车站结构课程设计说明书

1、.城市轨道交通结构工程课程设计设计说明书课程设计时间 2013 年 7 月 22 日 至 2013 年 7 月 26 日 止 指导教师姓名 刘建国 学 生 姓 名 毕宗琦 学 号 101300 交通运输工程学院（系）城市轨道与铁道专业 三 年级明挖法地铁车站基坑 支护结构及主体结构设计 宁波地铁望春站【摘要】 地铁车站作为地铁线路整体设计施工中的重要环节，在建设过程中存在各种困难如环境污染、地址条件差等等。本次设计的目的是在已有的资料基础上进行，按照各规范对宁波轨道交通一号线望春站进行结构设计。 本课程设计主要进行车站围护结构或主体结构设计。设计的主要内容包括：确定基坑的保护等级、围护结构选型

2、（考虑结构受力、工程投资等）、围护结构入土深度的确定（基坑抗隆起、抗管涌、抗倾覆验算）、支撑的选型及布置方式、围护结构内力及支撑内力计算、围护结构变形计算、围护结构配筋计算、主体结构内力。 在车站基坑支护结构设计、车站附属基坑结构支护结构设计中，主要工程地质条件、根据车站建设要求的初步设计以及支护结构的类型和尺寸、典型断面和基坑插入比相关数据已经在基本资料中给出，在此资料基础上对基坑进行稳定性验算和变形验算。依据验算结果进行验证，变形与稳定性均达到设计规范要求。根据支护结构和车站主体结构设计类型与尺寸，利用sap2000软件分别对不同工程施工阶段进行模拟验算。对基坑开挖、回筑过程的计算，得到最

3、大应力，进行钻孔灌注桩以及地下连续墙配筋。对主体结构用使用阶段内力的模拟计算，得到各结构的弯矩。配筋结束后进行裂缝控制验算等工作。最后对结构的防水进行设计，完成宁波轨道交通一号线望春站结构设计。 【关键词】 支护结构；主体结构；钻孔灌注桩；地下连续墙；内力计算；配筋计算.前言5一工程概述61.1设计背景61.2工程概况71.3车站周边环境71.4工程地质及水文地质概况91.4.1各岩土层地层岩性91.4.2水文地质概况131.5车站建设规模确定14二 设计依据与设计标准152.1设计依据152.2设计规范152.3设计原则与设计标准162.3.1主要设计原则162.3.2主要设计标准172.4

4、设计思路18三车站主基坑支护结构设计193.1确定基坑的安全等级193.2确定主基坑的环境保护等级193.3断面选择203.4主体支护结构选型223.4.1围护结构选型223.4.2支撑结构选型243.5支撑竖向布置253.6支撑水平布置263.7围护插入比及地下连续墙厚度的初步拟定263.8基坑稳定性分析273.8.1整体稳定性验算273.8.2钻孔灌注桩抗倾覆稳定性验算283.8.3抗滑移稳定性验算333.8.4抗隆起稳定性验算333.8.5抗渗流稳定性验算363.8.6抗突涌稳定性验算373.9基坑开挖阶段围护结构内力计算373.9.1弹性地基梁法概述373.9.2计算参数393.9.3

5、计算工况403.9.4围护结构工况计算流程423.10基坑开挖阶段轴力60四 主体结构设计604.1主体结构尺寸604.2主体结构设计荷载614.2.1 荷载参数设置614.2.2 荷载计算624.3 荷载组合624.4 主体结构施工阶段围护结构内力计算634.5 主体结构内力计算694.5.1 主体结构工况694.5.2主体结构内力计算704.5.3 变形与支撑构件轴力计算834.5.4 主体结构抗浮稳定性分析85五 车站围护结构配筋875.1 工程材料875.2地下连续墙配筋计算875.3钻孔灌注桩配筋计算90六 结语91前言本次课程设计的主要内容是地铁车站设计，目的是掌握地铁车站设计流程

6、和主要方法，锻炼并提高设计能力以及基本的科研工作能力。 目前，我国城市轨道交通发展迅速，北京、上海、深圳、天津等城市地铁仍在紧张施工中。 随着轨道交通的日益普及，有关方面的研究也进一步加深。因城市轨道交通系统与人们日常出行生活密切相关，所以轨道交通的设计施工应按照车站设计符合城市总体规划，并与车站所在区域的城市规划相互协调，以人为本，以满足客流要求、乘降安全、疏导迅速、环境舒适、布置紧凑、便于管理的基本功能要求。并结合地形条件，综合考虑施工技术、建筑艺术、先进设备和运营管理的现代设计理念。 城市地铁设计中地铁车站的设计是关键。地铁车站在设计时要受到各种既有条件的限制而选择不同的方案。根据城市轨

7、道交通线路与地面之间关系可分为地下工程、地面工程和高架工程，武汉市三号线体育中心南站为地下车站，而地下车站横断面类型主要有矩形、拱形和圆形等形式。结构形式的选择与车站规模、施工方法等有关，我国地下车站多采用矩形和拱形。国内外修建地铁车站的方法主要有明挖、盖挖以及明挖盖挖相结合三种。明挖法具有施工方便、施工速度快、施工质量容易保证等优点；但当对地面交通和地下管线的干扰过大而采用明挖法不可行时或在车站埋深较大、地质条件较好时常采用盖挖方案；在明挖和盖挖方案均受到限制时，充分利用现场的边界条件采用明挖、盖挖相结合的设计方案有时也能取得意料不到的效果。本次课程设计将以宁波地铁车站为背景，通过分析提供的

