′zαqf=γH+qdαMbE地面荷載q基坑底面H

產(chǎn)生滑動(dòng)的力為土體重量γH及地面超載q。抵抗滑動(dòng)力則為滑動(dòng)面上的土體抗剪強(qiáng)度，對(duì)于非理想粘性土來說，其內(nèi)摩擦角φ≠0，因此在計(jì)算滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度時(shí)應(yīng)采用的τ=σtanφ+c公式，不能只單純考慮(c為粘聚力)。將滑動(dòng)力與抗滑動(dòng)力分別對(duì)圓心O取力矩滑動(dòng)力矩：②同時(shí)考慮基底承載力的抗隆起法

要求Ks≥(1.7~2.5)。qA′BB′DDγ2Dγ1(H+D)+qHτ基坑底③模擬試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)公式

同濟(jì)大學(xué)通過模擬試驗(yàn)建立了基底向上位移δ與荷載q以及地層的c、φ、γ和地下墻的入土深度D與開挖深度H的關(guān)系式：式中D——入土深度(m)；

——基底(允許)向上位移量(cm)；可采用下表中的數(shù)值。

——等代高度(m)，其P為超載(kN/m2)；2.詠1.若3基坑玻支護(hù)克結(jié)構(gòu)園剛度漂計(jì)算支護(hù)離結(jié)構(gòu)鴨剛度院計(jì)算缺是指廁分析穗計(jì)算扮支護(hù)祥結(jié)構(gòu)角的內(nèi)催力，揀使其森滿足養(yǎng)構(gòu)件枝強(qiáng)度茶設(shè)計(jì)湖的要區(qū)求。1、支伍護(hù)結(jié)肆構(gòu)內(nèi)筋力分蔥析方會(huì)法（a）古典甩分析秩法：盛平衡只法、喚等值糾梁法驗(yàn)、塑黎性鉸敬法等舉。它帥的特詢點(diǎn)是禿土壓書力已術(shù)知，梳不考陡慮墻厲體變傲位和核支撐言變形喊。假想鉸位置假想鉸（b）解析法論：解哈析方?jīng)龇ㄊ氢復(fù)ㄟ^權(quán)將擋闖土結(jié)滲構(gòu)分童成有拋限個(gè)回區(qū)間躲，建丸立彈撕性微乓分方魔程，抓根據(jù)封邊界坑條件電和連芝續(xù)條息件求都解結(jié)巡壽構(gòu)內(nèi)誰力和今支承趨軸力閣。常逼見的勞方法刻山肩橡邦男級(jí)法、想彈性痰法和燙彈塑嗎性法稠等。山肩芬邦男浸法有爪如下?lián)魩讞l繼假定貌：a.在粘炒土地奧層中儀，擋報(bào)土結(jié)側(cè)構(gòu)為偽無限舌長(zhǎng)彈倦性體覽；b.擋土裙結(jié)構(gòu)乏背側(cè)旱土壓樂力在錫開挖安面以妥上取認(rèn)為三躁角形坊，在吼開挖躺面以初下取務(wù)為矩襪形(已抵乓消開忍挖面臺(tái)一側(cè)抹的三努角形濕土壓籍力)；c.開挖獄面以潔下土禁的橫意向抵易抗反存力可待分為貢兩個(gè)離區(qū)域梅即高回度為l達(dá)到丈被動(dòng)螺土壓撇力的媽塑性伐區(qū)和叼反力善與擋沖土結(jié)霉構(gòu)變套形形改成直箱線關(guān)捏系的說彈性霧區(qū)；d.橫撐示設(shè)置抄后即眼作為貨不動(dòng)琴支點(diǎn)述；e.下道緣瑞支撐吉設(shè)置法后，融認(rèn)為銅上道茄支撐鬼的軸撕力保兄持不至變且嗓下道慮橫撐踏點(diǎn)以肢上的足擋土船結(jié)構(gòu)顆仍保薪持原蛋來的升位置寫。彈性只法的端基本懇點(diǎn)：a.考慮舞支撐揉的彈燙性變鈴形b.主動(dòng)拐側(cè)的殺土壓冊(cè)力已子知(開挖粱面以掌上為精三角步形分鋒布，責(zé)開挖限面以戒下為遠(yuǎn)矩形剛分布)；c．基撒底下匪被動(dòng)擠土抗兆力，崖符合σ=枕ky拌(扣除訓(xùn)主動(dòng)密側(cè)三亂角形咱土壓欺力后)；d．擋惜土結(jié)劃構(gòu)作埋為有橡限長(zhǎng)語彈性乳體，禍墻底渡可以環(huán)是自律由，敲鉸結(jié)丑，固潛定。彈塑飄性法彈塑匯性法鐮的基義本假羨定：a．同肚彈性巾法；b．主工動(dòng)側(cè)脫土壓愈力有恥兩種沉圖式c．基林底以宋下為稿為兩龍個(gè)區(qū)軌：塑銳性區(qū)(達(dá)到禽被動(dòng)秤土壓抖力)；彈粱性區(qū)(符合發(fā)文克輩爾假恥定)；d．同固彈性閣法。（c）數(shù)碰值分潮析法。早期期的陳古典蜘分析斃方法揮和解本析方昏法由山于在奴理論祝上存柳在局凡限性早而難嫩以滿川足復(fù)處雜基熔坑工香程的出設(shè)計(jì)由要求安，因昨此現(xiàn)炭在應(yīng)爽用較層少。月目前姿常用娘的數(shù)剛值分片析方六法主互要有站平面訓(xùn)彈性宮地基植梁法乏和平逼面連疑續(xù)介野質(zhì)有蝴限元判法。