淺析地層環(huán)境變化對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

高會(huì)茹

◆摘? 要：地鐵施工工期長、施工難度大，施工中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問題，都會(huì)對(duì)工程施工造成無法彌補(bǔ)的損失。由于地鐵是一種特殊的地下工程，其地質(zhì)條件的改變將會(huì)對(duì)其內(nèi)部的受力產(chǎn)生影響，從而對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生不利的影響，從而避免這種情況的出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到地層環(huán)境的變化。本文以此為基礎(chǔ)，對(duì)不同地層條件下地鐵結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了詳盡的分析，并結(jié)合具體情況，從多個(gè)方面探討了減小這些影響的對(duì)策。

◆關(guān)鍵詞：地層環(huán)境;地鐵結(jié)構(gòu);內(nèi)力

近幾年我國城市化進(jìn)程中，我國的交通運(yùn)輸方式也出現(xiàn)了巨大的變革，特別是在先進(jìn)的地下空間建設(shè)理論與技術(shù)支持下，城市軌道交通建設(shè)的工程數(shù)量不斷增加。同時(shí)，地鐵還具有較低的對(duì)外污染、較強(qiáng)的運(yùn)載能力和較好的空間利用率，深受人們的歡迎。近年來，隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，城市軌道交通的設(shè)計(jì)與施工已趨于平穩(wěn)，但仍有許多問題需要解決，如地質(zhì)條件的改變，會(huì)使地鐵結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力下降，從而導(dǎo)致工程質(zhì)量的下降，甚至?xí)＜暗匠鞘械恼＿\(yùn)營。

一、地層環(huán)境中地鐵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況

由于地層環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性是其最重要的特征，它對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響也是復(fù)雜多變的，難以預(yù)測，需要對(duì)可能造成的地質(zhì)環(huán)境變化的各種因素進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)和分析，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，確保地鐵的安全和正常運(yùn)營。

在進(jìn)行地鐵結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)地層環(huán)境中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，并將其劃分為：1、永久荷載。2、可變荷載，它主要由旅客所產(chǎn)生的荷載、地面車輛所產(chǎn)生的荷載、水平土壓荷載等組成。在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮多種不利載荷，以確保地鐵結(jié)構(gòu)在承受大載荷時(shí)不會(huì)發(fā)生重大損壞，從而確保其運(yùn)行后的安全性。

二、地層環(huán)境發(fā)生變化時(shí)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

（一）地下工程的影響

由于地層環(huán)境的改變，對(duì)地鐵隧道的施工有很大的影響，而在隧道施工中，對(duì)地基進(jìn)行連續(xù)的卸荷是一個(gè)很大的問題，而在這個(gè)過程中，土層的應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化，所以，隧道施工的進(jìn)展可以看作是破壞了土層的生態(tài)平衡。

為探討地鐵工程施工中地下挖掘?qū)Φ罔F結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，本文假定一條隧道穿過地鐵結(jié)構(gòu)，其半徑為7m，垂直于地鐵站的方向，由于隧道的存在，導(dǎo)致車站地基基礎(chǔ)的系數(shù)降低，即使采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，也很難阻止土體的持續(xù)松動(dòng)和下沉，從而對(duì)車站的內(nèi)力造成影響。根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算了結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境變化后，地鐵結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化不大，但上部軸力下降，底板和柱軸力增加，頂板、柱節(jié)點(diǎn)和底板的彎矩都增加，而側(cè)壁的上彎矩和下層的彎矩都在減少。根據(jù)資料分析，認(rèn)為地鐵車站地下開挖時(shí)，基底及立柱的軸力增長幅度較小，而在中部及頂部的交界處，則略有增大，而底板及底板跨則有較大的提高，故在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮提高樓面的強(qiáng)度與變形。