8、车站地质资料（包括工程地质、水文地质、工程周边建筑物及管线等环境）、车站平面图、剖面图的基础上进行设计。对宁波地铁一号线望春站主体结构、支护结构进行内力计算、配筋等工作。同时对其进行围护结构的稳定性验算和主体结构裂缝控制验算等计算。一工程概述1.1设计背景 目前，我国城市轨道交通发展迅速，北京、上海、深圳、天津等城市地铁仍在紧张施工中。 随着轨道交通的日益普及，有关方面的研究也进一步加深。因城市轨道交通系统与人们日常出行生活密切相关，所以轨道交通的设计施工应按照车站设计符合城市总体规划，并与车站所在区域的城市规划相互协调，以人为本，以满足客流要求、乘降安全、疏导迅速、环境舒适、布置紧凑、便于管

9、理的基本功能要求。并结合地形条件，综合考虑施工技术、建筑艺术、先进设备和运营管理的现代设计理念。 城市地铁设计中地铁车站的设计是关键。地铁车站在设计时要受到各种既有条件的限制而选择不同的方案。根据城市轨道交通线路与地面之间关系可分为地下工程、地面工程和高架工程，武汉市三号线体育中心南站为地下车站，而地下车站横断面类型主要有矩形、拱形和圆形等形式。结构形式的选择与车站规模、施工方法等有关，我国地下车站多采用矩形和拱形。国内外修建地铁车站的方法主要有明挖、盖挖以及明挖盖挖相结合三种。明挖法具有施工方便、施工速度快、施工质量容易保证等优点；但当对地面交通和地下管线的干扰过大而采用明挖法不可行时或在车

10、站埋深较大、地质条件较好时常采用盖挖方案；在明挖和盖挖方案均受到限制时，充分利用现场的边界条件采用明挖、盖挖相结合的设计方案有时也能取得意料不到的效果。本次课程设计将以宁波地铁车站为背景，通过分析提供的车站地质资料（包括工程地质、水文地质、工程周边建筑物及管线等环境）、车站平面图、剖面图的基础上进行设计。对宁波地铁一号线望春站主体结构、支护结构进行内力计算、配筋等工作。同时对其进行围护结构的稳定性验算和主体结构裂缝控制验算等计算。1.2工程概况 宁波轨道交通1号线为东西向的基本骨干线，由主线和东延伸线组成，连接了城市西部的工业园区，通过高桥地区、望春桥地区、汽车西站、大卿桥、西门口居住区，天一

11、广场三江口商业中心，东部新城中心区、北仑中心区等大型客流集散点。1号线主线全长21.3公里，其中高架线7.3公里，地下线14公里，共设车站19座，其中高架站5座，地下站14座。1号线东延伸线全长23.4公里，其中高架线15.3公里，地面线8.1公里，共设车站7座，其中地面站1座，高架站6座。望春站，是地下轨道交通车站，为宁波轨道交通1号线和6号线的换乘枢纽，远期小交路折返站。望春站位于海曙区机场路西侧，望春桥北面，望春路南侧绿带内。车站长458.5米，净宽19.7米，埋深14.755米，地下建筑面积20528平方米。本站为地下两层车站，基坑开挖深度 14.3 米，采用明挖法施工，围护结构采用钻

12、孔灌注桩法+ 止水帷幕，插入比1.03 。本站覆土约1.35m 底板埋深位于层淤泥质粉质粘土中，需采取抗浮措施，经计算除采取压顶梁形式解决外还需设置1000抗拔桩，设于柱下。风道、出入口采用明挖法施工，围护结构采用smw工法桩。主体结构为双层三跨箱型框架结构，设4 个出入口，2 个风亭。车站预留与远期六号线的换乘通道，与远期六号线形成通道换乘。1.3车站周边环境望春站位于望春小区附近，主体结构位于望春路南侧，后塘河北侧，距河边 310m 。车站南侧为密集的13 层民房，小店铺林立，北侧以民房和多层厂房。望春路路面较小，仅为2车道公路，交通流量大。车站主体位于望春路和规划支路的路口东南角，沿望春

13、路东西向布置，大部分位于南侧的道路红线外。望春路站西端是配线明挖段、及由地下向地面段过渡敞口段。设4 个出入口，2 个风亭。车站预留与远期六号线的换乘通道，与远期六号线形成通道换乘。其平面图如图1-1所示。图1-1 望春站总平面图车站南侧约一倍基坑深度范围内有市级文物望春桥。望春桥位于西郊西塘河与中塘河的合流处，浅基础，是宁波仅存的石拱桥。由于望春桥距车站基坑仅 12m，设计施工时须考虑地铁车站开挖施工对其带来的不利影响。望春站位于望童路以东望春路上，沿线建筑物众多，地下管线密布，纵横交错，但地下管线分布复杂，设计施工时应充分重视。施工前应予以迁移与有效保护，设计与施工时各管线具体情况详见“宁

