地铁车站结构及施工组织设计设计

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1、前言 地铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统。但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。地铁属于城市快速轨道交通的一部分，因其运量大、快速、正点、低能耗、少污染、乘坐舒适方便等优点，常被称为“绿色交通”。 面对21世纪我国城市地下空间开发利用的广阔市场，目前，我国将有20余座城市建设地铁，至少将建250km。2010年9月27日上午，沈阳地铁一号线正式通车，成为全国第七座、东北首座拥有地铁的城市！截止2012年元旦共有两条线路，41座车站运营中。 本设计说明书通过文字说明、图表等形式阐

2、述了地铁车站结构及施工组织设计，根据大量文献和初始资料，决定采用采用双层双跨箱形框架结构。在设计过程中，得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。1 概述1.1 工程概况沈阳地铁三号线设8座地下车站，均采用明挖施工，区间大部分为盾构施工，配线段和覆土不满足盾构工法要求段及出入段线采用明挖。全线设8个车站，全部为地下车站，区间隧道施工方法有矿山发法、盾构法、明挖法等。小津桥车站采用双层双跨箱形框架结构，车站长度157.7m，底板埋深11.2m，施工方法采用明挖顺作法。1.2 工程地质概况在区域地质构造上，沈阳市区

3、位于华北地块内，根据地质构造活动的特点，沈阳市位于凹陷地块内，大地构造上处于辽东块隆与下辽河-辽东湾块陷相交接的部位。在区域新构造运动上，沈阳市位于千山-龙岗上升区，第四纪时期主要表现为掀抬式上升，为重力场的高重力带异常区。沈阳地区地貌属于浑河冲洪积扇，地势平坦，市内最高处是东部的大东区，海拔65m，最低处是西部的铁西区，海拔36m，平均海拔约50m，地势由东向西缓慢倾斜。沈阳市属于受季风影响的北温带半湿润大陆性气候，一年四季分明，春季平均气温在10左右，夏季最高气温达35以上，秋季平均气温20左右，冬季最低气温达-26以下。全年平均气温在11左右，年降水量约为750mm。年平均相对湿度为65

4、%。地层土质概述：勘察场区处于沈阳地区北部，地势相对平坦，最高处高程是北部终点，高程75.14m，最低处高程是42.91m，平均海拔约50m，地势由南向北缓慢升高。主要地貌为浑河冲洪积阶地，沈阳冲洪积扇和第四系冰碛物。本工点建筑场地地形起伏较大，地面标高介于55.93-65.58m之间，场地所处地貌单元为浑河冲洪积阶地。1、本次勘察本场地揭露的地层主要有：（1）、第四系人工堆积层：以杂填土为主，局部见素填土，时代成因为（Q4ml）。（2）、第四纪沈阳冲洪积扇：冲洪积为主，上部为冲洪积粉质粘土，局部为粉土，向下为砂土及碎石土，粒度由细变粗，埋深和厚度变化大，常见有粗细不同的夹层和透镜体，时代成因

5、为（Q4al-pl）。（3）、第四系冰碛物：以碎、砾石为主，含20-30%的粘性土，原岩呈强风化-全风化，时代成因为(Q2)。2、勘察揭露地层土质自上而下依次为：（1）、第四纪全新统人工填筑层（Q4ml）杂填土(耕土)（）：主要由建筑垃圾、碎石类土、砂类土及粘性土组成，松散稍密，局部地段顶部为沥青路面。该层场区普遍分布。（2） 、第四纪浑河冲洪积阶地（Q3al-pl） 粉质粘土-1：黄褐色，含少量铁锰质结核，可塑，局部硬塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。（3）、第四系冰碛物(Q2) 泥砾：杂色，碎、砂砾石占4060，一般粒径1020mm，可见最大粒径3060mm，混粘性土2030

