断面形式对PBA逆筑法所修地铁车站主体结构受力的影响

　　1 引言
　　浅 埋 暗 挖 洞 桩 法(Pile-Beam-Archmethod，简称PBA 工法)是我国工程师于1992年首次提出的一种地铁车站施工方法，该方法是在传统地下工程施工技术的基础上，把地面建筑的施工理念引入到地下工程中，通过小导洞、钻孔桩、扣拱等成熟技术的有机结合，从而形成的一种施工方法。
　　我国采用 PBA 工法已修建或建设中的地铁车站的断面形式一般分为单跨或双跨形式，其区别是在开挖断面跨中部位设顶纵梁、结构中柱及底纵梁以构成纵向简支梁结构体系作为拱部的支座;单跨车站隧道可获得宽敞的空间和宏伟的建筑效果，但是其相应的施工难度比双跨车站大。本文尝试应用数值计算手段，对上述两种均采用 PBA 工法修筑而断面形式不同的车站主体结构受力进行比较分析，为今后地铁车站的设计提供一定的理论依据。
　　2 数值模拟方法
　　2.1 车站断面设计
　　单跨及双跨车站的主体结构均分为上下两层，上层为拱形，下层为矩形，拱部结构形式为复合式衬砌，侧墙采用变桩及内衬墙间夹柔性防水层的重合墙结构。其中站厅层净空为 7.76m18.6m，站台层净空为7.19m18.6m，拱部采用 42 超前小导管注浆加固地层，格栅拱架、喷射混凝土作初期支护，二次衬砌用 C40、P10 模筑钢筋混凝土。
　　2.2 计算模型
　　本文计算采用平面弹性有限元法进行计算，其中模型边界的计算范围为横向两端各取2 倍跨径，总共宽 100m;竖直方向车站底部向下取 1 倍车站高度，拱顶以上取至原地面线，模型高 44m。
　　3 数值模拟结果分析
　　提取两种结构形式的拱部及侧墙外轮廓线、内轮廓线的节点力，通过专业数据处理软件 MATLAB 绘制曲线进行比较分析，其中所绘拱部曲线的横坐标为节点到车站中线距离，侧墙曲线的横坐标为节点到拱顶所在水平线的距离。
　　不同车站断面形式拱部二衬外侧、内侧最大拉应力，从图可以看出不同车站断面形式的拱部二衬外侧最大拉应力值基本在1MPa 以内，相应地最大拉应力差值也较小;而单拱与双拱车站的拱部二衬外侧最大拉应力的变化规律在距车站中线 6m 以外的部位基本趋于相似。不同车站断面形式的拱部二衬内侧最大拉应力差值在距车站中线 0~4m 的部位较大，为 4MPa 以上，其中，单跨车站的拱部二衬内侧最大拉应力值在此部位为 4~5MPa，远远超过混凝土极限抗拉强度;而两种车站断面的拱部二衬内侧最大拉应力值及变化规律在距车站中线 7m 以外的部位均较为相近。
　　综上所述，车站断面形式对拱部内侧受拉的影响程度远大于拱部外侧，其中在车站中线附近 2/5 整体跨度的范围内，单跨车站的拱部内侧最大拉应力远远大于双跨车站拱部内侧最大拉应力;愈靠近拱脚，两种断面的拱部最大拉应力差值及变化规律越接近，即断面形式的改变对车站拱部二衬的影响愈小。
　　4 结语
　　4.1 PBA 逆筑法修筑的车站断面形式不同对拱部内侧受拉的影响程度远大于拱部外侧，其中在车站中线附近 2/5 整体跨度的范围内，单跨车站的拱部内侧最大拉应力远远大于双跨车站拱部内侧最大拉应力;愈靠近拱脚，断面形式的改变对车站拱部二衬的影响愈小。所以在设计时须采用单跨断面时，应加强车站中线附近区域拱部内侧的配筋。
　　4.2PBA 逆筑法修筑的车站断面形式不同对拱部外侧受压的影响与拱部内侧不同，拱部外侧主要是车站中线部位受影响较显著，而内侧拱腰、拱脚受影响较大;两种结构的拱部外侧最大压应力变化规律在拱腰、拱脚部位整体形似，而拱部内侧最大压应力的变化规律则沿整个拱部结构相似。另外，断面形式不同对于拱部受拉的影响程度要显著地大于拱部受压。
　　4.3 PBA 逆筑法修筑的车站断面形式不同对于侧墙的受拉、受压影响较小，在一定程度上可以忽略断面形式改变所带来的影响。