14、波市轨道交通1 号线一期工程”地下管线物探报告。由于望春站位于宁波西大门，且望春路经过多次改造，地下障碍物较多，主要为建筑物老基础，老基础分布复杂，设计、施工时应充分重视。望春站根据管线资料分析估算本站地下管线迁改见表1-1表1-1 望春站地下管线1.4工程地质及水文地质概况1.4.1各岩土层地层岩性（1）1-1层：杂填土（mlq ） 杂色，以灰黄色为主，松散稍密，望春路上部为中密，成份杂，主要由碎块石、砖瓦片、粘性土、建筑垃圾等组成，局部混少量生活垃圾，碎块石大小混杂，均一性差。碎块石径一般约515cm，大者大于50cm，一般上部碎石含量高，下部粘性土含量高。表部在机动车道上为混凝土路面，人

15、行道表部为大理石地砖或普通地砖。该层场地均有分布，土质不均，厚度为1.33.3m ，平均2.08m 。 （2）2层：粘土（al-lq） 灰黄色，软塑，厚层状构造，含有铁锰质斑点，粘塑性好，韧性高，干强度很高，无摇震反应。 该层场地局部分布，大部份地段缺失，物理力学性质较好，俗称“硬壳层”，具中高压缩性，顶板标高-0.451.45m，厚度较小，为0.51.3m。 （3）3层：淤泥质粘土（mq） 灰色，流塑，厚层状构造，粘塑性好，局部相变为淤泥，偶见半碳化物腐殖质，韧性高，干强度高，无摇震反应。该层场地内均有分布，层位稳定，物理力学性质差，具高压缩性，顶板标高-0.990.66m，厚度0.93.9

16、m 。 （4）1层：粘土（mq） 灰色，软塑，厚层状构造，含少量植物碎屑，粘塑性好，韧性高，干强度很高，无摇震反应。该层场地分布，层位较稳定，高压缩性，顶板标高-2.90-1.34 m，厚度较小，为0.61.3m。 （5）2-1层：淤泥（mq） 灰色，流塑，鳞片状构造，局部厚层状，土质较软，均一性好，粘塑性好，韧性高，干强度很高，无摇震反应。该层场地内局部分布，层位稳定，物理力学性质差，具高压缩性，顶板标高-5.99-2.09 m，层厚1.55.2m。（6）2-2层：淤泥质粘土（mq） 灰色，流塑，似鳞片状构造，局部为厚层状，土质较软，均一性好，粘塑性好，韧性高，干强度很高，无摇震反应。岩性以

17、淤泥质粘土为主，局部相变为淤泥质粉质粘土。该层场地内均有分布，层位稳定，物理力学性质差，具高压缩性，顶板标高-8.99-2.44 m，层厚2.711.5m。 （7）2层：粉质粘土（al-mq） 灰色，流塑，厚层状构造，粘塑性中等，性质不均匀，夹粉土团块较多，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。该层场地大部份地段有分布，具高压缩性，顶板标高-12.94-10.13m，层厚0.72.5m。 （8）1-1 层：淤泥质粉质粘土（mq） 灰色、流塑，鳞片状构造，含粉团块，土质较均一，局部岩性为淤泥质粘土。韧性中等，干强度中等，无摇震反应。该层场地均有分布，物理力学性质差，具高压缩性，顶板标高-15.60-

18、12.01 m，层厚1.26.2m。 （9）2 层：粘土（mq） 灰色，软塑，细鳞片状构造，土质较均一，韧性高，干强度高，无摇震反应。含少量半碳化物，粘塑性较好，岩性总体以粘土为主，局部为粉质粘土。该层分布零星，物理力学性质差，具高压缩性，顶板标高-19.81-15.10m，层厚 2.76.9m。 （10）1 层：粘土（al-lq） 灰绿色、灰黄色，可塑，局部硬塑，厚层状构造，含铁锰质结核，韧性高，干强度高，无摇震反应，岩性以粘土为主，局部为粉质粘土。该层场地基本均有分布，物理力学性质较好，具中等压缩性，顶板埋深和厚度变化均较大，顶板标高-22.51-14.54m，层厚1.99.4m。 （11

19、）1t层：砂质粉土（mq） 灰黄色，稍密 中密，湿，厚层状，含较多粉细砂和粘性土薄层，韧性低，干强度低，摇震反应明显，土面粗糙。该层为1层相变夹层，零星分布，物理力学性质较好，具中等压缩性，顶板标高-21.93-16.21m，层厚1.53.7m。（12）2层：粉质粘土（al-lq） 灰黄色，可塑，局部软塑，一般上段厚层状，下段薄层状构造，薄层厚26mm，层间夹粉土薄膜，含铁锰质结核，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。该层场地基本均有分布，物理力学性质较好，具中等压缩性，顶板埋深和厚度变化均较大，顶板标高-25.51-15.04m，层厚1.813.5m。该层分布零星，物理力学性质好，顶板标高-3

20、4.15-31.04m，层厚1.24.2m。 （13）4层：粉质粘土（mq） 灰色，软塑，局部流塑，局部粉粒含量较高，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。该层场地基本均有分布，物理力学性质一般，具中偏高压缩性，顶板标高-31.25-24.20m，层厚1.110.6m。 （14）1层：粘土（al-lq） 黄灰色，可塑，局部硬塑，含少量铁锰质结核，粘塑性较好，韧性高，干强度高，无摇震反应。局部为粉质粘土。该层场区基本均有分布，层位稳定，物理力学性质较好，具中等压缩性，顶板标高-41.75-27.29m，层厚1.610.7m。 （15）3层：粉质粘土（mq） 灰色，软塑可塑，薄层状构造，层厚26mm，

