不均匀沉降对地铁站结构危害性分析与处理措施研究

摘要

西安地铁多位于黄土地层，地下水位的变化会引起黄土地层不均匀沉降，进而会导致地铁运营过程出现病害。地铁站过大不均匀沉降会对地铁站结构整体性、接头的安全性、耐久性及防水性等产生影响，严重的不均匀沉降甚至会威胁轨道的平顺度、乘坐舒适度及地铁的安全运营。本文以西安地铁2号线车站为例，研究了不同不均匀沉降方案和不同顶底板厚度等方案下车站主要结构的受力性状，并提出了相应的处理措施，为地铁站不均匀沉降处理方案的制定有着重要的工程实际意义。
　　主要得出了以下几点成果:
　　(1)经过不同沉降方案的分析发现:当车站经受最大可能不均匀沉降0.25m时，底梁的纵向最大拉应力不有大于1.5MPa，底板的纵向最大拉应力不有大于1.0MPa，顶梁的纵向最大拉应力不有大于2.5MPa，顶板纵向最大拉应力不有大于2.0MPa，可采取增加配筋或增大结构断面的措施达到要求。其它分别不是均匀沉降为0.2m、0.15m以及0.1m方案，均较不均匀沉降0.25m方案较小。分析发现，少数部位出现拉应力为5.0-6.0MPa，分布在高度较大的入站大厅局部，应加强配筋。
　　(2)底梁和底板随不均匀沉降增大纵向拉应力没有明显变化，而顶梁、顶板随不均匀沉降增大纵向拉应力发生明显增大。建议在采取处理措施时应将顶板和顶梁等结构视为加强的重点部位，予以处理。
　　(3)通过不同不均匀沉降条件下车站结构下土层应力分析发现，即使车站出现可能最大的不均匀沉降时，车站下土层没有出现竖直方向上的拉应力区，车站不会出现一端悬空的现象。
　　(4)根据分析成果提出了增加结构抗变形能力、减少不均匀沉降以及加强地面沉降、地下水位等监测等措施，以确保车站结构安全。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 不均匀沉降对地铁结构影响研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 技术路线研究方法

第二章 地基不均匀沉降规律及其危害分析

2．1 工程概况

2．2 不均匀沉降成因分析

2．3 地铁站沉降趋势预测

2．4 地铁站沉降对结构的危害性分析

2．5 本章小结

第三章 地铁站结构三维非线性有限元分析模型建立

3．1 分析模型的建立

3．1．1 几何模型

3．1．2 本构模型

3．1．4 一般荷载的拟定

3．2 分析方案的拟定

3．2．1 不均匀沉降方案的拟定

3．2．2 顶板底板厚度优化方案

3．3．2 底板特征部f征

3．4 本章小结

第四章 不均匀沉降对车站主体结构受力影响研究

4．1 概述

4．2 均匀沉降条件下的受力分析

4．2．1 底梁和底板受力分析

4．2．2 顶梁和顶板受力分析

4．3．1 不均匀沉降0．05m条件下的受力分析

4．3．2 不均匀沉降0．10m条件下的受力分析

4．3．3 不均匀沉降0．15m条件下的受力分析

4．3．4 不均匀沉降0．20m条件下的受力分析

4．3．5 不均匀沉降0．25m条件下的受力分析

4．3．6 不均匀沉降0．30m条件下的受力分析

4．4 车站悬空可能性分析

4．5 车站结构纵向最大拉应力与不均匀沉降的关系分析

4．5．1 车站底梁与底板

4．5．2 车站顶梁与顶板

4．6 本章小结

第五章 地铁站顶板和底板结构优化设计研究

5．1 方案设计

5．2 研究成果分析

5．2．2 底板纵向内力分析

5．2．3 顶板纵向应力分析

5．2．4 顶板纵向内力分析

5．3 本章小结

第六章 不均匀沉降处理措施研究

6．1 常用处理方案与措施

6．1．1 提高结构变形适应性

6．1．2 轨道坡度调整措施及排水措施

6．1．3 采用柔性碎石道床

6．1．4 长期监测

6．1．5 控制地下水开采

6．2 针对车站结构的处理措施

6．2．1 增加结构抗变形能力的处理措施

6．2．2 减少不均匀沉降的处理措施

6．2．3 加强地面沉降、地下水位等监测

6．2．4 减小冬季车站暴露条件下车站结构温度裂缝的措施

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

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