1、 第第1節(jié)節(jié) 地下工程的受力特點(diǎn)與內(nèi)力計(jì)算模型地下工程的受力特點(diǎn)與內(nèi)力計(jì)算模型 1、地下工程的受力有以下特點(diǎn)：（1）除了承受使用荷載，如設(shè)備重量、隧道中行駛車(chē)輛的重量等以外，地下工程結(jié)構(gòu)還要承受周?chē)鷰r土體和地下水的作用，而且后者往往構(gòu)成地下鐵道結(jié)構(gòu)的主要荷載。（2）地下工程結(jié)構(gòu)的荷載與眾多的、隨機(jī)性和時(shí)空效應(yīng)明顯的、往往難以量化的自然和工程因素有關(guān)；因此，現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)圍巖與結(jié)構(gòu)的性狀對(duì)于及時(shí)、合理地調(diào)整設(shè)計(jì)與施工往往是至關(guān)重要的。（3）地下工程結(jié)構(gòu)的圍巖既是荷載的來(lái)源，又與結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成承載體系的一部分；地 層 反 力 + 彈 性 抗 力地 層 彈 性 抗 力豎 向 地 層 主 動(dòng) 壓 力脫 離 區(qū)

2、側(cè)向地層主動(dòng)壓力變 形 后 的 結(jié) 構(gòu) 軸 線(xiàn)2、計(jì)算模型（1）荷載結(jié)構(gòu)模型基本概念是洞室圍巖已經(jīng)發(fā)生松弛或坍落，結(jié)構(gòu)只是被動(dòng)地承受地層松動(dòng)所帶來(lái)的荷載；結(jié)構(gòu)內(nèi)力（和變形）按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算；被動(dòng)地層反力是結(jié)構(gòu)與地層相互作用的唯一反映；計(jì)算的關(guān)鍵在于確定地層荷載。荷載結(jié)構(gòu)模型是規(guī)范推薦的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模型。1）主動(dòng)荷載模型：不考慮結(jié)構(gòu)和地層的共同作用，除了在結(jié)構(gòu)底部受地層約束外，其它部分在主動(dòng)荷載作用下可以自由變形，這種模型適用于結(jié)構(gòu)與地層“剛度比”較大的情況，較弱的地層沒(méi)有能力去限制襯砌結(jié)構(gòu)的變形；2）主動(dòng)荷載加地層彈性約束模型 地層不僅對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)施加主動(dòng)荷載而且由于結(jié)構(gòu)與地層的共同作用，還要

3、對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)施加被動(dòng)彈性抗力。（2）地層結(jié)構(gòu)模型 基本概念是圍巖與結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成承載體系，荷載來(lái)自地層的初始應(yīng)力和施工所引起的應(yīng)力釋放；結(jié)構(gòu)內(nèi)力與地層重分布應(yīng)力一起按連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法計(jì)算（如彈塑性力學(xué)的有限單元法）；地層與結(jié)構(gòu)的相互作用以變形協(xié)調(diào)條件來(lái)體現(xiàn)；計(jì)算的關(guān)鍵在于確定圍巖的應(yīng)力釋放和地層結(jié)構(gòu)的相互作用。荷載結(jié)構(gòu)模型的概念清晰、計(jì)算過(guò)程明確，是目前最常用的、也是地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的地下鐵道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模型。地層結(jié)構(gòu)模型雖然在概念和理論上比荷載結(jié)構(gòu)模型更合理、更靈活，但由于圍巖應(yīng)力釋放和地層結(jié)構(gòu)相互作用很難準(zhǔn)確有效地模擬、且計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，目前應(yīng)用范圍有限，目前常用作比選施工方案、分析開(kāi)挖