21、局部层面附粉土，部份地段下部为厚层状，粘塑性一般，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。局部粉粒含量较高。该层场区基本均有分布，层位稳定，物理力学性质较差，具中偏高压缩性，顶板标高-44.75-33.52m，层厚2.015.2m。 （16）1层：粉质粘土（al-lq） 灰黑色、灰黄色、灰绿色，可塑，厚层状为主，韧性高中等，干强度中等高，无摇震反应。粉粒含量较高，局部地段相变为含粘性土粉砂（1t）该层场地大部份地段有分布，物理力学性质较好，具中等压缩性，顶板标高-48.18-43.09m，层厚一般1.05.7m 。 （17）2层：粉质粘土（mq） 浅灰色、灰色，软可塑，厚层状构造，层间夹较多粉土或粉

22、砂薄层，韧性高中等，干强度中等高，无摇震反应。该层分布局限，物理力学性质一般，具中等偏高压缩性，顶板标高-49.01-44.63m，层厚2.47.2m。 （18）1层：粉砂、细砂（alq） 浅灰色，中密，饱和，厚层状构造，局部地段上部夹粘性土薄层，砂土颗粒一般上细下粗，含少量砾石。该层分布零星，物理力学性质好，实测标贯平均击数为30击，顶板标高-47.84-45.59m，层厚2.44.7m。 （19）3层：圆砾、含粘性土砾砂（al-plq） 灰褐色，中密密实，饱和，厚层状构造，砾约 0.53.0cm，含量约 2555%，余者为砂，少量粘性土充填。该层场地均有分布，层位稳定，物理力学性质好，顶板

23、标高-52.54-47.45m，层厚2.411.9m。 （20）1层：粉质粘土（al-lq） 灰绿色、灰兰色，可塑 硬塑，厚层状构造，局部粉粒含量较高岩性相变为砂质粉土，粘性土韧性中等高，干强度高，无摇震反应。该层场地均有分布，层位稳定，物理力学性质好，中等压缩性，层顶标高60.19-57.11m，揭露最大层厚3.9m，大部分钻孔未揭露。 （21）1t层：粉砂、细砂（alq） 杂色，以浅灰色、灰褐色为主，中密密实，饱和，厚层状构造，砂质较纯，上细下粗。该层分布零星，是1 层硬土层的相变夹层，物理力学性质好，顶板标高-61.80-58.13m，未揭穿。 详细数据及计算设计建议参数值见表1-2，表

24、中仅列举了本组设计的标准段截面土层参数及各设计建议值。土层编号岩性名称层厚（m）天然重度（kn/m3）静止侧压力系数k0内摩擦角（）内聚力c(kpa)水平基床系数kh(mpa/m)垂直基床系数kv(mpa/m)水平渗透系数kh（cm/s）垂直渗透系数kv（cm/s）比例系数m（mn/m4）累计土层厚度压缩模量es0.1-0.2(mpa)2粘土(硬壳层)1180.515.5339.310.64.40e-072.21e-07323.173淤泥质亚粘土16.517.10.6610.7174.64.92.76e-071.05e-071.7-14.52.492-2淤泥质亚粘土1.9180.5814206

25、73.63e-061.27e-062.2-16.43.742亚粘土8.618.60.517.52814.416.85.31e-073.28e-074.2-252.481亚粘土10018.60.516.42814.416.85.31e-073.28e-074.2-1252.9表1-2 标准段截面 岩土物理力学参数设计建议值一览表注：表中层厚、内摩擦角、内聚力值参数根据望春站标准段截面图内数据取用，天然重度、基床系数等参数根据望春站地质报告提供。1.4.2水文地质概况 根据地下水含水层介质、水动力特征及其赋存条件，场地范围内与工程有关的地下水可分为松散岩类孔隙潜水和孔隙承压水两类。 松散岩类孔隙潜

26、水主要赋存于场区表部填土和粘土、淤泥质土层中。表部填土富水性和透水性均较好，水量较大；浅层粘土和淤泥质土富水性、透水性均差，渗透系数为 1.010 4.0710cm/s之间，水量贫乏，单井出水量小于5m/d。场地内孔隙潜水主要接受大气降水竖向入渗补给和地表水的侧向入渗补给，多以蒸发方式排泄。水位受季节及气候条件等影响，但动态变化不大，潜水位变幅一般在 0.51.0m 之间。勘察期间测得潜水位埋深一般为1.63.0m，标高0.211.34m，潜水最低水位按本次勘察实测水位向下1.0m。根据本区钻探及附近水文地质孔资料，拟建场地埋藏分布有二层孔隙承压含水层，分别为第i 含水层组（q3）和第ii含水

27、层组（q2）。 （1）i层孔隙承压水：第i层孔隙承压水赋存于层粉砂、细砂、粗砂、砾砂和圆砾层中，透水性好，平均渗透系数约30.5m/d，水量丰富，单井开采量 5001000m/d，含水层顶板埋深一般为 45.062.0m左右，含水层厚度510m，层位稳定，水位埋深5.5m左右，动态变化不明显,基本不流动。透水性较好，水温为19.520.0，水质为微咸水,水化学类型以clso4naca型为主。 （2）ii层孔隙承压水：第ii层孔隙承压水赋存于3、2 层圆砾、卵石和中粗砂层中，透水性较好，水量较大，单井开采量一般为1000m/d 左右，是市区主要淡水开采层之一，水温为20.521.0，原始水位略高

