斷面形式對PBA逆筑法所修地鐵車站主體結構受力的影響論文
1 引言
淺 埋 暗 挖 洞 樁 法(Pile-Beam-Archmethod，簡稱“PBA 工法”)是我國工程師于1992年首次提出的一種地鐵車站施工方法，該方法是在傳統地下工程施工技術的基礎上，把地面建筑的施工理念引入到地下工程中，通過小導洞、鉆孔樁、扣拱等成熟技術的有機結合，從而形成的一種施工方法。
我國采用 PBA 工法已修建或建設中的地鐵車站的斷面形式一般分為單跨或雙跨形式，其區(qū)別是在開挖斷面跨中部位設頂縱梁、結構中柱及底縱梁以構成縱向“簡支梁”結構體系作為拱部的支座;單跨車站隧道可獲得寬敞的空間和宏偉的建筑效果，但是其相應的施工難度比雙跨車站大。本文嘗試應用數值計算手段，對上述兩種均采用 PBA 工法修筑而斷面形式不同的車站主體結構受力進行比較分析，為今后地鐵車站的設計提供一定的理論依據。
2 數值模擬方法
2.1 車站斷面設計
單跨及雙跨車站的主體結構均分為上下兩層，上層為拱形，下層為矩形，拱部結構形式為復合式襯砌，側墻采用變樁及內襯墻間夾柔性防水層的重合墻結構。其中站廳層凈空為 7.76m×18.6m，站臺層凈空為7.19m×18.6m，拱部采用 φ42 超前小導管注漿加固地層，格柵拱架、噴射混凝土作初期支護，二次襯砌用 C40、P10 模筑鋼筋混凝土。
2.2 計算模型
本文計算采用平面彈性有限元法進行計算，其中模型邊界的計算范圍為橫向兩端各取2 倍跨徑，總共寬 100m;豎直方向車站底部向下取 1 倍車站高度，拱頂以上取至原地面線，模型高 44m。
3 數值模擬結果分析
提取兩種結構形式的拱部及側墻外輪廓線、內輪廓線的節(jié)點力，通過專業(yè)數據處理軟件 MATLAB 繪制曲線進行比較分析，其中所繪拱部曲線的橫坐標為節(jié)點到車站中線距離，側墻曲線的橫坐標為節(jié)點到拱頂所在水平線的距離。
不同車站斷面形式拱部二襯外側、內側最大拉應力，從圖可以看出不同車站斷面形式的拱部二襯外側最大拉應力值基本在1MPa 以內，相應地最大拉應力差值也較小;而單拱與雙拱車站的拱部二襯外側最大拉應力的變化規(guī)律在距車站中線 6m 以外的部位基本趨于相似。不同車站斷面形式的拱部二襯內側最大拉應力差值在距車站中線 0~4m 的'部位較大，為 4MPa 以上，其中，單跨車站的拱部二襯內側最大拉應力值在此部位為 4~5MPa，遠遠超過混凝土極限抗拉強度;而兩種車站斷面的拱部二襯內側最大拉應力值及變化規(guī)律在距車站中線 7m 以外的部位均較為相近。
綜上所述，車站斷面形式對拱部內側受拉的影響程度遠大于拱部外側，其中在車站中線附近 2/5 整體跨度的范圍內，單跨車站的拱部內側最大拉應力遠遠大于雙跨車站拱部內側最大拉應力;愈靠近拱腳，兩種斷面的拱部最大拉應力差值及變化規(guī)律越接近，即斷面形式的改變對車站拱部二襯的影響愈小。
4 結語
4.1 PBA 逆筑法修筑的車站斷面形式不同對拱部內側受拉的影響程度遠大于拱部外側，其中在車站中線附近 2/5 整體跨度的范圍內，單跨車站的拱部內側最大拉應力遠遠大于雙跨車站拱部內側最大拉應力;愈靠近拱腳，斷面形式的改變對車站拱部二襯的影響愈小。所以在設計時須采用單跨斷面時，應加強車站中線附近區(qū)域拱部內側的配筋。
4.2PBA 逆筑法修筑的車站斷面形式不同對拱部外側受壓的影響與拱部內側不同，拱部外側主要是車站中線部位受影響較顯著，而內側拱腰、拱腳受影響較大;兩種結構的拱部外側最大壓應力變化規(guī)律在拱腰、拱腳部位整體形似，而拱部內側最大壓應力的變化規(guī)律則沿整個拱部結構相似。另外，斷面形式不同對于拱部受拉的影響程度要顯著地大于拱部受壓。
4.3 PBA 逆筑法修筑的車站斷面形式不同對于側墻的受拉、受壓影響較小，在一定程度上可以忽略斷面形式改變所帶來的影響。
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