6、，本次勘察未穿透该土层。5 地基土物理力学性质指标综合成果表 地层编号地层名称数 指值 标项 目天然含水率 （%）天然重度(kN/m3)天然孔隙比e液限L（%）塑限p（%）液性指数Il压缩系数a1-2(MPa-1)压缩模量Es1-2(MPa)直剪(快剪)三轴试验标贯N(击)动触N63.5(击)不均匀系数Cu曲率系数 Cc粘聚力C(kPa)内摩擦角()UU粘聚力C(kPa)内摩擦角()-1粉质粘土频 数10493961048068754251352530395最大值33.320.339.923.90.680.3409.0656.823.969.914.2168.1最小值18.218.727.51

7、7.80.100.1603.6411.611.614.65.44.92.0平均值24.419.633.520.80.350.2436.4234.716.945.211.09.95.1标准差2.7830.4272.6511.1830.1620.0401.08510.9053.24813.3892.7481.2860.782变异系数0.1140.0210.0770.0570.4470.1530.1470.300.180.2960.250.10.1推荐值24.819.532.920.60.400.2556.1531.015.841.310.09.44.8泥砾频 数161614161616146111

8、22231611最大值46.320.00.91149.326.62.140.93017.5173.321.927.611.7120.169.72最小值23.617.50.72525.318.0-0.050.0707.0421.515.227.54.13.80.169.72平均值27.519.20.78439.423.00.400.25913.4553.519.827.67.97.40.169.72标准差5.6270.6130.0576.8662.4140.6250.2543.93215.7101.7700.93811变异系数0.2040.0320.0730.1740.1051.5820.983

9、0.2920.2440.0670.065推荐值30.018.90.81236.421.90.670.38010.2027.316.06.8辽宁工程技术大学毕业设计（论文）表1-1 场地土基床系数统计表 Tab.1-1 Site soil bedding coefficient tables 地层编号岩土名称土工试验旁压试验推荐值垂直基床系数KV(MPa/m)水平基床系数Kx(MPa/m)水平基床系数Kx(MPa/m)垂直基床系数KV(MPa/m)-1粉质粘土24812124泥砾543035 表1-2 场地土侧压力系数推荐值表Tab.1-2 Site soil coefficient of la

10、teral pressure recommended value table 地层编号岩土名称静止侧压力系数（）扁铲试验建议值-1粉质粘土0.5140.514泥砾0.43表1-3 场地土热物理指标表 Tab.1-3 Site soil thermal physical indicators table 土层编号土层名称天然含水量(%)天然密度（g/cm3）导温系数（m2/h）导热系数(W/m.k)比热容C(KJ/kg.K)-1粉质粘土21.8419660.001791.491.53泥砾22.72.000.002211.341.34根据室内外土工试验指标统计结果和有关规范的划分标准，各层地基土的

11、工程特性见下表。 表1-4 地基土工程特性分类表 Tab.1-4 Foundation soil engineering properties of classification of table 地层编号地层名称土的状态透水性分类备注-1粉质粘土可塑弱透水中等压缩性泥砾稍密弱透水中等压缩性（五） 、场地土的可挖性分级及围岩分类 依据铁路隧道设计规范TB10003-2001中表3.2.7铁路隧道围岩级别判定地层编号地层名称隧道围岩级别备注-1粉质粘土泥砾依据地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范GB50307-1999附录B判定各地基土层可挖性分级，依据规范第4.3.1表判定场地土的围岩分类，详见

12、下表表1-5 围岩分类和土、石可挖性分级表Tab1-5 Rock classification and soil, stone can be dug, INES岩土编号岩土名称状态围岩类别土、石可控性分级杂填土道路部分中密密实其余部分松散稍密道路部分类其余部分类道路部分级普通土其余部分级松土-1粉质粘土可塑类级普通土泥砾中密类级普通土（六）、场地的标准冻结深度和最大冻深按辽宁省地方标准建筑地基基础技术规范（DB21-907-2005），沈阳市区标准冻结深度为1.2m，最大冻结深度1.5m。1.3水文地质概况1、勘察期间各钻孔见-1粉质粘土层中上层滞水。2、地下水赋存条件及含水层性质本段场区地下