4、環(huán)境影響等工作的一種輔助工具。第第2節(jié)節(jié) 地下結(jié)構(gòu)的荷載類(lèi)型及荷載計(jì)算地下結(jié)構(gòu)的荷載類(lèi)型及荷載計(jì)算一、荷載類(lèi)型：采用荷載結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行地下工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算時(shí)，需要計(jì)算地下鐵道結(jié)構(gòu)受到的各種荷載的大小和按照一定標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行荷載組合。按荷載作用的時(shí)間特征劃分，地下鐵道結(jié)構(gòu)的荷載可以分成以下三類(lèi)：1）永久荷載，又稱(chēng)恒載，是地下結(jié)構(gòu)承受的主要靜力荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)其量值不隨時(shí)間變化，一般主要包括結(jié)構(gòu)自重、地層壓力、地下水壓力、地層反力和彈性抗力等。2）可變荷載，一般主要包括使用活載（如交通隧道的運(yùn)營(yíng)活載）、活載產(chǎn)生的土壓力、溫度應(yīng)力等，3）偶然荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大且作用時(shí)

5、間很短，如落石沖擊力、地震力等。荷載組合分為基本組合和一些特殊組合，前者僅計(jì)入主要荷載（永久荷載+某些經(jīng)常作用的可變荷載），而特殊組合則考慮主要荷載和某些不經(jīng)常作用的可變荷載及偶然荷載的共同作用。二、荷載計(jì)算1、彈性抗力所謂彈性抗力就是指由于支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生向圍巖方向的變形而引起的被動(dòng)圍巖的抵抗力。用Winkler的局部變形理論來(lái)解釋。該理論認(rèn)為圍巖的彈性抗力與圍巖在該點(diǎn)的變形成正比。=K溫式假定相當(dāng)于圍巖簡(jiǎn)化為一系列彼此獨(dú)立的彈簧，某一彈簧受到壓縮時(shí)所產(chǎn)生的反作用力只與該彈簧有關(guān)，而與其它彈簧無(wú)關(guān)。這個(gè)假定雖然與實(shí)際情況不符，但是簡(jiǎn)單明了，能夠滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)所需要的精度。彈性抗力的大小取決于支護(hù)結(jié)

6、構(gòu)的變形，而支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形又和彈性抗力有關(guān)，這是一個(gè)非線(xiàn)性的問(wèn)題，一般采用“彈性地基梁理論”或者用彈性支承代替彈性抗力。于是支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析問(wèn)題就成了通常的超靜定結(jié)構(gòu)的求解。 (a)iiR1kiR為 地 層 的 極 限 承 載 力iii (b)溫克爾彈簧可以有幾種基本布置方式：沿結(jié)構(gòu)軸線(xiàn)的法線(xiàn)方向布置可以模擬地層對(duì)結(jié)構(gòu)的法向彈性約束，沿結(jié)構(gòu)軸線(xiàn)方向布置可以模擬地層的切向彈性約束（摩擦阻力），還可以布置成約束轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)狀彈簧。這些基本溫克爾彈簧可以組合模擬地層對(duì)結(jié)構(gòu)的各種彈性約束作用。(a )(b)(c)(d)圖：彈性支撐方向的選擇（i）法向和切向，（ii）法向，（iii）法向加上摩擦力影響，（

7、iv）簡(jiǎn)化成水平方向2、地層壓力（1）如何計(jì)算：地層壓力是否就等于上覆地層的重量。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖的松動(dòng)壓力總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆蓋地層自重所造成的壓力。這可以用圍巖的“成拱作用”來(lái)解釋。四個(gè)階段：1）變形階段：隧道開(kāi)挖后，在圍巖應(yīng)力重分布的過(guò)程中，頂板開(kāi)始沉陷，并出現(xiàn)拉裂紋。2）松動(dòng)階段：頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展，并且張開(kāi)，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤八蓜?dòng)”。3）塌落階段：頂板巖體逐漸塌落4）成拱階段。頂板巖體塌落停止，達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，在隧道上方，塌落的巖體形成一個(gè)“拱形”。稱(chēng)之為“塌落拱”或“天然拱”。天然拱范圍內(nèi)的巖體重量就是作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上圍巖松動(dòng)壓力的來(lái)源。（2）天然拱范圍的影響

