地下工程電梯豎井結構設計計算分析

夏楊

摘 要 深埋式地下通道設計，連接城市軌道車站出入口人行地下連通道，并同時滿足平戰結合的人民防空要求。

關鍵詞 結構豎井設計;計算分析;平戰結合

1工程概況

工程位于重慶渝中區下曾家巖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，設計斷面形式為9.9m×4.0m矩形。井體結構為復合式襯砌，施工采取逆作法從上向下鉆爆開挖，錨、網、噴聯合模筑混凝土初期支護;二次襯砌從下向上現澆鋼筋混凝土澆筑[1]。

2工程水文地質條件

場地地面位于渝中區中山四路，處于丘陵斜坡，屬丘陵剝蝕地貌，后經人工改造。場內地勢西北低，東南高，高程231～241m。構造部位位于龍王洞背斜末端，巖層呈單斜狀產出，巖層產狀：傾向180°，傾角6°。通過地面地質調查和鉆探揭露可知，場地內未發現斷層、巖體構造節理（裂隙）不發育，場地內砂巖中有以下兩組構造裂隙存在，且裂隙均為硬性結構面，結合一般。場地內發育有第四系全新統的雜填土、覆土下臥侏羅系中統沙溪廟組的砂巖、砂質泥巖。砂巖：灰白色～紅褐色，細～中粒結構，巨厚層狀構造，鈣質膠結，主要礦物成分為：石英、長石及云母。巖石呈中等風化狀，巖質較硬，巖體裂隙較發育，完整性較好，呈塊狀～層狀結構，巖芯呈柱狀、長柱狀，廣泛分布于整個場內。根據巖石堅硬程度和巖體完整程度來確定巖體基本質量的定性特征：場地內砂巖為較硬巖，巖體較完整，其巖體基本質量分級為Ⅴ級。砂質泥巖（J2S）紫紅色，泥質～粉砂泥質結構為主，厚層狀構造，夾砂巖透鏡體，主要礦物成分為粘土質礦物。中等風化巖石巖體裂隙較發育，完整性較好，呈塊狀～厚層狀結構，為本場地的主要巖層。區內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系密切，變化較大[2]。

3設計標準及主要參數

3.1 設計標準

結構設計使用年限100年;建筑結構安全等級一級;結構重要性系數均為1.1。

3.2 結構參數

豎井穿過Ⅳ、Ⅴ級圍巖地區，設計遵循“安全、經濟、合理”的原則。在遵守相關設計規范的同時，以工程類比法為主進行設計，設計結果采用有限元程序分析驗算，確保安全經濟。結構支護參數見表1，豎井外傾結構面物理力學參數見表2。

4結構計算

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

4.1 側向巖石壓力計算

豎井存在外傾硬性結構面，需分別以沿外傾硬性結構面滑動和巖質邊坡錨桿擋墻計算側向巖石壓力，取兩種結果中的較大值。

4.2 外傾結構面主動巖石壓力

對沿外傾結構面滑動工況，其主動巖石壓力合力標準值可按下式計算：

式中，

;? ;

——外傾結構面傾角（°）;

——外傾結構面黏聚力（kPa）;

——外傾結構面內摩擦角（°）;

——巖石與結構接觸面的摩擦角（°）。

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，側向巖石壓力計算結果見表3。

4.3 巖質邊坡錨桿擋墻主動巖石壓力

對于巖質邊坡，當采用多層錨桿擋墻時，側壓力分布可近似按圖1確定。

圖中，

——側向巖土壓力水平分力標準值（kN/m2）;

——側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。

側向巖石壓力計算結果見表4。

4.4 豎井初期支護計算

依據平面應變理論，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，并限制外側節點平面內位移。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計值56.62kN/m，由于錨桿作用、圍巖為中風化砂質泥巖等影響，豎井井壁計算位移普遍較小，平面內最大位移為0.8mm。錨桿計算所受最大拉力為8kN。由于影響噴錨襯砌設計的因素較多，計算方法不統一，主要根據工程類比法確定支護參數。豎井初期支護結構能滿足施工期間的使用要求。

4.5 井壁二襯內力計算

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K=200000kPa/m。

4.6 計算結果

5結束語

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

參考文獻

[1] 建筑邊坡工程技術規范：GB50330-2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

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