13、水为上层滞水。勘察期间地下水水位埋深为3.58.2m，标高为50.4654.52m，赋存于-1粉质粘土层中。本段场区内，无真正意义上的含水层，地下水为赋存在-1粉质粘土层中，地下水渗透系数较小，流动性差。地下水对施工影响不大，设计施工时可采用明排、导流等方式降水。抗浮设防水位标高为50.0m。表1-6 地层渗透系数建议值 Tab.1-6 Permeability coefficient recommended value 地层编号-1岩土名称粉质粘土泥砾 渗透系数建议值k（m/d）0.150.95 该段有ZS08（蒲园路站）水文孔，但由于地下水类型只是滞水，无法进行抽水试验。1.4 区域气象概

14、况沈阳市属于受季风影响的北温带半湿润大陆性气候，一年四季分明，春季平均气温在10左右，夏季最高气温达35以上，秋季平均气温20左右，冬季最低气温达-26以下。全年平均气温在11左右，年降水量约为750mm。年平均相对湿度为65%，空气中的主要杂质成份为二氧化硫、二氧化氮。二氧化硫年均浓度为0.044mg/m3。二氧化氮年均浓度为0.031 mg/m3。按辽宁省地方标准建筑地基基础技术规范（DB21-907-2005），沈阳市区标准冻结深度为1.2m，最大冻结深度1.5m。夏季混凝土施工要注意加强覆盖并洒水养护，冬期施工混凝土要掺防冻剂并加强覆盖保温，雨天施工时要做好防排水工作。1.5 设计依据

15、（1）、地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307-1999）（2）、岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（3）、建筑地基基础技术规范（DB21-907-2005）（4）、建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（5）、铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）（6）、土工试验方法标准（GB/T50123-1999）（7）、中国地震动参数区划图（GB18306-2001）（8）、铁路工程地质勘察规范（TB10012-2001）（9）、铁路工程地质钻探规程（TB10014-98）（10）、铁路工程物探勘探规程（TB10013-98）（11）、铁路工程地质原位测试规程（T

16、B10018-2003/J261-2003）（12）、软土地区工程地质勘察规范（JGJ 83-91）（13）、建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）（14）、建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）（15）、高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）（16）、地下铁道设计规范（GB50157-92）（17）、建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）（18）、铁路桥涵地基基础设计规范（TB10005-99）（19）、铁路隧道设计规范（TB10003-2001）（20）、地基动力特性测试规程（GB/T50269-97）2 基坑围护设计2.1 基坑围护结构尺寸拟定小津桥站采用明挖法

17、施工。本工点围岩以粉质粘土为主，围岩综合类别为类，施工方法为明挖法。根据场地的实际情况，建议基坑支护可采用密排桩加内支撑的支护形式。风亭和出入口施工建议亦采用排桩加锚杆支护体系进行支护。车站长度157.7m，底板埋深11.2m。施工方法为明挖顺作法。本段场区内，无真正意义上的含水层，地下水为赋存在-1粉质粘土层中，地下水渗透系数较小，流动性差。地下水对施工影响不大，设计施工时可采用明排、导流等方式降水。本工点基础底板埋深11.2m，施工方法拟采用明挖法；根据场地土层结构、工程地质特征、结构底板埋深情况，在充分考虑周围环境及地质条件后，建议采用“水泥土墙”的支护结构形式。2.2入土深度确定 基坑

