如何使用GEO5设计方形竖井

        在城市电力隧道、输水隧道、过路过河等市政工程中往往需要盾构与顶管技术，盾构与顶管工作井多采用明挖法基坑开挖施工或沉井施工，而这种基坑或沉井往往具有竖井的典型特征，即平面尺寸较小而深度相对较大的特点．因此竖井结构的设计也逐渐成为岩土设计的一个热点。GEO5岩土设计软件专门提供了竖井设计模块，主要是针对截面为圆形的竖井，该方法经济简便，具体可参考安全经济的圆形竖井设计方法---GEO5竖井设计模块，这里不再累述。

        本文结合规范说明方形竖井在GEO5中的设计流程。

        1、规范中竖井的设计流程

        根据《建筑基坑设计规程》、《给排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》、《建筑地基基础设计规范》和《上海市地基基础设计规范》等规范对竖井的设计流程：

        （1）荷载计算

        作用在竖井结构上的荷载主要是水、土压力和超载。规范中认为作用在方形竖井上的水、土压力并不考虑其空间效应，均采用二维平面应变的方法计算，主要有主动土压力、被动土压力和静止土压力。其计算土压力的方法为式中K为土压力系数），如图1.

        （2）竖井结构的内力的计算

        井壁内力计算是依据井壁同一标高的水平截面上，作用在外井壁的水、土压力沿井壁四周假定为均匀分布按照水平闭合结构进行计算，如图2.。具体操作时，则是根据竖井深度选择不同深度处的井壁截面，计算该深度处作用在竖井结构上的荷载（水、土压力），根据水平闭合结构进行内力计算。然后根据计算的内力，对竖井结构进行结构设计及验算。

        2、GEO5中竖井的设计方法

        （1）荷载计算

        GEO5中计算竖井的荷载，有两种途径，第一种利用土压力计算模块计算，另一种是利用竖井模块计算。现分述如下：

        ①根据规范竖井的荷载主要是水、土压力和超载，可以利用GEO5中的土压力计算模块，计算出竖井沿深度方向的土压力分布，如图3，并截取计算井壁内力截面深度处的压力值。

        ②根据惯性矩和面积相等原则将方形竖井换算成圆形竖井，利用GEO5中的竖井模块，便可计算考虑空间效应的土压力分布，如图4，并截取计算井壁内力截面深度处的压力值。

        （2）井壁内力计算

        竖井结构内力计算，可以采用GEO5岩土工程有限元分析模块，通过建立梁单元来模拟井壁，在梁上施加对应深度的荷载（水、土压力），计算竖井内力，计算结果如图5。（此操作可以设置岩土材料的弹性模量为一个很小的值，其他参数设为0，以消除土体强度及重度对梁的影响；然后在岩土体内添加梁构成竖井的平面结构，最后在梁上施加垂直于梁的均布荷载，冻结竖井平面结构中的岩土体，进行分析，即可得到竖井结构的内力。）然后根据计算的内力，对竖井结构进行结构设计及验算。

除此，还可以通过OptumG2有限元分析软件或其他结构计算软件进行井壁结构内力计算。