28、于第i含水层，水位埋深3.55 .0m。 根据相邻工点水质分析成果，场地内孔隙潜水为低矿化度淡水，水化学类型以hco3cl-cana型和clhco3-na为主。按照岩土工程勘察规范（gb50021-2001）进行判定，浅部的孔隙潜水对混凝土结构一般无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下无腐蚀性，干湿交替段具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，应采取相应的防腐蚀措施。场地地下水位埋深浅，地基土基本位于地下水位以下或地下水位的变动范围，地基土对建筑材料的腐蚀性，与孔隙潜水的腐蚀性相近，地基土对混凝土一般无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。根据土壤电阻率测试成果判定，土壤对钢结构具强

29、腐蚀性，需采取相应的防腐措施。1.5车站建设规模确定望春站中心里程为k6+356。设计为地下两层岛式站台车站。车站西端是配线明挖段、及由地下向地面段过渡敞口段。车站东端采用盾构法施工。本站覆土为1.346m 、底板埋深位于层淤泥质粉质粘土中。本站为地下两层车站，基坑开挖深度 14.286 米，采用明挖法施工，围护结构采用钻孔灌注桩法 + 止水帷幕，插入比1.03。本站覆土厚度小需采取抗浮措施，经计算除采取压顶梁形式解决外还需设置1000抗拔桩，设于柱下。风道、出入口采用明挖法施工，围护结构采用smw工法桩。车站长458.0米，净宽18.3米，埋深14.755米，地下建筑面积20528平方米。主

30、体结构为双层三跨箱型框架结构，设4 个出入口，2 个风亭。车站预留与远期六号线的换乘通道，与远期六号线形成通道换乘。该车站覆土较浅，因此带来抗浮不够的问题，建议将车站埋深适当加大从而节省造价。岛式站台宽度根据资料中的设计值为11米。其余安全疏散验算及出入口通道验算均可根据资料已有的验算验证，此处不做具体验算过程。2 设计依据与设计标准2.1设计依据(1).宁波市轨道交通一号线一期工程总体设计(2).宁波市轨道交通一号线工程可行性研究报告，北京城建设计研究总院有限责任公司，2007.10 (3).宁波市城市快速轨道交通建设规划工程地质勘察报告，浙江省工程勘察院，2006.01 (4).宁波市城市

31、快速轨道交通一号线地质灾害危险性评估报告（送审稿），浙江省工程勘察院，2006.09 (5).宁波市轨道交通一号线沿线建（构）筑物资料 (6).宁波市轨道交通1号线一期工程勘察标段一望春站2.2设计规范地铁设计规范（gb50157-2003） 混凝土结构设计规范（gb50010-2002） 水工混凝土结构设计规范（sl/t 191-96） 铁路隧道设计规范（tb10003-2005） 地下工程防水技术规范（gb50108-2001） 钢结构设计规范（gb50017-2003） 建筑地基基础设计规范（gb50007-2002） 人民防空工程设计规范（gb50225-2005） 建筑桩基技术规范（

32、jgj94-94 ） 建筑结构荷载规范（gb50009-2001）(2006 版) 建筑抗震设计规范（gb50011-2001） 建筑结构可靠度设计统一标准（gb50068-2001） 建筑基坑支护技术规程（gb503002002 ） 建筑基坑工程技术规范（yb9258-97 ） 锚杆喷射混凝土支护规范（gb50086-2001） 钢管混凝土结构设计与施工规程（cecs28:90 ） 型钢混凝土组合结构技术规程（jgj138-2001） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（tb10002.3-2005 ） 浙江省标准建筑地基基础设计规范（db33/1001-2003） 浙江地区建筑基

33、坑工程技术规程（db33/t1008-2000） 软土地基深层搅拌加固法技术规程（ybj-225-91）混凝土外加剂应用技术规范（gb50119-2003） 建筑与市政降水工程技术规范（jbj/t111-98） 地下铁道工程施工及验收规范（gb50299-1999（2003版） 混凝土结构工程施工质量验收规范（gb50204-2002） 2.3设计原则与设计标准2.3.1主要设计原则1. 结构设计应根据其使用功能、环境条件、工程地质、水文地质等条件，同时满足行车运营、环境保护、抗震、防护、防水、防火、防腐蚀、防淹、防杂散电流及施工等对结构的要求，本着结构安全、技术先进、经济合理的原则进行设计。

34、 2. 地下结构设计使用年限按如下原则确定： a. 主要构件的设计使用年限为100 年，包括构成主体框架的结构顶、底板和各层楼板、侧墙、框架梁、框架柱等； b. 支护结构构件作为永久构件的一部分，在考虑刚度、强度折减的基础上，其设计使用年限为100 年； c. 其它内部构件的设计使用年限为50年，包括自成结构体系的站台板、楼梯及其梁、柱、墙等。 d. 以上构件的设计基准期为50 年。 3. 结构的净空尺寸除满足限界、建筑设计、设备使用功能、施工工艺等要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形及后期沉降等因素的影响，可根据类似工程经验确定。 4. 结构设计应根据线路埋深及沿线不同地段的工程地质