18、围护桩的入土深度综合考虑周围环境条件、地质和水文地质情况、基坑特点等因素，初步拟定为5.0m。2.3荷载与荷载组合1、结构设计所考虑的荷载主要有两种：永久荷载、可变荷载。（1）永久荷载： 结构自重按实际重量计算，混凝土容重为25KN/m3； 侧向压力按实际覆土深度、物理力学参数计算； 由于施工期间采取降水措施，围护结构计算时不考虑地下水的影响。（2）可变荷载 路面车辆荷载按汽-超20KPa计算； 施工期间地面超载按20KPa计算（不与路面车辆荷载组合）；2、荷载组合设计考虑的基本荷载工况： 永久荷载+可变荷载荷载组合分项系数：永久荷载取1.35，可变荷载取1.4。2.4计算模型与计算简图围护桩

19、和支撑在基坑开挖阶段，简化为平面问题计算。把围护结构视为侧向地基上的弹性地基梁，采用增量法模拟分步开挖过程中围护桩的受力状态进行计算。由于基坑施工采用降水方案，故仅采用圆弧滑动简单条分法对围护结构进行整体稳定性验算。基坑分步开挖共有7个工况，计算简图见图2-1、图2-2。图2-1 围护桩计算简图（一）Figure.2-1 PILE, diagram (a)图2-2 围护桩计算简图（二）Figure.2-1 PILE, diagram (b)2.5设计简化图2-3 土层分布简化图Figure.2-3 soil layer in the simplified diagram表2-1 土压力计算指标

20、表 Tab.2-1 Earth pressure calculation of the index table k（kN/m3）k(kN/m2)k()层厚（m）杂填土180200.6粉质粘土19.533.714.89泥砾18.5223.952.6嵌固深度hd计算 =21.46N/m2 （2-1） =19kN/m3 （2-2） =18.25 （2-3）土层粘聚力系数： =0.126 （2-4）查表规范的表6-68,嵌固深度系数： =0.35计算深度： =0.359=3.15m （2-5）结构重要性系数： =1.1嵌固深度：=1.1=1.13.15=3.5m0.3= 2.7m （2-6）取=3.5

21、m当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙围护墙除应满足上述计算外，其嵌固深度设计值尚应按下式抗渗透稳定条件确定。 图2-4 抗渗透稳定计算简图Fig2-4. Osmotic stability calculation diagram当基坑底的土质为砂土和碎石土、而且基坑内降排水且作用有渗透水压时，水泥土墙的嵌固深度除按圆弧滑动简单条分法计算外，按抗渗透稳定条件进行验算。当按上述方法计算的嵌固深度设计值hd小于0.4h时，宜取0.4h。hd1.200（hhwa）=1.201.1(98)=1.32 （2-7） 因为hd小于0.4h，所以hd=0.4h=0

22、.49=3.6m 2.7水平荷载1对于碎石土和砂土：（1）当计算点位于地下水位以上时 （2-8） （2）当计算点位于地下水位以下时 （2-9） 式中 作用于深度zi处的竖向应力标准值；第i层土的主动土压力系数；第i层土的内摩擦角标准值；三轴试验（当有可靠经验时，可采用直接剪切试验）确定的第i层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值；计算点深度；计算参数，当h时，取；当h时，取h；基坑外侧地下水位深度；计算系数，当h时，取1；当h时，取零；水的重度。2对于碎石土和砂土： （2-10）当按上述公式计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，则取其值为零。=tan2350=0.49 （2-11）=qKa1

23、=100.49=4.9kN/ （2-12） =(q+r1z1)Ka1=(10+180.6)0.49=10.12kN/ （2-13）=tan237.60=0.59 （2-14）=(q+r1z1)Ka2=(10+180.6)0.59233.70.77=9.4451.9=42.46K/ （2-15） =(q+r1z1+r2z2)Ka2 =(10+180.619.59)0.59233.70.73=115.8251.9=63.91 kN/ （2-16）因为zjh时，取mj =zj=7m =tan2300=0.42 （2-17）(z2hw2)(mjhw2) w2K3rw =(qr1z1r2z2)K3(z2