8、因素：1）圍巖地質(zhì)條件；2）支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)的時(shí)間；3）支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度；4）支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的接觸狀態(tài)；5）隧道的形狀、大小和尺寸；6）隧道的埋深；7）施工方法。（3）天然拱高度的確定確定了天然拱的高度，也就得出了圍巖壓力。以天然拱的范圍為參照，兼顧天然拱以外巖體的某個(gè)變形范圍，可以把地下鐵道結(jié)構(gòu)劃分為深埋與淺埋兩種類(lèi)型，分別計(jì)算主動(dòng)地層壓力。用表示天然拱的高度,表示地下鐵道結(jié)構(gòu)的埋深，原則上可以把的洞室定義為深埋，否則定義為淺埋；系數(shù)反映的是天然拱內(nèi)外巖體的坍落與變形范圍。一般取（圍巖愈軟弱，愈宜取大值）。1）深埋隧道：方法之一：經(jīng)驗(yàn)公式法即鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10003-2001）所推薦的方法

9、其中，為圍巖的重度（KN/m3）；S為圍巖的級(jí)別；B為洞室的跨度，當(dāng)B1.05，滿(mǎn)足抗浮要求。第9節(jié)關(guān)于地鐵結(jié)構(gòu)計(jì)算若干問(wèn)題的探討1、關(guān)于荷載種類(lèi)：地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范給出了作用在地下結(jié)構(gòu)上的荷載分類(lèi)表，對(duì)于部分永久荷載、可變荷載、偶然荷載均作了具體規(guī)定，其它荷載如：列車(chē)的制動(dòng)力、混凝土收縮、溫度應(yīng)力等未作具體規(guī)定。很多車(chē)站在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中說(shuō)明中雖然列了這些荷載，卻沒(méi)有給出相應(yīng)的計(jì)算方法，或雖然列出了這些荷載，卻根本沒(méi)有參與計(jì)算。這些荷載的考慮確實(shí)復(fù)雜，例如溫度應(yīng)力、混凝土收縮等不但與混凝土材料、拆模時(shí)機(jī)有關(guān)，而且與模板的材料有關(guān)。地鐵結(jié)構(gòu)荷載分類(lèi)表荷載類(lèi)型荷載名稱(chēng)永久荷載結(jié)構(gòu)自重地層壓力結(jié)構(gòu)上部以及受施

10、工影響范圍內(nèi)的設(shè)施及建筑物壓力水壓力及浮力混凝土收縮及徐變影響設(shè)備重量可變荷載基本可變荷載地面車(chē)輛荷載及其動(dòng)力作用地面車(chē)輛荷載引起的側(cè)向土壓力地鐵車(chē)輛荷載及其動(dòng)力作用人群荷載其它可變荷載溫度變化影響施工荷載偶然荷載地震荷載人防荷載1設(shè)計(jì)中要求考慮的其它荷載，可根據(jù)其性質(zhì)分別列入上述三類(lèi)荷載中；2施工荷載包括：設(shè)備運(yùn)輸及吊裝荷載，施工機(jī)具及人群荷載，施工堆載，相鄰施工的影響等荷載；3表中所列荷載未加說(shuō)明者，可根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)范或根據(jù)實(shí)際情況確定。2、荷載組合與檢算內(nèi)容、荷載組合與檢算內(nèi)容地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB501572003）規(guī)定，地下結(jié)構(gòu)應(yīng)就其施工和正常使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，

11、尚應(yīng)進(jìn)行抗裂驗(yàn)算或裂縫寬度驗(yàn)算。當(dāng)計(jì)入地震荷載或其它偶然荷載作用時(shí)，不需要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。應(yīng)包括但不限于以下幾種組合：1）基本組合構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算；2）短期效應(yīng)組合構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算；3）短期效應(yīng)組合構(gòu)件變形計(jì)算；4）抗震荷載作用下構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算；5）人防荷載作用下構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算；6）構(gòu)件抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。3、地層壓力計(jì)算方法的研究、地層壓力計(jì)算方法的研究地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：“地層壓力應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)所處工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、埋置深度、結(jié)構(gòu)型式及其工作條件、施工方法及相鄰近隧道間距等因素、結(jié)合已有的試驗(yàn)、測(cè)試和研究資料，按有關(guān)工程計(jì)算或依工程類(lèi)比確定”。同時(shí)在條文說(shuō)明中解釋?zhuān)禾钔了淼兰皽\埋暗挖隧道一般按計(jì)算截

