摘要：地层环境的改动会导致地铁结构内力发生改动，进而会对地铁结构发生影响，应加以重视。同时，城市环境极为多变、杂乱，因而地层环境改动对于浅埋地铁车站结构受力会必然产生影响。文章主要分析了地层环境改动并分析其对地铁结构内力的影响，同时给出了这两种条件下，其地铁结构的受力特点。
关键词：地层环境；地铁结构；内力；设计
1地层环境下地铁结构内力情况
在地铁结构的设计中，首先考虑的即是现阶段地层环境下地铁结构的内力状况，再考虑结构下方将建工程、地上周边新兴建筑等改动对地铁结构的影响。以某地铁站为例，该地铁站台为岛式站台，双层三跨钢混框架结构，施工方法为明挖顺作法，车站的顶部掩盖3.2m土层，地下水位深埋8.8m。地铁车站地质分层为：填土层、粉粘土层、细沙层、圆砾层及粉土层。前三层为车站主体所在土层。选取1延米车站结构，按照运行期间的的荷载组合来进行结构内力核算，荷载包括：永久荷载，主要是结构自重及地层压力；可变荷载，包含楼板人群荷载，地上车辆荷载及导致的侧向土压力，对地震、人防两个荷载可不考虑。在设计中，应选择最不利荷载组合，如此才可确保车站结构在最大应力下而不会受到破坏，且可确保地铁工程施工和运行的安全。
2地层环境变化对地铁结构设计的影响分析
2.1地下将建工程的影响
地下工程的施工是周边土层持续卸载的一个进程，也是周边土层地应力场的平衡状况被打破再从头构建和分布的进程。在土层开挖时可能会导致地层环境呈现改动，比如：土层应力状况改动、岩层爆破振荡、岩层形状改动等。假定地铁结构底板使用弹性地基梁，选用文克尔地基模型进行分析。对其地基应力和沉降间的联系，按照假定，地基提供给梁的反力为：
P（x）=-kω
式中，ω是该点挠度；k是弹性地基系数；单位为kN/m3，即地基沉降一单位深度所要施加的应力。为了解地下新建工程对地铁结构计划的影响，可假定地铁结构底板下方约4m处需新建筑一地道，该工程的开挖半径定为7m，和地铁车站正向相交，依据这些状况对地下工程建造对地铁结构计划的影响进行分析。在地道开挖中，会形成地层一定程度的卸载，进而使地铁结构的底板下端土层地基系数减小，即使设支护，土层仍会松动。经过减小地层刚度可模仿该种状况，再对地铁结构内力进行核算。详细成果如下：
（1）轴力：底板轴力变大2.4kN；中、顶板则别离减小1kN和1.4kN；而水平向轴力增减和则是0。中板上、下两边侧墙轴力别离减小1.8kN、2.2 kN；而柱两侧轴力增大相应，两部分的增减轴力为0。可知，在既定条件前提下，水平、竖直两向轴力和与计划是保持一致的。简言之，地铁的结构构件轴力改动起伏应在1%以下。
（2）弯矩：结构的顶板弯矩在A、D两点减小1.1%，而B、C两点提高1.1%，跨中最大弯矩在中跨处减小1.7%，边跨增大0.1%；结构中板弯矩在E、H两点减小1.5%，在F、G两点增大1.6%；跨中最大弯矩在中跨处减小2%，边跨增大1.5%；底板最大弯矩在I、L、J、K均增大1.5%，中、边跨跨中最大弯矩增大2.9%、3.2%；侧墙弯矩则在下端显着增大，而在上端有所减小。从成果能够知道，地铁结构的内力在分布上无显着改动；顶、中板及侧墙轴力有所减小，而底板、柱轴力变大；顶、中板及柱节点弯矩变大，其它部位减小；底板弯矩有必定的增大，侧墙上侧弯矩减小，下部变大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由此看出，在既有地铁车站下方进行新地道施工，柱、底板轴力增幅通常在1%以下，中、顶板在内侧节点和相邻处弯矩增幅在1.6%以下；底板弯矩增幅在3.2%以内；底板跨中弯矩增幅较大，而轴力改动较小。所以，在计划时有必要考虑到结构底板内力可能发生改动，恰当提高底板的抗变形力。