24、hw2)(mjhw2) w2K3rw =（10180.619.59）0.42220.64(98)(98)10.429.8=88.452.560.42=80.3 kN/ 因为zjh时，取mj= h=9m(z2hw2)(mjhw2) w2K3rw=(qr1z1r2z2r3z3)K3(z3hw2)(mjhw2) w2K3rw=(10180.619.5918.55) 0.42220.64(14.68)(9-8)10.429.8 =121.32.5623.05=141.79 kN/ （2-19）（1）对于砂土和碎石土 （2-20）式中 作用于基坑底面以下深度处的竖向应力标准值； 第i层土的被动土压力系数

25、； （2-21）（2）对于粘性土及粉土： （2-22） 作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值，可按下式计算： （2-23）式中 深度zj以上土的加权平均天然重度。=tan2600=1.67 （2-24） （2-25） =0=18.50.61.670=18.54 kN/ （2-26）= =18.52221.63(11)(1-1.67)9.8=43.52kN/ (2-27) = =18.50.61.67221.63(0.62)(11.67)9.8=18.54+6.68+4.53=29.75kN/ (2-28)2.8墙体厚度计算水泥土墙厚度设计值b，宜根据抗倾覆稳定条件计算确定。由于水泥土墙

26、底部位于碎石土墙体厚度设计值宜按下式确定： (2-29)式中 水泥土墙底以上基坑外侧水平荷载标准值的合力之和；水泥土墙底以上基坑内侧水平抗力标准值的合力之和；合力作用点至水泥土墙底的距离；合力Ep作用点至水泥土墙底的距离；水泥土墙的平均重度；水的重度；基坑外侧地下水位深度；基坑内侧地下水位深度。=4.944(40.2-4.9)8（102.5）8(87.52+102.5) 369.173(196.7369.17)=90.259.92398.85=429.13 KN/ (2-30)=148.51.548.51.5(544.7548.5)=29.25(72.75372.2)=474.2 KN/ (2

27、-31)Ma=19.61170.610.832208.1161.92.7207.50191.340.5 =215.6764.61782437.13095.67 =460.34 kNm2 (2-32)Mp =29.252.9372.750.75372.20.5 =85.754.56186.1 =326.36kNm2 (2-33)ha= (2-34)hp= (2-35) =5.2 2.9水泥土墙布置水泥土墙和平面布置，主要是确定支护结构的平面形状、格栅形式及局部构造等。平面布置时宜考虑下述原则：（1）支护结构沿地下结构底板外围布置，支护结构与地下结构底板应保持一定净距，以便于底板、墙板侧模的支撑与

28、拆除，并保证地下结构外墙板防水层施工作业空间。（2）水泥土墙应尽可能避免向内的折角，而采用向外拱的折线形以利减小支护结构位移，避免由两个方向位移而使水泥土墙内折角处产生裂缝。1）搭接长度Ld搅拌桩桩径d0700mm时，Ld一般取200mm；水泥土桩与桩之间的搭接长度应根据挡土及止水要求设定，考虑抗渗作用时，桩的有效搭接长度不宜小于150mm；当不考虑止水作用时，搭接宽度不宜小于100mm。在土质较差时，桩的搭接长度不宜小于200mm。2）支护挡墙的组合宽度b水泥土搅拌桩搭接组合成的围护墙宽度根据桩径d0及搭接长度Ld，形成一定的模数，其宽度b可按下式计算bd0（n1）（d0Ld） （2-37）

29、 式中 b水泥土搅拌桩组合宽度（m）；d0搅拌桩桩径（m）；Ld搅拌桩之间的搭接长度（m）；n搅拌桩搭接布置的单排数，n=10。bd0（n1）（d0Ld）=700（101）（700200）=5200mm3）沿水泥土墙纵向的格栅间距离Lg格栅为多排桩，Lg=3500mm格栅间距应与搅拌桩纵向桩距相协调，一般为桩距的3-6倍。4）水泥土墙宜优先选用大直径、双钻头搅拌桩，以减少搭接接缝，加强支护结构的整体性，同时也可提高生产效率。5）根据基坑开挖深度、土压力的分布、基坑周围的环境平面布置可设计成变宽度的形式。计算结果及分析基坑的主体稳定性安全系数K=1.951.40，满足整体稳定性要求，围护桩的入土