12、面以上全部土柱重量考慮；深埋暗挖隧道按泰沙基公式、普式公式或其它經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。（1）豎向地層壓力1）地鐵區(qū)間隧道：淺埋隧道按全土柱重量計(jì)算；當(dāng)埋深大于2-2.5倍隧道跨度，泰沙基公式、普式公式或其它經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；2）地鐵車(chē)站：埋深一般遠(yuǎn)小于車(chē)站跨度，車(chē)站主體承受的豎向地層壓力按全土柱重量計(jì)算。（2）側(cè)向地層壓力）側(cè)向地層壓力1）根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的工況，分別按主動(dòng)土壓力，靜止土壓力或被動(dòng)土壓力計(jì)算；2）施工階段的側(cè)向地層壓力按主動(dòng)土壓力考慮，使用階段初期的側(cè)向地層壓力按主動(dòng)土壓力計(jì)算；正常使用階段的側(cè)向地層壓力按靜止土壓力計(jì)算；3）暗挖車(chē)站主體結(jié)構(gòu)的埋深一般小于跨度，側(cè)向地層壓力應(yīng)按水平梯形壓力計(jì)算

13、；4）車(chē)站采用暗挖法施工的附屬工程（風(fēng)道、出入口）的側(cè)向地層壓力應(yīng)根據(jù)埋深、隧道跨度等特征，按水平均布?jí)毫蛩教菪螇毫τ?jì)算。4、地鐵車(chē)站的抗震等級(jí)確定以及地震荷載的計(jì)算方法、地鐵車(chē)站的抗震等級(jí)確定以及地震荷載的計(jì)算方法（1）地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求：當(dāng)計(jì)入地震荷載或其它偶然荷載作用時(shí)，不需要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。但是地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有明確規(guī)定抗震等級(jí)確定的標(biāo)準(zhǔn)。例如關(guān)于車(chē)站結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，有的車(chē)站取為三級(jí)抗震；有的車(chē)站取為二級(jí)抗震。（2）地震荷載如何計(jì)算地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求在設(shè)計(jì)地震區(qū)的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)防要求、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)類(lèi)型和埋深等因素選用能較好反映其地震工作性狀的分析方法。采用擬靜力法計(jì)算的結(jié)果是：在

14、多數(shù)情況下地震荷載不控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此地震荷載采用擬靜力法計(jì)算是否合理。國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者將地震荷載按動(dòng)荷載考慮，研究成果表明：地震荷載對(duì)車(chē)站中柱的影響非常明顯。另外，地震荷載下中柱彎矩最大值出現(xiàn)在中柱的上下兩端。圖1：中柱靜力軸力和動(dòng)力軸力圖2：中柱靜力彎矩和動(dòng)力彎矩5、關(guān)于其它荷載的計(jì)算：、關(guān)于其它荷載的計(jì)算：（1）地面車(chē)輛荷載引起的附加壓力按以下規(guī)定計(jì)算）地面車(chē)輛荷載引起的附加壓力按以下規(guī)定計(jì)算1）地面車(chē)輛荷載按20kPa的均布荷載取值，并不計(jì)沖擊壓力的影響；2）當(dāng)?shù)罔F埋深超過(guò)5m時(shí)，可忽略地面超載的作用；3）當(dāng)?shù)罔F埋深小于5m時(shí)，應(yīng)地面車(chē)輛荷載傳遞到地下結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力。（2）其它荷載的計(jì)算

15、）其它荷載的計(jì)算1）設(shè)備區(qū)樓面荷載：一般按8kPa計(jì)算，超過(guò)8kPa按設(shè)備實(shí)際重量及其運(yùn)輸路線(xiàn)計(jì)算。2）集散區(qū)樓面人群荷載：4kPa。3）樓面施工荷載：5kPa。4）對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備、塔吊、臨時(shí)堆載應(yīng)按實(shí)際荷載考慮擴(kuò)散后作用在地下結(jié)構(gòu)側(cè)向的作用力。5）人防荷載：按人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。6、地鐵（隧道、暗挖車(chē)站）結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容、地鐵（隧道、暗挖車(chē)站）結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容（1）初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)的結(jié)構(gòu)計(jì)算（2）二次襯砌的結(jié)構(gòu)計(jì)算（3）地鐵施工對(duì)地表環(huán)境及周邊環(huán)境的影響計(jì)算特別是采用暗挖法施工的地鐵車(chē)站，由于車(chē)站開(kāi)挖跨度較大，需要分步施工，車(chē)站埋深一般較淺，車(chē)站結(jié)構(gòu)上方有市政管線(xiàn)以及建（構(gòu)）筑物