2.2地面将建工程的影响
因地铁车站一般建于城市相对发达区域，车站结构周边可能新建其他建筑，这就会导致地层应力场发生改动。假定该车站结构左面6m处拟建一大型建筑物，基底埋深6m、宽20m。设基底应力是0.2MPa。依据地上建筑物基地应力对地下工程结构影响有这两种状况：一是地下工程结构处在地上建筑物基底应力影响之下；二是地下工程结构未在地上建筑物基底应力分散范围内，应力分散不会发生影响。经过核算，在拟定条件下本地铁站为前种状况。因地铁站结构埋设的较浅，分散角通常是45°，而地上建筑物对车站侧墙上发生附加竖、侧两向应力别离为
σ1=q1Xb0/（b0+2b1）、λσ1。
从成果看出，左面地层的新建筑物会发生较大影响，详细如下：
（1）轴力：顶板水平向轴力呈自右减左增改动，详细为顶板轴力在左、右跨变大6.9%、13.9%，而于中跨处减小2.4%；中板轴力左面增幅要比右边大，左、右及中跨轴力别离增大18.7%、1.9%、10.3%；底板轴力左面增幅大于右边，左、右及中轴力别离变大13.6%、8.1%、10.8%。左面墙轴力竖直向增幅在1.6%以内，右侧减幅在一样范围内；左、右柱轴力增、减幅均在1%以内；竖向遍地增减轴力和为0。
（2）弯矩：顶板弯矩呈右半部降低、左半部上移改动，顶板弯矩及左跨跨中最大弯矩在A点别离增大11%、减小9%，和中跨跨中最大弯矩在B点别离增大1.5%、1.3%，和右跨跨中最大弯矩在C点别离减小3.3%、增大9.5%，在D点减小10.1%，和左跨跨中最大弯矩在E点增大21%、减小31.6%，和中跨跨中最大弯矩在F点减小9.7%、增大3.2%，和右跨跨中最大弯矩在G点别离增大4.4%、22%，在H点增大5.4%；底板弯矩则表现为右半部降低、左半部上移的改动，底板弯矩和右跨跨中最大弯矩在I点别离增大9%、减小10.2%，和中跨跨中最大弯矩在J点处别离减小5.3%、增大1.1%，和右跨跨中最大弯矩在K点别离增大5%、减小10.2%，在L点增大9.1%；上、下侧墙E端弯矩别离增大67%、39.6%，左面墙弯矩在中部增大显着，右侧墙弯矩表现为下增、上减改动，且在L点增大9.1%。能够看出，在地上新投建建筑时，地铁结构内力改动大而杂乱。所以，在计划中，需在满足地铁结构根本受力前提下，恰当增大各层板强度，尤其是顶、底板。
结束语
综上，地层环境是在多种要素的归纳作用下发生改动的，因而地铁结构受力较杂乱，在分析地层环境改动对其发生的影响时，应具体问题具体分析，经过分析核算断定详细的改动特征。作者从地下工程开挖和新建地上建筑两个方面动身，分析了其对地铁结构设计的影响，研究表明，当地铁结构下方存在地道开挖行为或在其一侧兴建建筑工程时，均应重新对地铁结构受力进行评价。因而，在地铁结构设计时，应将可能导致地层改动的要素考虑其中，以此来优化设计，进而保证地铁结构的安全。
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论文作者:张英杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/28
标签：弯矩论文; 结构论文; 地铁论文; 地层论文; 底板论文; 土层论文; 应力论文; 《基层建设》2017年第28期论文;