摘　要:简要介绍地铁设计的基本方法,着重介绍端头井的结构类型、端头井计算的模型和计算中存在的问题,探讨了端头井的分析计算方法.实例计算结果表明,对于端头井结构,不适宜采用平面框架进行计算.在空间分析的前提下,在计算模型上适当做出一定程度的简化,对构件的主要受力特征作了分析和总结,通过和平面结构的对比,提出了端头井结构在设计中应该注意的问题.所得计算结果合理,对工程设计具有指导作用.

　　1地铁设计的基本方法

　　目前地铁设计中,基本计算方法如下.

　　a.极限平衡法.无法反映施工过程中墙体受力的连续性,只是一种浅基坑(支撑层数少)和支撑刚度很大情况的近似,支撑层数越多、地层越软、墙体刚度越大,计算结果与实际出入越大,已较少采用.

　　b.平面有限元法.由于计算参数难以准确取值以及计算工作量大,目前在结构设计中很少直接用平面有限元法的计算结果作为设计依据.有时,结合某些重大工程技术问题的处理,把它作为一种辅助的计算手段.

　　c.土抗力法(也称竖向弹性地基梁的基床系数法).土抗力法假定墙体两侧的土压力随开挖过程变化,在开挖侧和迎土侧的墙上均设有土体弹簧,并规定迎土侧土压力随墙体向基坑一侧的变形增大而减小,但不得小于主动土压力.用土抗力对挡土结构进行内力分析时,按侧向地基上的结构计算,用压缩刚度等效的土体弹簧,模拟地层对墙体变形的约束.

　　土抗力法中,基本方法有总量法(总和法)和增量法(叠加法).总量法可直接求得当前施工阶段完成后体系的实际内力及位移;在用增量法计算时,外荷载和所求得的体系内力及位移都是相对于前一个施工阶段完成后的增量.一般说来,增量法是解决非线性受力继承性问题的有效手段, 总量法只能用于线性受力继承性问题的分析中.作为非线性问题的特例,增量法也可应用于线性受力问题的分析,但不如总量法简便.当前在工程设计中,基坑支护受力问题大多可视为线性的,但有时也会遇到非线性问题.非线性问题,除了一般所指的构件材料和地层为弹性体外,还包括在受力的各个阶段,结构构件的刚度(或结构型式)构件组成不发生改变的情况.

　　2 端头井的计算

　　在地铁结构中,端头井(也称作盾构工作井)作为地铁区间隧道施工时供盾构拼装、拆卸或掉头的空间,是典型的空间结构(图1).端头井需要满足盾构施工要求(如净空要求、吊装净尺寸要求及掉头空间要求等),大部分情况下必须在施工过程中,在楼板预留吊装孔(如始发井),或者端头井内框架柱和框架梁必须后浇(如掉头井).

　　地铁车站标准段一般为狭长型,以平面变形为主,因此标准段可以按平面框架进行受力分析计算[1].

　　由于端头井结构长宽比接近1.0,支撑结构一般采用斜向布置,支撑长短不一,变形的大小也不尽相同,在换算成为平面结构时会有比较大的误差.而且端头井结构在开挖阶段就有比较明显的空间效应,特别是在转角处,“L”型、“T”型和“Z”型墙幅同时呈现出弯曲和扭曲的情况.

　　当结构楼板有大开洞的情况时,楼板无法对侧墙提供支撑,这就要求使用转换结构来平衡侧向力.一般设计采用的方法是在侧墙处设置壁柱,并在楼板开洞处对应的侧墙位置设置水平框架梁,水平框架梁和壁柱共同组成壁式框架与纵横向的框架梁形成支撑结构,形成侧向放置的楼盖.

　　当端头井内框架柱必须后浇时,对于顶板结构,因框架柱浇筑以前已经存在较大覆土荷载及地面车辆荷载,对顶板框架梁和板的设计提出了较高要求;对于底板结构,因水反力尚未形成,可以考虑将部分底板框架梁下翻,预留箍筋连接器,待框架柱后浇时同时施工底板框架梁上翻部分.

　　平面框架计算的方法无法完成端头井的特殊受力计算要求,一般采用的计算工具均为有限元软件,如SAP和ANSYS等.

　　2.1端头井的结构类型

　　一般的地铁结构均分为围护结构和主体结构两部分,按照围护结构的不同可以分为密排桩围护(如钻孔灌注桩排、人工挖孔灌注桩排及SMW工法等)和板桩围护(如连续墙等).在目前设计中,围护结构基本上均作为主体结构的一部分参与整体受力.

　　a. 当围护结构与内衬墙结合面粘结好,能承受剪力时,采用复合墙计算法,墙体计算厚度取内外墙厚度

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