16、，車(chē)站施工對(duì)環(huán)境影響較大，因此在暗挖車(chē)站設(shè)計(jì)中，應(yīng)通過(guò)計(jì)算選擇對(duì)周邊環(huán)境影響最小的施工方案，計(jì)算的主要內(nèi)容包括：開(kāi)挖分塊、開(kāi)挖順序、臨時(shí)支護(hù)的拆除、結(jié)構(gòu)澆注的分段長(zhǎng)度等。7、關(guān)于計(jì)算模型、關(guān)于計(jì)算模型計(jì)算模型采用荷載-結(jié)構(gòu)模型和地層-結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)根據(jù)計(jì)算目的選擇適合的計(jì)算模型。（1）荷載結(jié)構(gòu)模型：）荷載結(jié)構(gòu)模型：基于經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學(xué)思想，把荷載與結(jié)構(gòu)對(duì)立起來(lái)，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)被動(dòng)地承受施工期間和使用期間的全部荷載，彈性抗力是結(jié)構(gòu)與地層相互作用的依據(jù)。結(jié)構(gòu)內(nèi)力按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算。荷載結(jié)構(gòu)模型的概念清晰、計(jì)算過(guò)程明確，是目前最常用的、也是規(guī)范推薦的地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模型。（2）地層結(jié)構(gòu)模

17、型：）地層結(jié)構(gòu)模型：雖然在概念和理論上比荷載結(jié)構(gòu)模型更合理、更靈活，但由于圍巖應(yīng)力釋放和地層結(jié)構(gòu)相互作用很難準(zhǔn)確有效地模擬，計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，因此，地層結(jié)構(gòu)模型目前常用作比選施工方案、分析開(kāi)挖環(huán)境影響等工作的一種輔助工具。8、礦山法施工的地鐵結(jié)構(gòu)初期支護(hù)設(shè)計(jì)、礦山法施工的地鐵結(jié)構(gòu)初期支護(hù)設(shè)計(jì)（1）初期支護(hù)參數(shù)）初期支護(hù)參數(shù)可采用工程類(lèi)比法確定。初期支護(hù)參數(shù)初期支護(hù)參數(shù)的選擇的選擇應(yīng)保證初期支護(hù)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受施工期間的全部荷載，并能有效地控制地面變形。（2）對(duì)于礦山法施工的地鐵區(qū)間隧道可直接采用荷載結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行初期支護(hù)的變形及強(qiáng)度、剛度計(jì)算；（3）對(duì)于礦山法施工的地鐵車(chē)站，由于車(chē)站

18、主體的土方開(kāi)挖、初期支護(hù)的施作與二襯施作交替進(jìn)行，初期支護(hù)承受的荷載變化情況復(fù)雜，單純的荷載-結(jié)構(gòu)模型很難反映初期支護(hù)的受力變化特點(diǎn)，因此，對(duì)于車(chē)站主體結(jié)構(gòu)初期支護(hù)的強(qiáng)度計(jì)算、初期支護(hù)的地層變形及支護(hù)剛度等宜采用地層-結(jié)構(gòu)模型。9、二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算、二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）二次襯砌作為主要承載構(gòu)件應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度和抗裂的要求。（2）在進(jìn)行二襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)初期支護(hù)的作用如何考慮尚不統(tǒng)一，目前有兩種處理方法：1)使用期間的全部荷載由二襯承擔(dān)，初期支護(hù)不參與受力；2）考慮初期支護(hù)在施工期間雖有一定變形，仍可參與使用期間的承載。（3）建議：1）對(duì)于礦山法施工的地鐵車(chē)站：考慮到在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，因初期支護(hù)材料