2、平剝面彈握性地謝基梁掘法（a）計(jì)桿算原悅理：尤假定吵圍護(hù)遣結(jié)構(gòu)品為平母面應(yīng)煩變問銜題，呈取單漿位寬督度的飛圍護(hù)蝕結(jié)構(gòu)散作為唐豎向欲放置處的彈顯性地婦基梁厚，支叢撐或序錨桿查簡(jiǎn)化半為彈役簧支暗座，塞基坑里內(nèi)開叛挖面判以下看土體研采用藥彈簧統(tǒng)模擬劑，圍廢護(hù)結(jié)紅構(gòu)外糞側(cè)作矮用已蠅知的緣瑞水壓與力和懂土壓赴力。(b叮)支撐月剛度古計(jì)算KBi=E凱A/嘉SL式中L—水平渾支撐吸的計(jì)童算長(zhǎng)揚(yáng)度S—水平懇支撐屈桿件銷的間灶距(c皇)水平維彈簧文支座房誠剛度陸計(jì)算KH==何kHbh經(jīng)驗(yàn)繼公式披：kH=2宗00挑0N色(k珠N/婦m3)式中N—標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)貫入網(wǎng)擊數(shù)一般它采用m法。模擬倉計(jì)算年考慮木墻體倘變形核、考春慮支暖撐變歇形，爹即采帽用增居量法糟原理犯。2.交1.而4基坑蔽變形愚估算2.堅(jiān)2明挖誘車站悅主體籠結(jié)構(gòu)追計(jì)算2.涌2.拋1荷載亂計(jì)算通及荷殃載組艷合荷載類型荷載名稱荷載計(jì)算及取值永久荷載結(jié)構(gòu)自重按實(shí)際考慮地層壓力豎向壓力按計(jì)算截面以上全部土柱重量計(jì)算水平壓力主、被土壓力按朗金土壓力公式計(jì)算水壓力及浮力按最不利地下水位計(jì)算靜水壓力及全部浮力混凝土收縮及徐變影響力混凝土收縮的影響按降低溫度的方法計(jì)算，對(duì)于整體澆注的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相當(dāng)于降低溫度15℃,對(duì)于分段澆注的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相當(dāng)于降低10℃?；炷列熳兊挠绊懓刺岣邷囟鹊姆椒ㄓ?jì)算側(cè)向地層抗力及地基反力側(cè)向地層抗力及地基反力按結(jié)構(gòu)型式及其在荷載作用下的約束變形、結(jié)構(gòu)與地層剛度、施工方法等情況及土層性質(zhì)，根據(jù)所采用的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算方法加以確定荷載類型荷載名稱荷載計(jì)算及取值可變荷載基本可變荷載地面車輛荷載及其沖擊力地面車輛荷載按20KN/m2的均布荷載并不計(jì)沖擊力的影響地面車輛引起的側(cè)向力按20KN/m2的均布荷載作用于地層上考慮溫度影響力根據(jù)當(dāng)?shù)販囟惹闆r及施工條件所確定的溫度變化值計(jì)算確定偶然荷載人防荷載6級(jí)人防等效靜載地震作用按設(shè)防烈度7度考慮荷載迫組合:荷載種類組合永久荷載可變荷載人防荷載地震荷載基本組合1：永久荷載+ψ基本可變荷載1.351.400標(biāo)準(zhǔn)組合2：永久荷載+基本可變荷載1.01.000偶然組合3：永久荷載+基本可變荷載+人防荷載1.201.00偶然組合4：永久荷載+基本可變荷載+地震荷載1.2001.32.鍬2.勻2結(jié)構(gòu)以計(jì)算1、基挪本假便定明挖塊車站傷一般朝采用廣順作購法修纏建，灘可結(jié)洪構(gòu)視鑰為一同次整塔體受堵力的牛彈性親地基乞上的糧框架午。由鴉于柱隔子延丟縱向鋤不是歐連續(xù)鋼設(shè)置遭的（作即不燃是中牛隔墻收）。賀故在陜建平菠面模響型時(shí)羅要對(duì)勉其進(jìn)謊行等首效處粗理。群有以碎下兩陸種處還理辦宗法：（a）按諷剛度喊等效依，折王算成泡中隔辜?jí)?，慚再取種一延洲米“盆中隔恐墻”蠟進(jìn)行密建模關(guān)。計(jì)版算結(jié)當(dāng)果除征柱子屠所受消軸力價(jià)要反鼠算回拿去外畝，其籃他部發(fā)件均對(duì)為每貧延米橫的受鑰力。（b）延譽(yù)車站鄭縱向娃取中挎柱的牛前后錘各半減跨（4米）稠，結(jié)便構(gòu)的信力學(xué)喬參數(shù)陽、荷錘載均奮按縱宋向8米計(jì)稍算，冶計(jì)算欲結(jié)果揚(yáng)柱子沈即為稿實(shí)際燥受力茫，其姻他部宮件為受每8米的襲受力井，需丙換算刊為每泰延米癥的受潛力進(jìn)潤行配乞筋計(jì)濾算。2、計(jì)揉算模靈型采用棒荷載脊結(jié)構(gòu)渣模型較。主飼體結(jié)效構(gòu)圍村護(hù)樁嫁與內(nèi)粘襯墻候間設(shè)地有防堪水隔結(jié)離層偶，為恢重