30、深度确定为5m。围护结构最大水平位移出现在施做完底板拆除第三道横撑时，其位移值为21.3mm50mm，满足要求。围护桩最大弯矩也是出现在拆除第三道横撑时，单桩最大弯矩为680.82KNm，全部纵向受力筋配筋率为1.76%。钢管横撑最大轴力为1922.76KN，经验算钢管横撑的强度承载力为3980KN1922.76KN，稳定承载力为2403KN1922.76KN。3主体计算3.1设计标准（1）结构设计应根据结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行，结构或构件应满足强度、刚度、稳定性和耐久性要求,并满足防水、防火、防迷流的技术要求（2）车站结构按设计使用年限为100年的要求进行耐久性设计。

31、（3）车站结构中永久构件（主体及附属结构各层楼板、侧墙、梁、柱及基础结构等）的安全等级为一级，相应的结构重要性系数取1.1；内部构件（站台板、楼梯等）安全等级为二级，相应的结构重要性系数取1.0。（4）车站结构按设防烈度7度进行抗震验算，结构抗震等级为三级，在结构设计时采取相应的构造处理措施，以提高结构的整体抗震能力。（5）抗浮设防水位为地面标高5米，在不考虑维护桩侧壁摩擦阻力时，起抗浮安全系数不得小于1.05；当适当考虑围护结构侧壁摩擦阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。（6）车站结构的耐火等级为一级。（7）车站围护结构采用水泥土墙的型式；围护结构与主体结构侧墙之间回填粘土夯实，组成分离

32、式结构。（8）裂缝控制：最大裂缝宽度允许值背土面为0.3mm，迎土面为0.2mm值。3.2 计算原理拟设计地铁车站的水平断面较纵向短得多，车站设计为闭合三跨双层框架结构，沿车站纵向结构断面与荷载分布无突变底板地基承载力均匀，因此车站框架结构的受力分析可简化为平面问题。3.3主体结构尺寸初拟车站主体结构为双层双跨矩形框架结构，由顶板、底板、楼板、侧墙、梁、柱等构件组成。车站长度157.7m，底板埋深11.2m，顶板埋深1m，车站框架结构顶板厚度为800mm，顶纵梁为12001800mm；底板厚度为900mm，底纵梁为12002100mm；楼板厚度为400mm，楼板梁为双梁形式，单根梁截面为500

33、900mm；内侧墙厚度为700mm，中间立柱为80014钢管混凝土柱，同时在框架结构中设300mm900mm斜托。 车站主体结构沿环向设2道变形缝。3.4荷载与荷载组合1、结构设计所考虑的荷载主要有三种：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。 （1）永久荷载 结构自重按实际重量计算，混凝土容重为25KN/m3； 土压力（侧压力除砂层按水土分算外，其它粘性土层按水土合算）按实际覆土深度、物理力学参数及地下水位情况计算； 浮力按设防水位进行计算，车站抗浮设防水位标高为38.000m； 设备区楼面荷载按8KPa计算，超过8kPa按设备实际重量及其运输路线计算。 （2）可变荷载 路面车辆荷载按汽-超20KPa计算； 施工期间地面超载按20KPa计算（不与路面车辆荷载组合）； 人群荷载按4KPa计算； 施工荷载按5KPa计算； （3）偶然荷载 地震荷载按设防烈度8度计； 人防抗力等级为五级，Pm=0.1MPa。2、荷载组合 表3-1 荷载组合分项系数表 Tab.3-1 Load combination coefficient table of sub 荷载 组合永久荷载可