19、性能退化和剛度下降，外部荷載向二次襯砌轉(zhuǎn)移，因此在使用階段，按二次襯砌承擔(dān)全部荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2）對(duì)于礦山法施工的地鐵區(qū)間隧道，可適當(dāng)考慮初期支護(hù)的承載。（4）使用期間作用在復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)上的水壓力全部由二次襯砌承擔(dān)。（5）二襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按“荷載-結(jié)構(gòu)”模式計(jì)算。車(chē)站主體宜采用極限狀態(tài)法檢算結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度；車(chē)站暗挖出入口等附屬工程以及暗挖區(qū)間隧道可以采用極限狀態(tài)法或破損階段法檢算結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度。10、關(guān)于礦山法施工的地鐵結(jié)構(gòu)關(guān)鍵工況、關(guān)于礦山法施工的地鐵結(jié)構(gòu)關(guān)鍵工況目前，采用淺埋暗挖法施工的區(qū)間隧道一般都是在初期支護(hù)變形基本完成后再施作二襯結(jié)構(gòu)，二襯結(jié)構(gòu)只承受很小的施工荷載，設(shè)計(jì)二襯結(jié)構(gòu)時(shí)，只需

20、要進(jìn)行使用階段的終態(tài)力學(xué)分析即可滿(mǎn)足要求，但是，對(duì)于淺埋暗挖法施工的地鐵車(chē)站來(lái)說(shuō)，由于初期支護(hù)與二襯交替施作，存在以下問(wèn)題：（1）部分二襯結(jié)構(gòu)在初期支護(hù)承受?chē)鷰r壓力作用下的變形尚未完成時(shí)已經(jīng)參與工作；（2）在車(chē)站其它部分的開(kāi)挖時(shí)，由于圍巖與結(jié)構(gòu)的力學(xué)平衡遭到破壞，圍巖需要與襯砌結(jié)構(gòu)共同變形重新達(dá)到新的平衡，已經(jīng)澆注的二襯結(jié)構(gòu)的受力也隨之不斷變化。其內(nèi)力分布狀況要進(jìn)行調(diào)整。因此，淺埋暗挖車(chē)站的二襯設(shè)計(jì)需要對(duì)施工階段和使用階段都進(jìn)行驗(yàn)證。為了準(zhǔn)確反映暗挖車(chē)站的二襯受力特性隨施工而變化的特點(diǎn)，應(yīng)按以下步驟確定關(guān)鍵工況和最不利工況作為計(jì)算工況。（1）利用地層結(jié)構(gòu)模型能夠在宏觀上把握施工過(guò)程中地層及結(jié)構(gòu)

21、力學(xué)行為變化的優(yōu)點(diǎn)，在采用傳統(tǒng)荷載-結(jié)構(gòu)模型計(jì)算之前，引入地層結(jié)構(gòu)模型模擬車(chē)站的施工過(guò)程，確定重要控制工況和最不利工況，以此作為荷載-結(jié)構(gòu)模型的驗(yàn)算工況。（2）與現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范相結(jié)合，克服地層-結(jié)構(gòu)模型由于地層物理力學(xué)參數(shù)和計(jì)算模型等因素對(duì)計(jì)算結(jié)果的干擾，依據(jù)規(guī)范要求確定襯砌結(jié)構(gòu)荷載，利用荷載-結(jié)構(gòu)模型對(duì)上述不利工況進(jìn)行受力分析，得出最不利工況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。（3）利用荷載-結(jié)構(gòu)模型計(jì)算所得的內(nèi)力結(jié)果進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)。11、淺埋暗挖地鐵車(chē)站幾種典型工法結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)分析受力特點(diǎn)：（1）中洞法1）受力體系轉(zhuǎn)換特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的淺埋暗挖法不同，中洞法施工時(shí)，由于中洞的二襯澆筑與中洞開(kāi)挖和初期支護(hù)之間的時(shí)間間隔較

22、短，中洞二襯結(jié)構(gòu)在初期支護(hù)承受?chē)鷰r壓力作用下的變形尚未完成時(shí)已經(jīng)參與工作，同時(shí)在側(cè)洞開(kāi)挖時(shí)，圍巖的力學(xué)平衡再次遭到破壞，需要與襯砌結(jié)構(gòu)共同變形重新達(dá)到新的平衡，已澆筑的中洞二襯結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)將又一次發(fā)生變化，其內(nèi)力分布狀況和變形量也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。2）中洞法車(chē)站中洞的二襯結(jié)構(gòu)要經(jīng)歷施工期間和使用期間兩個(gè)不同階段的荷載工況，需要保證其在施工期間及使用階段的混凝土裂縫均不大于規(guī)范要求，裂縫驗(yàn)算應(yīng)包括兩個(gè)階段的荷載工況。3）關(guān)鍵工況及控制工況對(duì)于采用暗挖中洞法施工的三連拱車(chē)站，研究表明，車(chē)站二襯結(jié)構(gòu)在施工和使用階段經(jīng)歷經(jīng)歷的工況比較復(fù)雜，其中以下三個(gè)重要工況應(yīng)予考慮。a）中洞二襯施工完成后，側(cè)洞開(kāi)

