地下工程電梯豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計計算分析

夏楊

摘 要 深埋式地下通道設(shè)計，連接城市軌道車站出入口人行地下連通道，并同時滿足平戰(zhàn)結(jié)合的人民防空要求。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)豎井設(shè)計;計算分析;平戰(zhàn)結(jié)合

1工程概況

工程位于重慶渝中區(qū)下曾家?guī)r輕軌車站與人民廣場之間，南接三峽博物館地下人防工程，人防主通道為8～12m寬三心圓曲拱隧道，中間用電梯豎井升至高差26m室外地面，作為其中一個出入口。豎井平面為單豎井兩分隔斷面型式，由兩個3.6m×3.6m（電梯井）+1.5m×3.6m（應急工作井）組成，井壁厚0.3m，設(shè)計斷面形式為9.9m×4.0m矩形。井體結(jié)構(gòu)為復合式襯砌，施工采取逆作法從上向下鉆爆開挖，錨、網(wǎng)、噴聯(lián)合模筑混凝土初期支護;二次襯砌從下向上現(xiàn)澆鋼筋混凝土澆筑[1]。

2工程水文地質(zhì)條件

場地地面位于渝中區(qū)中山四路，處于丘陵斜坡，屬丘陵剝蝕地貌，后經(jīng)人工改造。場內(nèi)地勢西北低，東南高，高程231～241m。構(gòu)造部位位于龍王洞背斜末端，巖層呈單斜狀產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀：傾向180°，傾角6°。通過地面地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭露可知，場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層、巖體構(gòu)造節(jié)理（裂隙）不發(fā)育，場地內(nèi)砂巖中有以下兩組構(gòu)造裂隙存在，且裂隙均為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合一般。場地內(nèi)發(fā)育有第四系全新統(tǒng)的雜填土、覆土下臥侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組的砂巖、砂質(zhì)泥巖。砂巖：灰白色～紅褐色，細～中粒結(jié)構(gòu)，巨厚層狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，主要礦物成分為：石英、長石及云母。巖石呈中等風化狀，巖質(zhì)較硬，巖體裂隙較發(fā)育，完整性較好，呈塊狀～層狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈柱狀、長柱狀，廣泛分布于整個場內(nèi)。根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度來確定巖體基本質(zhì)量的定性特征：場地內(nèi)砂巖為較硬巖，巖體較完整，其巖體基本質(zhì)量分級為Ⅴ級。砂質(zhì)泥巖（J2S）紫紅色，泥質(zhì)～粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，厚層狀構(gòu)造，夾砂巖透鏡體，主要礦物成分為粘土質(zhì)礦物。中等風化巖石巖體裂隙較發(fā)育，完整性較好，呈塊狀～厚層狀結(jié)構(gòu)，為本場地的主要巖層。區(qū)內(nèi)地下水類型主要分為松散層孔隙水和基巖風化裂隙水，補給源主要為大氣降水，水量大小與降水因素關(guān)系密切，變化較大[2]。

3設(shè)計標準及主要參數(shù)

3.1 設(shè)計標準

結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年;建筑結(jié)構(gòu)安全等級一級;結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)均為1.1。

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

豎井穿過Ⅳ、Ⅴ級圍巖地區(qū)，設(shè)計遵循“安全、經(jīng)濟、合理”的原則。在遵守相關(guān)設(shè)計規(guī)范的同時，以工程類比法為主進行設(shè)計，設(shè)計結(jié)果采用有限元程序分析驗算，確保安全經(jīng)濟。結(jié)構(gòu)支護參數(shù)見表1，豎井外傾結(jié)構(gòu)面物理力學參數(shù)見表2。

4結(jié)構(gòu)計算

豎井結(jié)構(gòu)計算均采用MIDAS/GTS V.201有限元分析軟件，初期支護按地層結(jié)構(gòu)法進行計算，二次襯砌按荷載結(jié)構(gòu)法求解。

4.1 側(cè)向巖石壓力計算

豎井存在外傾硬性結(jié)構(gòu)面，需分別以沿外傾硬性結(jié)構(gòu)面滑動和巖質(zhì)邊坡錨桿擋墻計算側(cè)向巖石壓力，取兩種結(jié)果中的較大值。

4.2 外傾結(jié)構(gòu)面主動巖石壓力

對沿外傾結(jié)構(gòu)面滑動工況，其主動巖石壓力合力標準值可按下式計算：

式中，

;? ;

——外傾結(jié)構(gòu)面傾角（°）;

——外傾結(jié)構(gòu)面黏聚力（kPa）;

——外傾結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角（°）;

——巖石與結(jié)構(gòu)接觸面的摩擦角（°）。

豎井上部6.8m為素填土，下部19.2m為中風化砂巖。將素填土重量折算成地表均布荷載Q置于19.2m巖石坡頂，側(cè)向巖石壓力計算結(jié)果見表3。

4.3 巖質(zhì)邊坡錨桿擋墻主動巖石壓力

對于巖質(zhì)邊坡，當采用多層錨桿擋墻時，側(cè)壓力分布可近似按圖1確定。

圖中，

——側(cè)向巖土壓力水平分力標準值（kN/m2）;

——側(cè)向巖土壓力合力水平分力標準值（kN/m2）;

——擋墻高度（m）;

靜止巖石壓力標準值按? 計算，式中。根據(jù)地勘資料，中風化砂巖泊松比=0.09，=0.099。=（25.3×19.2+136）×0.099=61.6 kN/m2。

側(cè)向巖石壓力計算結(jié)果見表4。

4.4 豎井初期支護計算

依據(jù)平面應變理論，采用有限元軟件Midas GTS對電梯豎井進行分析。豎井四周均考慮20m圍巖，并限制外側(cè)節(jié)點平面內(nèi)位移。以嵌入式桁架單元模擬錨桿，梁單元模擬噴射混凝土襯砌。豎井橫截面作用全周水平荷載設(shè)計值56.62kN/m，由于錨桿作用、圍巖為中風化砂質(zhì)泥巖等影響，豎井井壁計算位移普遍較小，平面內(nèi)最大位移為0.8mm。錨桿計算所受最大拉力為8kN。由于影響噴錨襯砌設(shè)計的因素較多，計算方法不統(tǒng)一，主要根據(jù)工程類比法確定支護參數(shù)。豎井初期支護結(jié)構(gòu)能滿足施工期間的使用要求。

4.5 井壁二襯內(nèi)力計算

截取1延米高度豎井分析，采用平面梁單元模擬豎井井壁，為模擬地層反力，施加僅受壓全周彈簧，彈簧剛度系數(shù)K=200000kPa/m。

4.6 計算結(jié)果

5結(jié)束語

本工程充分考慮運營、土建、維護的綜合因素，其主體結(jié)構(gòu)、人防、消防經(jīng)過正式驗收，并投入使用。工程整體效果好，社會效益明顯，對帶動周邊環(huán)境的發(fā)展有促進作用。

參考文獻

[1] 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB50330-2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 公路隧道設(shè)計規(guī)范第一層土建工程：JTG33701.-2018[S].北京：人民交通出版社，2018.