（二）地面工程的影響

一般來說，由于地鐵所處的位置都是在經(jīng)濟(jì)、交通等方面較為發(fā)達(dá)的區(qū)域，所以在靠近地鐵的地方，往往會(huì)出現(xiàn)一些新的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目在施工時(shí)，會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成一定的影響，這將會(huì)對(duì)地鐵的地下施工環(huán)境造成一定的影響。地鐵工程建設(shè)中，地下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力一定會(huì)受到影響，其內(nèi)力的不均勻性表現(xiàn)出極其復(fù)雜的特點(diǎn)。根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)地下工程施工若與地鐵站左方相鄰，則左跨、中板、頂板的軸力增大，而右跨、中板、頂板的軸力增大，而地鐵結(jié)構(gòu)的內(nèi)彎矩增大。總之，當(dāng)?shù)罔F上部有新建的建筑物時(shí)，其內(nèi)力往往會(huì)發(fā)生很大的變動(dòng)，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要在保證結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高每一層的強(qiáng)度，并著重考慮其抗變形性能。

（三）地下水位上升的影響

地下水位的變化也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的受力及承載力產(chǎn)生一定的影響，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意到地下水位的變化。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，地鐵結(jié)構(gòu)會(huì)在地下水位升高的同時(shí)，基板和中板的彎矩會(huì)增大，其承受的軸向作用力也會(huì)隨之增大，從而能夠有效的提高軌道的承載力，以及軌道交通的安全性，有效的避免了地下水位在升高之后對(duì)地鐵所帶來的安全隱患。所以可以看出，地下水位升高對(duì)中板的軸向和彎矩沒有顯著的影響。

三、減少地層環(huán)境對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響的措施

（一）從地下土層角度解決

從地下土壤的觀點(diǎn)來看，對(duì)地鐵進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，必須要針對(duì)于地層的變化能夠?qū)Φ罔F結(jié)構(gòu)所造成的影響充分的進(jìn)行考慮，采取多孔結(jié)構(gòu)的計(jì)算，選擇出其中最不利于地鐵結(jié)構(gòu)的孔來進(jìn)行加固，若地層中是軟土，則需要對(duì)其組成以及數(shù)量進(jìn)行計(jì)算分析，并采取相應(yīng)措施。此外，應(yīng)檢查結(jié)構(gòu)的承載力，若不滿足要求，應(yīng)立即更換或加強(qiáng)土體。

（二）從地下水位角度解決

首先，我們要在地鐵工程原有的基礎(chǔ)上，要對(duì)地下水及時(shí)的采取適當(dāng)?shù)闹顾胧?，比如說，利用攪拌樁和地連墻等措施，同時(shí)還可以利用降水井對(duì)基坑進(jìn)行人工排水，或者在基坑的頂部設(shè)置一個(gè)防水墻。

其次，應(yīng)檢查地鐵結(jié)構(gòu)的抗浮性能，避免因當(dāng)?shù)叵滤簧叨鴮?dǎo)致結(jié)構(gòu)上浮;第三，地鐵要做好防水設(shè)計(jì)，避免在地下水位過高時(shí)向地鐵站滲透。在具體的施工中，可以選用防水混凝土，并在地鐵站外側(cè)建造全封閉防水層，并對(duì)關(guān)鍵部位、特別節(jié)點(diǎn)進(jìn)行防水設(shè)計(jì)。在地鐵站內(nèi)應(yīng)安裝適當(dāng)?shù)募幚碓O(shè)備，以應(yīng)對(duì)地下水位的突發(fā)事件。

（三）施工與設(shè)計(jì)相結(jié)合

最后，在地鐵工程進(jìn)入施工階段后，要對(duì)工程實(shí)施全程監(jiān)控，及時(shí)跟蹤施工進(jìn)度。在工程建設(shè)中，若發(fā)現(xiàn)工程與設(shè)計(jì)方案不符，或工程地質(zhì)條件不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)立即向施工單位報(bào)告。

四、結(jié)語

本文認(rèn)為，地鐵的受力結(jié)構(gòu)是一個(gè)比較復(fù)雜的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，本文的研究結(jié)果表明：隨著地層條件的改變，地鐵結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也會(huì)隨之發(fā)生變化。今后，為確保地鐵建設(shè)的質(zhì)量與安全，必須根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，運(yùn)用科學(xué)、嚴(yán)密的方法，對(duì)具體的變化進(jìn)行詳細(xì)的分析，并采取相應(yīng)的減輕措施，使地鐵的安全運(yùn)行得到最大的保障。

參考文獻(xiàn)

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