23、挖前；b）側(cè)洞開(kāi)挖完成，側(cè)洞二襯施工之前；c）整個(gè)車(chē)站的二襯施工完成后，地下水位恢復(fù)。其中，“側(cè)洞開(kāi)挖完成、且側(cè)洞二襯施工前”為中洞二襯控制工況，中洞二襯的設(shè)計(jì)內(nèi)力應(yīng)取本工況的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，對(duì)強(qiáng)度和裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。（2）洞樁法采用洞樁法施工，根據(jù)二襯澆注順序的不同，可以分為“整體順作”、“整體逆作”和“站廳層、站臺(tái)層分別順作，整體逆作”三種方案。1）三種工法中，拱部初期支護(hù)和二襯內(nèi)力最大的是“整體順作”法，最小的是“站廳層、站臺(tái)層分別順作，整體逆作”；2）三種工法中，整體順作法引起的邊樁彎矩最大，整體逆作法引起的邊樁彎矩最小。3）三種工法引起的地表沉降量從大到小依次為：順作、局部順作、逆作。4）

24、如果采用整體順作法，初支內(nèi)力和樁頂彎矩在開(kāi)挖到結(jié)構(gòu)負(fù)二層底板時(shí)最大，因此對(duì)拱部初期支護(hù)和圍護(hù)樁的設(shè)計(jì)應(yīng)取本階段作為控制工況；二襯內(nèi)力取“拱部二襯施工完成，恢復(fù)地下水位、結(jié)構(gòu)交付使用”作為控制工況；5）如果采用整體逆作工法：a）樁頂彎矩在完成負(fù)一層（站臺(tái)層）開(kāi)挖后最大，因此圍護(hù)樁設(shè)計(jì)應(yīng)以“負(fù)一層開(kāi)挖完成”作為控制工況；b）拱部二襯設(shè)計(jì)應(yīng)以“負(fù)二層開(kāi)挖完成，但尚未施作底板和負(fù)二層側(cè)墻”作為控制工況；6）如果采用“站廳層、站臺(tái)層分別順作，整體逆作”的工法：a）樁頂彎矩在施作底板前最大，拱部初支彎矩在開(kāi)挖到中板位置，且中板施作前最大；b）拱部二襯的內(nèi)力在完成負(fù)一層開(kāi)挖時(shí)最大。12、地鐵施工的環(huán)境影響分

25、析（1）計(jì)算軟件：可以選擇ABAQUS、FLAC、MIDAS等有限元軟件，這些軟件在計(jì)算精度、計(jì)算功能等方面各有所長(zhǎng)，但基本都滿(mǎn)足地鐵車(chē)站的設(shè)計(jì)要求。（2）計(jì)算范圍和邊界條件的選擇應(yīng)考慮隧道施工的橫向、豎向和縱向影響范圍。經(jīng)驗(yàn)表明，在離洞室中心3-5倍于洞室跨度以外的地方，隧道開(kāi)挖的影響足夠小，可以忽略不計(jì)，根據(jù)我國(guó)地鐵埋深的特點(diǎn)，把地表作為模型的上邊界，并根據(jù)是否有地面荷載的不同分別按應(yīng)力邊界或自由邊界處理。（3）土方開(kāi)挖的模擬在計(jì)算分析中，土方開(kāi)挖采用程序內(nèi)置的空單元模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，他通常用來(lái)表示被移出或開(kāi)挖掉的材料，但相應(yīng)的網(wǎng)格仍留在原處。換句話(huà)說(shuō)，就是使土方開(kāi)挖位置空單元化。空單元區(qū)域的應(yīng)