35、和水文地质条件及城市总体规划要求，结合周围地面建筑物和构筑物、管线及道路交通状况，通过对技术、经济、环保及使用功能等方面的综合比较，合理选择施工方法和结构型式。结构设计应尽量减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并应考虑城市规划引起的周围环境的改变对地下结构的影响。 5. 轨道交通结构在施工、使用期间应具有足够的强度、刚度、稳定性及耐久性。应结合结构类型、施工方法和受力工况、选择合理的计算图式进行承载力计算，以及抗倾覆、滑移、抗浮、变形、裂缝宽度验算。 6. 结构的设计荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载，在结构设计时，应根据结构整体或单个构件可能出现的最不利荷载组合进行计算。 7. 地下结

36、构设计按最不利情况进行抗浮稳定验算。在不考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数kf 1.05 ；当考虑侧壁摩阻力时，抗浮安全系数kf 1.15 。 8. 钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度允许值应根据结构类型、使用要求、所处环境条件等因素确定。结构设计时，按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合影响的最大裂缝宽度允许值应符合如下规定：结构背水面 0.3mm ；结构迎水面 0.2mm。 9. 当地面交通具有可分流或修筑临时道路的条件，且地下管线悬吊及改迁费用不高时，宜优先采用明挖法施做地下结构，尽可能把施工中的支护结构作为主体结构的一部分加以利用。 10. 凡是在近期站与远期站交汇处，近期站的设计与施工应为远期

37、站修建创造有利条件。 11. 奉化江隧道两端的地下车站应采取防淹措施。 12. 明挖基坑保护等级应根据基坑深度、基坑周边的环境如管线、建构筑物等距离基坑的距离综合确定。 13. 宁波地区抗震设防烈度为6 度。设计应根据场地条件、结构类型和埋深等因素选用能较好反映其地震工作性状的分析方法，并采取相应的抗震构造措施。 14. 地下结构须具有战时防护功能并做好平战转换功能。人防工程设计标准：地下车站按六级抗力标准进行验算，并设置相应的防护设施。当与既有地下结构连通时，尚应保证不降低既有结构的设防标准。重要站防化等级为丙级，战时作为人员掩蔽部，次要站防化丁级，战时只作为人员临时待蔽场所。2.3.2主要

38、设计标准车站主要结构应按设计使用年限100 年的要求进行耐久性设计。 抗震设防烈度为6 度，人防防护等级为六级。 地铁结构安全等级为一级。地铁结构中主要构件的耐火等级为一级。 设计洪水频率，跨越河流桥跨设计洪水位满足1/100 洪水频率。 地下结构防水应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理” 的原则进行设计。 防水等级：车站级，区间级。防水混凝土的抗渗等级一级设防时不得小于s10，二级设防时不得小于s8。技术指标如下：1） 车站有效站台长度118m 2） 公共区装修后净高 3000mm 3）内部管理区走道净高 2400mm 4）内部管理区走道净宽度：单面开门1500mm；双面

39、开门1800mm5）岛式站台：岛式站台宽度 8000mm 岛式站台侧站台宽度 2500mm 6）侧式站台： 侧式站台（长向范围内设梯）的侧站台宽度 2500mm 侧式站台（垂直于侧站台开通道口）的侧站台宽度 3500mm 7）站厅层公共区装修层厚度150mm 站台层公共区装修层厚度100mm 8）站台装修面至轨顶面1050mm 9）结构底板顶面至轨顶面560mm 10）线路中心线至有效站台站台边缘1500mm 11）线路中心线至侧墙净距（直线段）2150mm 12）曲线段线路中心线至侧墙和站台边缘净距应根据限界要求分别加宽。 13）地下车站应设0.2%的纵坡。2.4设计思路1.根据水文地质条件

40、、开挖深度、周边环境等确定基坑安全等级和环境保护等级。2.根据资料中给出的断面以及支护结构尺寸，断面的插入比和基坑支撑位置。对断面的稳定性进行验算。 3.根据验算结果，对连续墙插入比进行调整、确定。确定适合的围护结构形式和围护结构插入比，确定支撑加撑位置。拟定主体结构结构类型与尺寸，开始基坑开挖、回筑施工。4.用sap2000软件对基坑开挖到主体结构施工结束整个过程进行内力计算。将施工阶段分成基坑开挖和主体结构施工两个阶段来设计。sap计算得到最大应力，以此进行地下连续墙以及钻孔灌注桩配筋。 5.用sap2000对主体结构使用阶段进行内力计算。仅对基本荷载组合进行sap计算。得到各构件的弯矩包

41、络图。6.最终完成宁波地铁一号线望春站的整个结构部分设计。三车站主基坑支护结构设计3.1确定基坑的安全等级 根据设计方案，望春站基坑拟采用明挖顺作法施工，开挖深度标准段开挖深度为14.6m，西端基坑最深处为15.37m，东端始发井处基坑深度为16.2m，基坑周边地下管线纵横交错，周围环境复杂，地下水水位高，对施工影响较大，基坑破坏后果很严重。因此，本工程基坑工程安全等级为一级。3.2确定主基坑的环境保护等级 设计基坑支护结构时，应根据周边建筑物和构筑物的重要性和分布情况，制定基坑的保护等级，依据保护等级所要求的变形允许值对基坑的变形进行控制，并设计相应的支护系统，以确保临近建筑物和重要管线的正

