地下工程电梯竖井结构设计计算分析

夏杨

摘 要 深埋式地下通道设计，连接城市轨道车站出入口人行地下连通道，并同时满足平战结合的人民防空要求。

关键词 结构竖井设计;计算分析;平战结合

1工程概况

工程位于重庆渝中区下曾家岩轻轨车站与人民广场之间，南接三峡博物馆地下人防工程，人防主通道为8～12m宽三心圆曲拱隧道，中间用电梯竖井升至高差26m室外地面，作为其中一个出入口。竖井平面为单竖井两分隔断面型式，由两个3.6m×3.6m（电梯井）+1.5m×3.6m（应急工作井）组成，井壁厚0.3m，设计断面形式为9.9m×4.0m矩形。井体结构为复合式衬砌，施工采取逆作法从上向下钻爆开挖，锚、网、喷联合模筑混凝土初期支护;二次衬砌从下向上现浇钢筋混凝土浇筑[1]。

2工程水文地质条件

场地地面位于渝中区中山四路，处于丘陵斜坡，属丘陵剥蚀地貌，后经人工改造。场内地势西北低，东南高，高程231～241m。构造部位位于龙王洞背斜末端，岩层呈单斜状产出，岩层产状：倾向180°，倾角6°。通过地面地质调查和钻探揭露可知，场地内未发现断层、岩体构造节理（裂隙）不发育，场地内砂岩中有以下两组构造裂隙存在，且裂隙均为硬性结构面，结合一般。场地内发育有第四系全新统的杂填土、覆土下卧侏罗系中统沙溪庙组的砂岩、砂质泥岩。砂岩：灰白色～红褐色，细～中粒结构，巨厚层状构造，钙质胶结，主要矿物成分为：石英、长石及云母。岩石呈中等风化状，岩质较硬，岩体裂隙较发育，完整性较好，呈块状～层状结构，岩芯呈柱状、长柱状，广泛分布于整个场内。根据岩石坚硬程度和岩体完整程度来确定岩体基本质量的定性特征：场地内砂岩为较硬岩，岩体较完整，其岩体基本质量分级为Ⅴ级。砂质泥岩（J2S）紫红色，泥质～粉砂泥质结构为主，厚层状构造，夹砂岩透镜体，主要矿物成分为粘土质矿物。中等风化岩石岩体裂隙较发育，完整性较好，呈块状～厚层状结构，为本场地的主要岩层。区内地下水类型主要分为松散层孔隙水和基岩风化裂隙水，补给源主要为大气降水，水量大小与降水因素关系密切，变化较大[2]。

3设计标准及主要参数

3.1 设计标准

结构设计使用年限100年;建筑结构安全等级一级;结构重要性系数均为1.1。

3.2 结构参数

竖井穿过Ⅳ、Ⅴ级围岩地区，设计遵循“安全、经济、合理”的原则。在遵守相关设计规范的同时，以工程类比法为主进行设计，设计结果采用有限元程序分析验算，确保安全经济。结构支护参数见表1，竖井外倾结构面物理力学参数见表2。

4结构计算

竖井结构计算均采用MIDAS/GTS V.201有限元分析软件，初期支护按地层结构法进行计算，二次衬砌按荷载结构法求解。

4.1 侧向岩石压力计算

竖井存在外倾硬性结构面，需分别以沿外倾硬性结构面滑动和岩质边坡锚杆挡墙计算侧向岩石压力，取两种结果中的较大值。

4.2 外倾结构面主动岩石压力

对沿外倾结构面滑动工况，其主动岩石压力合力标准值可按下式计算：

式中，

;  ;

——外倾结构面倾角（°）;

——外倾结构面黏聚力（kPa）;

——外倾结构面内摩擦角（°）;

——岩石与结构接触面的摩擦角（°）。

竖井上部6.8m为素填土，下部19.2m为中风化砂岩。将素填土重量折算成地表均布荷载Q置于19.2m岩石坡顶，侧向岩石压力计算结果见表3。

4.3 岩质边坡锚杆挡墙主动岩石压力

对于岩质边坡，当采用多层锚杆挡墙时，侧压力分布可近似按图1确定。

图中，

——侧向岩土压力水平分力标准值（kN/m2）;

——侧向岩土压力合力水平分力标准值（kN/m2）;

——挡墙高度（m）;

靜止岩石压力标准值按  计算，式中。根据地勘资料，中风化砂岩泊松比=0.09，=0.099。=（25.3×19.2+136）×0.099=61.6 kN/m2。

侧向岩石压力计算结果见表4。

4.4 竖井初期支护计算

依据平面应变理论，采用有限元软件Midas GTS对电梯竖井进行分析。竖井四周均考虑20m围岩，并限制外侧节点平面内位移。以嵌入式桁架单元模拟锚杆，梁单元模拟喷射混凝土衬砌。竖井横截面作用全周水平荷载设计值56.62kN/m，由于锚杆作用、围岩为中风化砂质泥岩等影响，竖井井壁计算位移普遍较小，平面内最大位移为0.8mm。锚杆计算所受最大拉力为8kN。由于影响喷锚衬砌设计的因素较多，计算方法不统一，主要根据工程类比法确定支护参数。竖井初期支护结构能满足施工期间的使用要求。

4.5 井壁二衬内力计算

截取1延米高度竖井分析，采用平面梁单元模拟竖井井壁，为模拟地层反力，施加仅受压全周弹簧，弹簧刚度系数K=200000kPa/m。

4.6 计算结果

5结束语

本工程充分考虑运营、土建、维护的综合因素，其主体结构、人防、消防经过正式验收，并投入使用。工程整体效果好，社会效益明显，对带动周边环境的发展有促进作用。

参考文献

[1] 建筑边坡工程技术规范：GB50330-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2] 公路隧道设计规范第一层土建工程：JTG33701.-2018[S].北京：人民交通出版社，2018.