42、常使用。应根据基坑保护等级和变形允许值提出监测要求。保护等级地面最大沉降量及围护 结构水平位移控制要求 周边环境保护要求 特 级 1. 地面最大沉降量 0.1%h ； 2. 围护结构最大水平位移 0.1%h，或30mm ，两者取最小值 1. 离基坑0.75h 周围有煤气管、大型压力总水管重要建筑市政设施必须确保安全； 2. 开挖深度 18m ，且在 1.5h 范围内有重要筑、重要管线等市政设施或在0.75h 范围内有非嵌岩桩基础埋深 h 的建筑物； 一 级 1. 地面最大沉降量 0.15%h； 2. 围护结构最大水平位移 0.2%h ，且 30mm ； 1. 离基坑周围 h 范围内设有重要管线

43、、在使用的大型构筑物、建筑物或市政设施； 2. 开挖深度 14m 且在3h 范围内有重要建筑、管线等市政设施或在1.2h 范围内有非嵌岩桩基础埋深 h的建筑物； 二 级 1. 地面最大沉降量控制在 0.3%h 2. 围护结构最大水平位移 0.4%h ，且 50mm ； 仅基坑附近h 范围外有必须保护的重要工程设施；三 级 1. 地面最大沉降量控制在 0.6%h ； 2. 围护结构最大水平位移 0.8%h ，且 100mm； 环境安全无特殊要求 表3-1 基坑工程环境保护等级 轨道交通深基坑变形控制保护等级及变形控制标准见表3-1，上表是根据对国内轨道交通深基坑的调查和工程类比，参照上海、杭州、

44、广州、南京深基坑的保护等级和控制标准制定的。围护结构最大侧移和坑外地表最大沉降要求如表3-2所示。根据设计资料，望春站设计基坑开挖深度h=14.286m14m，距重点保护对象望春桥s=12m，hs，按照优秀历史建筑的保护条件，基坑环境保护等级应为一级。3.3断面选择车站两个端头井、标准段基坑开挖深度及开挖宽度不一致，按照课程设计要求，本小组选择基坑标准段断面作为典型断面，如图3-1、3-2，及表3-2。图3-1 标准段围护结构横断面图 图3-2 标准段内部结构横断面图项目标准段断面所在位置标准段 地质剖面示意图基坑深度 14.286m基坑土层淤泥质亚粘土表3-2 典型断面3.4主体支护结构选型

45、在明挖法设计施工中，首先需要综合考虑开挖深度、工程水文地质条件、周边环境等因素合理选用支护结构形式。一般认为，支护结构是基坑工程中采用的围护墙、支撑（或土层锚杆）、围檩、防渗帷幕等结构体系的总称，主要包括围护结构和支撑结构体系。本节将进行围护结构的选型以及支撑结构体系的选型及布置。3.4.1围护结构选型 宁波地区地下水位较高，适宜的围护结构类型有放坡开挖法、水泥土重力式挡墙法、smw工法、钻孔灌注桩+ 止水帷幕、钻孔咬合桩、地下连续墙等。见表3-3。形式特点放坡开挖法 放坡开挖是利用土体的自稳能力开挖土体，加适当表面护坡形成稳定边坡。该法施工空间大、开挖速度快、费用较低。适用于土质较好，开挖深

46、度小，施工场地开阔的场所。处于郊区的明挖区间u 型槽段可以采用。水泥土重力式挡墙该方法是对基坑两侧一定宽度的软弱土体采用水泥深层搅拌或高压旋喷桩进行土体加固，形成重力式挡土墙。优点是施工简单，不用横撑（或锚）施工空间大。缺点是：基坑越深，加固宽度越大，单位造价提高显著。水泥土抗拉强度低，适用于较浅的基坑，其变形也较大。钻孔灌注桩法+ 止水帷幕 桩体刚度较大，控制基坑变形较好、施工工艺简单、桩体可以作为永久结构的一部分。其对各种土层的适应性强、无挤土效应、无震害、无噪音、承载力较高等优点，尤其适用于建筑物包围的狭小场地施工。钻孔灌注桩对于一般粘性土、填土、淤泥质土及砂土等，穿越方便，成孔效果较好

47、。 其缺点是自身没有止水能力，需要通过辅助止水帷幕止水，因此造价较高；且深基坑的止水效果与止水帷幕的施工工艺、土质条件有很大关系。 止水帷幕一般采用搅拌桩或旋喷桩等型式。（4）smw 工法（型钢水泥土挡墙）该工法较适用于海陆交互相沉积的粘性土地区。该方法的优点是：施工速度快，每台机械每日施工的平面长度可达1013m ；工期约为地下连续墙的一半；施工质量易保证、造价较低；沿墙体无接缝，止水效果好；无泥浆污染，废土外运量只有连续墙工法的1/5 左右。缺点是：适用基坑深度不宜超过15米，只能作为临时结构使用，造价受型钢的摊销次数影响较大，摊销次数越少造价越高。主要可用于车站附属结构的围护。 钻孔咬合

48、桩钻孔咬合桩是采用机械钻孔施工，桩与桩之间相互咬合排列的一种新型基坑围护结构。由于其桩心相交咬合，与传统桩心相切桩相比，防水效果良好，节约投资显著。钻孔咬合桩成孔设备有套管旋挖钻成孔设备和全套管冲抓成孔设备。后一种设备对地层的适应性较强，可适用于除深厚含水细沙层以外的几乎任何地层，特别适用于难以施工的较硬岩土层和卵砾石层、以及钻孔泥浆难以护壁坍塌的软弱淤泥质地层和松散砂层。地下连续墙地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽，然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。地下连续墙的优点： 施工时振动少、噪声低，可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施工； 地

49、下连续墙刚度大、整体性好、变形相对较小，可用于深基坑；施工时处理好接头部位，能有较好的抗渗止水作用；如采用逆作法施工，地下连续墙可做主体结构，实现两墙合一。缺点如下：地下连续墙如单独用作围护墙成本较高；施工时需泥浆护壁，泥浆要妥善处理，否则将对环境造成一定的影响。地下连续墙适用于较深的基坑，特别是周边建筑密集的软土地层。逆作法施工一般采用地下连续墙作围护结构，并作为永久结构的一部分。地下连续墙技术基本上能适用于各种地层。表3-3 围护结构适用情况： 车站围护结构应根据场地条件、工程地质、水文地质条件，及施工设备条件等因素，合理地选择结构形式。 a.对于6 米以内的浅基坑可以考虑放坡和水泥土搅拌

50、桩。 b.对于610米的基坑，适宜采用钢板桩、钻孔灌注桩、smw 工法桩围护结构型式。 c.对于1016米的基坑，可采用钻孔咬合桩、smw 工法或钻孔灌注桩加止水帷幕。 d.大于16米的深基坑，适宜采用钻孔咬和桩或地下连续墙支护。经济性分析：随着车站基坑深度的加深，围护结构的造价以smw 工法、钻孔桩+ 截水帷幕、钻孔桩+ 旋喷桩、钻孔咬合桩和地下连续墙的顺序逐步递增，而且增幅越来越大。根据这一结论，并结合各种工法的优缺点，对于单层车站，基坑小于13m，对周围环境影响不大，当围护结构变形满足基坑尺寸要求时，可优先选择造价低廉的 smw 工法；对于双层车站，基坑深度在 17m 左右时，优先选择造

51、价相对较低的 1000mm1200 mm 钻孔桩+ 截水帷幕；对于地下三层车站，当基坑深度大于20m 时，要考虑到对周围建筑物的保护及地面沉降的控制，地下连续墙尽管造价偏高，但整体性好，稳定性强，围护结构仍要选择1000 mm 厚地下连续墙，与内衬墙为复合墙形式结构。具体围护结构形式还应结合周边建筑、地下管线的变形保护等级进行调整。工程类比：车站名称土层特征基坑开挖深度覆土厚度围护结构形式丽园路站（宁波）淤泥质亚粘土15.9842.8441000钻孔桩 盛莫路站（宁波）淤泥质亚粘土17.076 3.936 1000钻孔桩东外环路站（宁波）淤泥质亚粘土16.16 3.021000钻孔桩望春站（本

52、次设计站）淤泥质亚粘土14.2861.346表3-4 近似工程类比结论：通过以上待选围护结构形式的优缺点、适用情况、造价分析、相似工程的选型类比得出结论：围护结构采用1000钻孔灌注桩法 + 止水帷幕。设计计算时使用课程设计要求的直径1000的钻孔灌注桩作为计算对象，并另假设采用1000的地下连续墙进行设计计算以达较为全面的练习效果。钻孔灌注桩换算等效的地连墙如下所示：按地连墙进行截面计算后再按公式换算得相应单桩的弯矩、剪力及位移，然后分别进行截面与配筋计算。3.4.2支撑结构选型 a.围檩结构比选 采用坑内支撑和围檩结构体系时，围檩结构的常用形式有钢结构和钢筋混凝土结构。钢结构和钢筋混凝土结

53、构的特点见表3-5结构优点缺点 适用范围钢 1、安全，拆卸方便； 2、可重复利用，使用和围护成本低；对施工的干扰小。1、强度不如钢筋混凝土； 2、对于形状不规则的基坑，架设较为困难。深度较小，形状较规则的基坑 钢筋 混凝土 1、材料的强度较大，安全系数高； 2、对于形状不规则的基坑使用更方便。1、安装、拆除比钢结构困难 ； 2、不能重复利用，使用成本较高； 3、钢筋混凝土结构的尺寸大，对施工的干扰大。开挖深度大，形状不规则的基坑。表3-5 围檩结构比选在望春站基坑设计中，在不同的车站基坑的选择不同的第一道水平支撑的围檩。由于基坑开挖深度最大达到14.286m，基坑所处区域地层比较均匀，根据以上条件，采用钢筋混凝土与钢结构结合的形式作为车站基坑的围檩形式。b.围檩结构尺寸确定 冠梁的结构尺寸，主要受基坑形状、基坑场地范围内土层情况和基坑开挖深度的影响，当基坑开挖深度大、基坑形状不规则、所处地层为软弱土层时，冠梁的结构尺寸要适当增大以承受地下连续墙传递来的应力。建筑基坑工程技术规程中规定：围檩的截面高度(水平向截面尺寸)不应小于其水平向计算跨度的1/8，截面不应小于支撑的